韓北方

(首鋼長治鋼鐵有限公司,長治 046000)

摘 要:為了全面提升鋼筋的制造水平,對鋼筋的生產(chǎn)和質量檢測方法提出了更高的要求,主要 體現(xiàn)在以下幾個方面:生產(chǎn)和檢測系統(tǒng)的自動化、智能化、信息化,以及使用機器人等先進技術;開 拓高端化檢測技術的發(fā)展思路;探索創(chuàng)新性的鋼筋風動送樣系統(tǒng)和鋼筋力學性能自動化檢測技術, 以滿足相關的試驗方法和產(chǎn)品標準的要求。

關鍵詞:鋼筋;風動送樣系統(tǒng);力學性能測試;自動化 中圖分類號:TG115.5 文獻標志碼:A 文章編號:1001-4012(2022)10-0013-04

隨著鋼筋生產(chǎn)技術的不斷創(chuàng)新及對其質量控制 的有效管理,鋼筋的質量也不斷提升,其高質量發(fā)展 對促進鋼鐵行業(yè)的轉型升級意義重大。 提升和保證鋼筋質量是一項非常重要的工作, 為了保障建筑工程的質量和安全,國際上制定了一 系列的鋼筋檢測標準,對鋼筋的材料性能測試進行 了詳細的定義和要求,其中涵蓋了拉伸試驗、彎曲試 驗、重復彎曲試驗以及疲勞試驗等。國內對鋼筋的 生產(chǎn)、使 用 和 質 量 檢 測 一 直 有 相 關 的 控 制 標 準, GB/T1499.2—2018《鋼筋混凝土用鋼 第2部分: 熱軋帶肋鋼筋》已在2018年11月1日正式實施,其 中規(guī)定了鋼筋混凝土用鋼材性能的檢測項目和要 求[1],內容主要包括:拉伸試驗(下屈服強度、抗拉強 度、斷后伸長率、最大力總延伸率、屈強比等)、彎曲 試驗、反向彎曲試驗、軸向疲勞試驗、化學分析、尺寸 測量、相對肋面積的測定、質量偏差的確定、鋼筋的 金相檢驗方法等。該標準同時還對試樣的制取、矯 直和人工時效等提出了一些具體要求。 鋼筋的力學性能是衡量鋼筋產(chǎn)品質量最重要的 指標之一,力學性能測試可以更好地為產(chǎn)品質量管 控提供有效支撐。根據(jù) GB/T1499.2—2018 中的 相關條款規(guī)定,對于熱軋帶肋鋼筋,每次測試需要送 檢5根試樣,以檢查鋼筋品質和力學性能等。各鋼筋 生產(chǎn)企業(yè)應按國家現(xiàn)行相關標準的規(guī)定抽取試樣進 行力學性能測試和質量偏差檢驗,結果必須符合有關 標準的規(guī)定,以杜絕不合格鋼筋混入建筑工程中。 1 鋼筋檢驗的現(xiàn)狀

某些鋼鐵公司坯材檢驗和物理測試崗位現(xiàn)有工 作人員不足,更不能勝任產(chǎn)能提升的檢驗任務需求,需要通過自動化、智能化方法提升檢驗效率,來適應 產(chǎn)能提升后帶來的檢驗任務增加。 某些單位現(xiàn)有檢驗人員配置不能滿足專職人員 開展品種研發(fā)檢驗工作的要求,導致品種開發(fā)檢驗 周期、檢驗能力不能滿足和支撐品種研發(fā)要求,也需 要通過自動化、智能化等方法代替人力,分流出部分 人員從事品種開發(fā)檢驗和非常規(guī)檢驗工作。 對于盤卷產(chǎn)品特性,按照國標要求需要進行屈 服強度測試,但在測試過程中,由于矯直工藝差異和 人員操作差異,屈服強度測試結果的穩(wěn)定性差,易造 成結果誤判。 在鋼廠的大生產(chǎn)中,需要對生產(chǎn)的產(chǎn)品進行分 析檢驗,并將試樣送至相關的實驗室進行檢測和分 析,而現(xiàn)在的產(chǎn)品實驗室大多設在離生產(chǎn)現(xiàn)場較遠 的地方。目前,國內絕大部分實驗室在不同的試樣 加工工序、加工與試驗工序、試樣管理、殘樣清理等 環(huán)節(jié),還必須通過人工進行過程流轉[2]。人工輸送 試樣比較耗費時間,影響檢驗周期。 隨著自動化、智能化技術的發(fā)展,自動化、智能 化技術已在力學性能測試領域廣泛應用。近年來, 某些生產(chǎn)企業(yè)也陸續(xù)開始采用力學性能自動化檢測 技術進行產(chǎn)品檢驗,避免了人為因素對測試結果的 影響,降低了產(chǎn)品的質量風險,大大提高了工作效 率,降低了操作人員的勞動強度[2]。 經(jīng)過調研和技術交流可知,鋼筋風動送樣和鋼 筋力學性能自動化檢測技術適用于質量檢驗和質量 管控模式。

2 風動送樣系統(tǒng)

2.1 風動送樣系統(tǒng)的運行模式

為了快速、及時地把試樣送到質量檢驗部門,要 探索一種快速送樣系統(tǒng)來實現(xiàn)自動化。 風動送樣系統(tǒng)在鋼鐵企業(yè)應用較早,目前依靠 風動送樣技術來實現(xiàn)爐前試樣的輸送是一種非常成 熟的技術,用風動送樣技術實現(xiàn)多種介質、不同規(guī)格 試樣的送樣功能,來解決送樣不及時、檢驗結果反饋 慢的難題,值得業(yè)內同行探索。 需要開發(fā)能傳輸滿足標準要求尺寸試樣的正壓 單管風動送樣系統(tǒng),用于螺紋鋼試樣的傳輸,在生產(chǎn) 現(xiàn)場各取樣點與實驗室之間快速傳遞試樣和返回空 樣盒。利用輸送管道內一定壓力的壓縮空氣流產(chǎn)生 的推力,用電氣控制來推動裝有試樣的樣盒沿輸送 管道從取樣現(xiàn)場發(fā)送到實驗室,實驗室拿取試樣后再以同樣的方式將空樣盒發(fā)送回取樣現(xiàn)場,以此實 現(xiàn)反復輸送,最終達到使用風動送樣代替人工取樣 的操作。 鋼筋風動送樣系統(tǒng)包括:發(fā)送站,即生產(chǎn)現(xiàn)場或 現(xiàn)場取樣室;接收站,即分析或實驗室;輸送管道、動 力源設備及電氣控制部件等。現(xiàn)場分站和分析室總 站均設有儲氣罐和收發(fā)柜、輸送管道,其兩端分別設 置在現(xiàn)場分站和分析室總站的收發(fā)柜內;其中,儲氣 罐的輸入端設有輸入接口,用于輸入壓縮空氣,其輸 出端設有輸出接口,收發(fā)柜內設有收發(fā)氣缸,收發(fā)氣 缸設置在輸送管道的端口下方,用于收發(fā)試樣樣盒。 整套系統(tǒng)操作簡單、安全可靠,提高了試樣的傳輸效 率。風動送樣系統(tǒng)如圖1所示。

2.2 風動送樣系統(tǒng)設備說明

正壓 單 管 風 動 送 樣 系 統(tǒng) 的 傳 輸 距 離 約 為 300m,可以運載長度為500mm,直徑為50mm,質 量為4kg的螺紋鋼、圓鋼等試樣。 上層按鈕操作區(qū)主要有:樣盒檢測顯示燈、主站 分站工作顯示燈、開關門操作鍵、異常復位鍵等。 下層發(fā)射柜主要有:可左右移動的樣盒承載裝 置、樣盒限位到位檢測及彈送裝置、自動開關門移動 裝置、 樣 氣 盒 壓 承 閥 載 及 裝 移 置 動 要 速 配 度 備 控 專 制 用 裝 的 置 輸 等 送 。 樣盒,底部為 可伸縮的緩沖底座,連接壓縮空氣管道,后側有可左 右移動的控制滑行道。 樣盒限位到位檢測及彈送裝置配有檢測限位, 控制樣盒正確到位,并通過氣壓將樣盒彈出。 樣盒到位后,自動開關門裝置自動開門彈出樣 盒,在操作關門指令發(fā)送后,樣盒自動移動到發(fā)射底 座上,將樣盒發(fā)出。 鋼筋風動送樣系統(tǒng)的開發(fā)運用,實現(xiàn)了試樣快 速傳輸功能。整套系統(tǒng)操作簡單、安全可靠,不僅提 高了試樣的傳輸效率,也減少了操作人員的工作量, 可更有效地提高試樣到位時間,降低勞動強度,提高 工作效率。

3 全自動試驗系統(tǒng)

3.1 全自動試驗系統(tǒng)運行模式

新建一套一拖二(一套機械手配合兩臺拉力試 驗機)自動拉伸試驗系統(tǒng),用機械手代替人工,完成 指定位置待檢試樣的自動稱重測長、拉伸試驗,并自 動上傳檢驗結果,實現(xiàn)全自動檢驗。該系統(tǒng)包括全 自動引伸計、試樣傳輸機械手、試樣架及相應的控制 系統(tǒng)等。 全自動拉伸屬于成熟的應用技術,尤其在板材 檢測領域,已有10 成功應用了該技術。 a以上的應用經(jīng)驗,某些企業(yè)已 某公司棒、線材產(chǎn)品占全部產(chǎn)品的80%以上, 棒、線材產(chǎn)品對檢驗項目、檢驗流程的要求一致,試 樣的形狀和制樣的標準相對統(tǒng)一,分析數(shù)據(jù)量大并 要求及時上傳。 軋鋼生產(chǎn)按批次取試樣后(盤卷試樣在線用矯 直機進行矯直),從現(xiàn)有信息系統(tǒng)中獲取(或由人工 創(chuàng)建)對應批次批號、牌號、序號等信息,生成并打印 試樣信息條碼,將條碼貼在對應試樣上并送至物理 實驗室,力學測試人員收到試樣后,用全自動拉伸系 統(tǒng)進行掃碼登記,建立分析測試任務,并將試樣按順 序放到試樣裝卸架中,進入自動測試流程。 試樣進入自動測試流程后,機械手抓取試樣送 至稱重測長系統(tǒng),進行長度、質量測試,自動計算質 量偏差,稱重測長完成后,用機械手將彎曲試驗試樣 送回至卸載試樣架,由人工取走進行彎曲試驗。拉 伸試樣由機械手自動送至拉伸試驗工位,拉伸試驗 機根據(jù)測量長度自動調整夾具間距,試樣到位后自 動夾緊,根據(jù)試樣信息選擇拉伸試驗程序,自動開展 拉伸試驗,自動進行鋼屑清理,測試完成后對照判定 標準判定結果是否合格。由機械手卸載試樣后,送 至對應標識試樣收集工位,完成一個試樣試驗,根據(jù) 檢驗任務重復上述過程,完成該批次全部試樣檢測 后,將該批次結果上傳至公司質量系統(tǒng),完成一批次 試樣檢測[3]。 該系統(tǒng)為一臺機械手配合兩臺自動拉伸試驗機 的工藝組合,系統(tǒng)能夠自動進行試樣排隊、任務分配 等功能。

3.2 全自動試驗系統(tǒng)主要功能

試樣矯直范圍為?6~?16mm;替代了人工矯 直過程,大大提高了矯直效率。300,1200kN 電液 伺服拉伸試驗機的精度等級均為0.5級,夾持圓試樣的直徑分別為5.5~32mm,15~60mm。 六軸機械手的工作范圍為半徑2.55m 的圓形 內;其工作效率為不少于20個/h。選用仿真機械臂 的機器人IRB4600(ABB),測試序列可以根據(jù)操作 者要求改變(具有測試優(yōu)先權)。六軸機械手可自動 抓取最大質量為25kg的試樣,抓取時保證運行平 穩(wěn),防止試樣抖動、歪斜,影響試樣的對中位置。在 自動上樣前進行試樣對中,確保拉伸過程中試樣的 同軸性。每個動作控制單元可通過軟件進行人工控 制及檢測。機械手拿取試樣時,具有判定是否拿取 到試樣的識別功能;取較短的試樣時,如果機械手未 取到,試樣夾頭不能打開。機械抓手的更換要方便, 并保證人、機安全。 控制系統(tǒng)具備各設備的工作狀態(tài)顯示、控制、故 障提示,各類設備的工作運行狀態(tài)統(tǒng)計,各設備工作 節(jié)點的數(shù)據(jù)統(tǒng)計,試樣在自動化系統(tǒng)上的工作流程、 工作狀態(tài)、分析結果的留存等功能。控制系統(tǒng)還能 分析數(shù)據(jù)并自動判定、上傳至公司系統(tǒng)。 試驗數(shù)據(jù)接收及傳送系統(tǒng)能按通訊協(xié)議,接收 上位機有關試樣的試驗信息,并按此進行設定;試驗 結束后能按設定自動上傳試驗數(shù)據(jù),實現(xiàn)與上位機 之間的數(shù)據(jù)通訊。 操作軟件、測試軟件在 Windows界面下的控制 軟件包(含上位機通訊軟件包)的功能包括:拉伸、壓 縮、彎曲、循環(huán)、設定試驗方法、測試結果分析、數(shù)據(jù) 自動發(fā)送、試樣排序及試驗優(yōu)先、圖像分析軟件模 塊、記錄試驗日期和時間,同時包括力值、引伸計的 自動計量程序。 試驗程序可安裝到其他離線計算機上,以便在 其他計算機上分析、查看試驗數(shù)據(jù)等。 軟件能顯示試驗力、橫梁位移、引伸計變形、試 樣夾持力、試驗時間等。PLC(可編程邏輯控制器) 編程監(jiān)控軟件能實時監(jiān)測 PLC的運行狀態(tài)。 試驗機控制計算機可自動預判斷試驗結果是否 合格、有效(試驗數(shù)據(jù)是否符合有關標準規(guī)定)。如 試驗結果預判定不合格或無效,需在試驗結果的數(shù) 據(jù)上作出標記。試驗機控制計算機能永久保留試驗 段的數(shù)據(jù)(大于10000個試樣的試驗數(shù)據(jù)),以便操 作人員可在控制計算機上根據(jù)試驗日期、試驗人、試 驗批號等條件模糊動態(tài)查詢到以往的試驗結果。 試驗機控制計算機具備人工試樣登記功能,人 工登記的試驗結果也可方便迅速上傳到上位機上。 試驗機控制計算機上傳的數(shù)據(jù)結構(試驗數(shù)據(jù) 小數(shù)點后位數(shù)、上傳信息的項目)可以被增加和修 改。測控軟件可選擇自動或手動上傳試驗結果,上 傳的數(shù)據(jù)結構(試驗數(shù)據(jù)小數(shù)點后位數(shù)、上傳信息的 項目)可根據(jù)實際需要進行設置。 系統(tǒng)報警信息以及具體故障點位的查看避免了 數(shù)據(jù)錄入和計算時可能帶來的錯誤,同時保證了數(shù) 據(jù)的可追溯性。 鋼筋力學性能自動化檢測系統(tǒng)如圖2所示。

4 結語

(1)在對風動送樣系統(tǒng)優(yōu)化后,試樣從發(fā)射端 到接收端的時間達到20s,滿足該系統(tǒng)的設計標準, 并且實現(xiàn)了公司內部若干條生產(chǎn)線實驗室的整合。 (2)該系統(tǒng)可以在自動上樣前進行試樣對中, 確 保拉伸過程中試樣的同軸性,提高了斷后伸長率 檢測的準確性。另外,自動化手段代替人工操作具 有應變實時測量能力,真正滿足精確測量屈服強度 等參數(shù)的要求。 (3)鋼筋風動送樣和全自動試驗系統(tǒng)可以實現(xiàn) 鋼材試樣的力學性能集中檢驗及鋼材的全自動取 樣、檢驗、數(shù)據(jù)上傳,為螺紋鋼的檢驗開辟了新的管 理方式。通過設備及人員的整合,可解決現(xiàn)有人員 短缺與按批檢驗、產(chǎn)能提升、品種開發(fā)檢驗需求的矛 盾,提高作業(yè)效率,降低勞動強度。 (4)全自動試驗系統(tǒng)可實現(xiàn)過程操作的標準 化、測試數(shù)據(jù)的信息化,可最大化減少人為因素對檢 驗結果的影響,提升分析質量;另外,也可改善實驗 室裝備的技術水平。