金属矩形风管薄钢板法兰连接技术
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[摘要]本文介绍了金属矩形风管薄钢板法兰连接技术在国内外的应用情况，叙述了此项技术的工艺设备情况及生产工艺流程，并结合××××工程实际说明了金属矩形风管薄钢板法兰风管的制作方法和安装过程，对应用此技术所带来的经济效益进行了分析。
[关键词]薄钢板法兰 连接技术 共板法兰 组合式法兰 咬口
中图分类号： TU758.14 文献标识码： A 文章编号：
(一)国内外发展状况
随着新技术、新材料的不断涌现，通风空调系统的风管制作、安装中，新材料、新工艺层出不穷，薄钢板法兰风管的出现就是生产自动化、机械化发展的产物。
金属矩形风管薄钢板法兰连接技术与传统角钢法兰连接技术相比，因具有制作工艺先进、安装生产效率高、操作人员工种少（省去焊接、油漆等工种）、操作劳动强度低、产品质量稳定等特点，在国外已有多年发展和应用历史，属较为成熟的技术。当前在国外广泛应用的技术形式有两种：一种是法兰与风管管壁为一体的形式，称之为“共板法兰”（TDC法兰）；另一种则是“组合式法兰”（TDF法兰）。
金属矩形风管薄钢板法兰连接技术在我国建筑工程上应用已有十余年历史，但由于前些年没有相应标准支持以及宣传力度不够等原因，在建筑工程应用还不广泛。近年来，随着国家标准《通风与空调工程施工质量验收规范》（GB50243-2002）的出台，进一步完善了该类型风管的制作与加固以及试验方法等措施，为推动该项技术的应用和扩大应用领域打下了坚实的基础。本工程通风空调风管系统基本全部采用“共板法兰”连接形式。
(二)主要技术特征
传统的通风与空调工程风管横向连接，均采用角钢制作成对法兰，分别铆在风管两端并翻边，利用两根风管的这对法兰，中间加上密封垫并用螺栓把他们连接起来。由于受到材料和机具和施工的限制，风管不可能为减少这种接头做的很长。一般矩形直风管根据板材的特点均在1.2mm左右。在一个工程内，风管法兰接口多达成千上万，也就需要成千上万对法兰、密封垫，连接法兰用的螺栓数量更是惊人的庞大。
薄钢板法兰风管的法兰与风管同为一体，风管间的连接采用弹簧夹式、插接式或顶丝卡紧固方式。薄钢板法兰风管的制作，根据施工实际情况可采用单机设备分工序完成风管制作；也可采用在计算机控制下，将下料、风管管体及法兰成形一次完成的直风管制作流水线。直风管制作流水线使用镀锌板卷材，可根据风管制作需要，连续进行管材下料直至半成品加工完成，全部工序大约只需30秒。变径、三通、弯头等异型风管配件可采用数控等离子切割设备下料，有效节省传统展开下料繁琐操作所耗时间。设备的配套使用实现了直风管加工和风管配件下料的自动化。具有生产效率高、降低消耗、成型美观、实现风管加工的全自动化、产品质量好等优点。
(三)制作风管的主要设备及工艺简介
本工程风管的制作采用的是YZGB12-1250型共板法兰风管自动生产线。该生产线是通过操作控制中心控制，将卷材开卷、板材下料、冲孔（倒角）、辊压咬口、辊压法兰、折方等工序，通过传送连接起来，形成有不同工位组成的一个连续工序，制作成半成品薄钢板法兰直风管管段。
流水线每次开机后应进行试运转，并检查各处运转是否正常，各处油压是否正常。
1、开卷
目前的开卷机配置可放置四种常用厚度的镀锌板材卷料，每个卷料都有独立的电机驱动系统，通过卷料选择装置将所需卷料输入流水线控制系统。
液压驱动机构使卷料向开卷方向转动，引卷机构把卷料从卷低部送出。由控制辊控制保持适当的缓冲弧，当缓冲弧与控制辊接触时，则液压驱动机构关闭。
采用控制辊方式的开卷机，一般不使用表面涂层或表面质量敏感的卷材。对于有涂层的材料，可以用限位开关来代替控制辊。
料卷宽度范围一般为1000mm～1500mm，卷料内径500mm，卷料最大重量应小于5000kg。
2、剪切、冲孔
上切式剪切由液压缸驱动，缸体安装在剪切机框架的中心。框架与下剪刃夹具相连，可进行板材横向、纵向裁剪，板材加工长度±0.51mm。下剪刃的倾斜度在设时已适合最厚板材的最佳切割质量，斜剪刃用来最大程度地消除剪切变形。下剪刃夹具安装在剪切机副框架上的6个凸轮随动轴承上，可以进行推拉调整，利于剪刃对中。
剪板机属斜口剪切，在板材剪切过程中会对板材形成侧向应力。因此，剪切前应检查压脚与机床平台的平整性、有效性。
剪切机刀刃必须保持锋利，以板材剪切断面平直、无毛刺为宜。上下刀刃的间隙应一致，上下刀刃的间隙过小，会增加剪切时的负载，甚至会使刀刃破裂，机床损坏；过大会使切口弯曲，毛刺严重，甚至会出现板材反转、剪切不断的现象。
上剪刃夹具具有多功能。剪刃的前面用于剪切板料。剪刃的背面与按扣冲头一切使用，用于按扣式咬口的雄咬口按扣冲孔。上剪刃同时被用作夹具，当适应折弯功能时加紧板料。
流水线具有标准型的压筋形式。当制作的风管需要安装加固点时，可用安装流水线框架上的冲模在需要的位置冲孔。
3、辊压
多工位的双侧辊压成型机组包括固定的辊压成型机头，可以生产联合角咬口或者按扣压咬口以及法兰部分。模具更换由计算机控制完成，液压活塞带动辊子垂直上下运动，并准确就位。
4、传送台
传送台可组成“U”形，或“Z”形排列，也可用于将切好的板料直接从机器纵向或机器横向输出。
传送台上有一系列的传送辊，台子上装有后挡板，用于将板料准确定位。接到经过切断、切槽、压筋工步的板料后（无咬口的或者是带有联合角咬口或按扣式咬口的），传送到法兰成型机上。
5、折方
折方系统包括一个输入传送台，由折弯机和安装在机架上的定位系统组成。可将板料快速并精确地定位在折方机构上，制作“L”形，“口”字形，或者“U”形风管，折方完成后，输送台可以不借人力将风管快速而安全地输出。
6、控制系统
有计算机控制度操作系统，通过人机对话，操作者可直接传送直风管的数据。人机界面能实现手动输入和从主机上下载数据，可储存多达500项工作内容。人机系统还包括机器监控、数据采集、历史记录、故障诊断等功能。操作者可直接输入切断长度、风管片数、切槽、剪切、折弯和其他设备功能。一台工业级伺服马达能保证安静、平稳、精确地运行。
全部控制系统由主控制台、操作者远程控制面板、带有触摸屏的计算机及专用程序软件等组成。控制单元和机械机构共同控制完成机器的运行和材料的精确运动，同时提供机器诊断和监控功能。
(四)执行标准
金属矩形风管薄钢板法兰连接技术的技术指标应符合国家标准《通风与空调工程施工质量验收规范》（GB50243-2002）以及建设部部颁标准《通风管道技术规程》（JGJ141-2004）中有关规定。
(五)金属矩形风管薄钢板法兰风管制作
(1)薄钢板法兰风管，板材厚度0.5～1.2mm。风管下料宜采用“单片、L型或口型”方式。金属风管板材连接形式有：单咬口（适用于低、中、高压系统）、联合角咬口（适用于低、中、高压系统矩形风管及配件四角咬接）、转角咬口（适用于低、中、高压系统矩形风管及配件四角咬接）、按扣式咬口（低、中压矩形风管或配件四角咬接、低压圆形风管）。
(2)薄钢板法兰风管咬口形式一般为联合角咬口或按扣式咬口。系统对风管严密性要求不高或采取咬口缝增加密封措施时，可采用按扣式咬口。采用联合角咬口时，风管大边采用单口，小边采用双口。
风管连接的最大间距是指风管管段采用不同形式和规格连接时，管段的允许最大长度。当风管段长度超出要求范围时，应对管段实施加固。
(3)当风管的长度尺寸超出规定的范围时，应对其进行加固，否则不能满足风管耐压强度要求。风管的加固是风管制作工艺的重要组成部分，《通风管道技术规程》（JGJ141-2004）在编制时，参照欧洲空调承包商协会施工标准《薄板金属风管施工规范》（DW/142）和美国“SMACNA”标准中的风管连接、风管加固的规定，结合我国风管制作实践，通过对目前常用的风管连接和加固形式分析，根据计算和部分试验结果提出了矩形风管的连接和横向加固的“刚度等级”概念，以细化风管加固措施的要求。
一般情况下，薄钢板法兰矩形风管流水线生产的风管的管壁均已压制加强筋，所以只另采用点加固形式中螺杆内支撑即可。
采用螺纹杆内支撑加固时，加固点的排列应整齐、间距应均匀。其支撑件两端专用垫圈应置于风管受力（压）面。管内两加固支撑件交叉成十字状时，其支撑件对应两个壁面的中心点应前移和后移1/2螺杆或钢管直径的距离。螺纹杆直径宜大于或等于8mm，垫圈外径应大于30mm。
(六)金属矩形风管薄钢板法兰风管安装
薄钢板法兰风管安装应符合金属风管安装的有关规定，此外，本工程应用过程中，还应注意以下自身特点：
(1)组合式薄钢板法兰风管在法兰条与风管组装成型时，应避免风管与法兰条插接后产生端面缝隙。调整法兰口的平面度后，再将法兰条与风管铆接（或本体铆接）。铆（压）接点，间距应小于或等于150mm，不得存在漏铆（压）和脱铆（压）现象。
(2)薄钢板法兰风管的四角处应在其内外侧均涂抹密封膏。
(3)一般通风空调用薄钢板法兰风管的法兰垫料厚度宜为3mm～5mm，可用橡胶板、密封胶带或其他闭孔弹性材料。输送产生凝结水或含湿空气，应采用橡胶板或闭孔海绵橡胶板，法兰垫料应减少拼接不应凸入管内或法兰外。
(4)薄钢板法兰连接所用的弹簧夹的长度应为120mm～150mm。弹簧夹、顶丝卡应分布均匀，间距不应大于150mm，最外端的连接件距风管边缘不应大于100mm。
(5)管段连接前在四角处插入四个长度大于60mm的90°角件，角件与法兰四角接口的固定应稳固、紧贴，端面应平整。
(6)组合式法兰风管的法兰安装应根据风管边的长度，分别配制四根法兰条，填充密封胶后插入风管，调校法兰口平直，在铆（压）固。
(7)两节风管连接时，在一端风管法兰平面处粘贴密封条，将四角处用螺丝紧固，螺丝方向应一致，最后用专用工具将法兰弹簧夹卡固在两节风管法兰处，或用顶丝卡固定两节风管法兰。弹簧夹、顶丝卡不应有松动现象。
(8)风管与阀部件连接部分，为了保证系统整体刚度，应采用一头共板法兰，另一头角钢法兰形式连接。
(七)经济效益
矩形风管加工流水线的使用，具有速度快、效率高、风管质量稳定、外表美观、尺寸准确、互换性强等优点，对减轻操作工人劳动强度，提高工效，节约材料起到很大的促进作用。按照流水线的设计速度为12 m/min～22.5m/min，日产量可达800 m²～1600m²，设备操作人员正常为2～4人。薄钢板法兰风管与型钢法兰风管相比可节约材料、降低人工成本，提高工效约10倍以上，风管加工安装成本每平方米综合成本可降低20元以上。
矩形风管流水线由于使用卷筒钢板，其材料的损耗可比板材料制作风管下降5％～8％。薄钢板法兰风管与型钢法兰风管相比可降低风管系统的重量，以边长1250mm～1000mm的风管为例，可降低风管重量约30％，不仅仅是风管加工材料的节约，还可降低风管支吊架的选用规格型号。
通过初步测算，对于10m2风管制作及安装，在相同的工期情况下，可节约劳动力60%左右，各种型钢35公斤，各种连接用螺栓100余套，防锈漆0.5公斤，另外，由于法兰采用镀锌钢板制作，镀锌钢板用量增加4%左右，其次采用自动生产线，制作精度和质量更易控制。另外由于减少型钢及防腐工程量，也就减少了油漆对环境的污染，具有较好的经济及社会效益。
(八)结束语
金属矩形风管薄钢板法兰风管制作、安装技术具有制作工艺先进、安装生产效率高、操作人员工种少、操作劳动强度低、节约物料、产品质量稳定等诸多优点，在××××工程进行了成功应用。此项新技术将逐步取代其他同类技术，进而在建筑市场上推广，具有广阔的应用前景。
参考文献：
1、《通风与空调工程施工质量验收规范》（GB50243-2002）
2、《薄钢板法兰风管制作与安装》07K133 中国建筑标准设计研究院
3、《通风管道技术规程》（JGJ141-2004）