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略數“鳥巢”與金屬加工行業之相關點滴
刊登日期 :
13/08/2008 16:12
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楊凡莉
8月8日，當焰火照亮天空之際，2008年奧運會在北京正式宣佈開幕。隨著一場場賽事的緊張進行，奧運場館“鳥巢”和水立方等建築在此時也釋放著“科技奧運”的魅力。當此際，我們不禁回想起當年“鳥巢”和水立方工程建設過程的辛苦，卸載時人們的激動，也回憶起相關製造業、機床設備等行業在其中所貢獻的點點滴滴。
“鳥巢”在設計與施工方面存在很多特點及難點。其屋蓋結構的主要承重構件體型大，單體重量重；由於本工程中的構件均爲箱型斷面杆件，多根杆件空間彙交現象普遍，再加上次結構複雜多變、規律性少，造成主結構的節點構造相當複雜，節點類型多樣，製作、安裝精度要求都非常高。
難點：焊接
在“鳥巢”的設計與施工中，焊接是項非常重要的工程。量大，焊接難度也大：既有薄板焊接，又有厚板焊接，既有平焊、立焊，又有仰焊，等等。“鳥巢”的仰焊技術是工程關鍵的技術之一。它不僅可以大大減少焊接工作量，縮短施工工期，降低工程施工成本，而且更重要的是能有效控制“鳥巢”焊接結構的初始應力，改善構件的變形，對保證結構的安全性具有重要的作用。但仰焊技術的運用，除對焊工技能有很高要求外，焊接材料的品質，尤其是仰焊操作工藝性能更是直接影響著焊接質量。
四川大西洋焊接材料股份有限公司數項工程用鋼被指定爲鳥巢的仰焊焊接材料，並在工程焊接應用中獲得99.5%以上的焊接合格率, 保證了占 “鳥巢”鋼結構安裝焊縫總長1/5、約12km長的仰焊焊縫的高質量。爲解決“鳥巢”層狀撕裂的焊接工程問題，該公司應“鳥巢”焊接專家的要求專門研製了超低氫、超低雜質含量的高韌性抗層狀撕裂CHE427RH焊條，並應用於“鳥巢”工程層狀撕裂敏感的焊接接頭，成功地扼制了層狀撕裂缺陷的産生。
當奧運“鳥巢”工程鋼結構成功實現卸載的時候，4.2萬噸鋼筋鐵骨完全依靠自身結構支撐起來。對於如此之大的一個鋼結構，建設者採取的是高空拼裝的安裝方法，而鋼管打孔連結的核心設備———數控相貫線切割機，主要是哈爾濱四海數控科技股份有限公司提供的。正是這些設備的“穿針引線”，才使各種鋼管相互連接，最後編織成奧運“鳥巢”。
專家指出，數控相貫線切割機其實就是一種數控切割機床。在所有大型管型鋼結構中，這種機床可以爲鋼管之間的連接製造複雜的焊接坡口。在“鳥巢”建設中，擔負支撐重任的管材間的焊接都離不開這種機床。“鳥巢”的成功卸載，充分說明這種機床打出的坡口經過焊接後，強度完全符合設計要求。
與金屬加工行業的其他亮點
“鳥巢”作爲北京奧運會建築的代表作，其中凝結的科技結晶自然不止焊接這一點。作爲一個巨型的鋼結構——跨度近340米，高度達68米，相當於20層樓高，整個重量是4.2萬噸，對金屬加工行業的考驗還有很多。
“鳥巢”外觀圖 |
由瀋陽機床的合資企業菲迪亞數控機床有限公司製造的HS664RT五軸五聯動高速立式銑削中心，被指定爲“鳥巢”小型結構件的加工設備。該加工中心採用床身整體鑄造、小龍門結構，産品整體鋼性強，穩定性能好，對合金鋁、石墨、淬硬鋼、超硬合金等材料的加工有獨到之處，豐富的選項使得該機床具有加工複雜形面所需的高速和準確的特性，特別適合中小型工件的加工。在今年的CCMT2008展會現場上，瀋陽機床現場加工“鳥巢”樣件，壁厚只有2毫米，加工刀具的直徑是1毫米，精細如工藝品，獲得衆人的讚歎。
作爲高科技精髓的CAE仿真技術，在奧運場館的建設中也貢獻頗大。採用CAE技術可以縮短産品的研製時間，並可節約成本和提高産品性能。
中國最大的CAE技術及服務提供者安世亞太（PERA Global）， 曾於今年7月份，攜手惠普公司在北京舉辦了一場“2008奧運仿真技術秀”，展示了CAE仿真技術是如何助力北京奧運會的過程。“鳥巢”的主辦方曾指出，該工程對安裝精度的控制很難，由於施工過程中結構本身因自重和溫度變化均會産生變形，而且支撐胎架在荷載作用下也會産生變形，加之，結構形體複雜，均爲箱型斷面構件，位置和方向性均極強，安裝精度受現場環境、溫度變化等多方面的影響，安裝精度極難控制，施工難度大。施工前必須提前考慮好如何對安裝誤差進行調整和消除，如何進行測量和監控，使變形在受控狀態下完成，以保證整體造型和施工質量。
而這一切在CAE的仿真類比中都得到了體現，並最終得到解決。除了細節之外，安世亞太的CAE仿真技術在秀場上還詳細演示了它是如何助力國家體育場館進行結構分析和設計的，這些體育場館包括“鳥巢”、水立方、羽毛球館和網球館，等等。
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