阜陽(yáng)西站站房文化浮雕墻的鑄造與安裝

（銅陵銅官府文化創(chuàng)意股份公司，安徽 銅陵 244000）

阜陽(yáng)西站站房文化浮雕墻之鑄銅浮雕《管鮑之交》，外形尺寸約為14.8 m×7 m，安裝在高鐵站二樓離地面高度8 m.客戶要求鑄造材質(zhì)為ASTM B584 C90300，鑄件厚度不低于6 mm.

1 鑄 造

1.1 底稿泥塑

在泥塑架上用雕塑泥打底找平，在其上張貼加放過(guò)收縮量并有坐標(biāo)格的1∶1 的《管鮑之交》紋稿大樣，如圖1 所示，雕塑人員可依據(jù)圖案紋飾一個(gè)小單元一個(gè)小單元單獨(dú)泥塑，圖案紋飾定位相對(duì)準(zhǔn)確，比例不會(huì)失調(diào)，還可多人同時(shí)上架泥塑，縮短泥塑周期，多人雕塑風(fēng)格趨于一致，泥塑最后進(jìn)行整體調(diào)整。這種有底稿的泥塑工藝方法，稱之為“有稿泥塑”。

圖1 1∶1“有稿泥塑”大樣

1.2 造型

1.2.1 剝蠟法

剝蠟法工藝是在雕塑好的泥模上翻制石膏模（或硅膠模），然后去刷蠟，蠟片厚度相當(dāng)鑄件厚度，石膏模連同蠟?zāi)Ｒ黄鹚腿ピ煨?，造型先做鑄銅浮雕背面砂塊，翻箱去掉石膏模，修蠟，再在背面砂塊上做有紋飾的一面，開(kāi)箱后取出蠟?zāi)＃▌兿灒1]。

刷蠟厚度均勻，達(dá)到客戶要求，復(fù)雜、較大面積的雕塑可用紗布加固。

1.2.2 無(wú)箱造型

在造型的砂塊中放入鋼管或焊接網(wǎng)狀骨架，便于砂塊的吊運(yùn)以及合箱緊固。砂塊的外形可隨鑄件的形狀造型，在造型過(guò)程中放入鋼管或隨形鋼架，大大減少樹脂砂的用量，鋼架可重復(fù)使用，既降低生產(chǎn)成本又增加了生產(chǎn)效率[2]。

1.2.3 剝蠟法呋喃樹脂砂無(wú)箱造型操作工藝

剝蠟法呋喃樹脂砂無(wú)箱造型操作步驟：

1）將蠟片連同原石膏模一起按有利于起模的角度擺放好；

2）石膏模周邊用磚頭、木板或砂床等物墊起來(lái)，預(yù)留50 mm 砂層厚度；

3）在蠟?zāi)Ｖ苓吿钿仒渲埃瑝簩?shí)；

4）待樹脂砂固化后，按蠟片邊緣肌理修整樹脂砂分型面（假箱）見(jiàn)圖2，分型面上撒分型砂；

5）在假箱上造型（鑄銅浮雕背面），先鋪一層樹脂砂，放入鋼管或焊接網(wǎng)狀骨架，用樹脂砂包裹住鋼管，砂塊邊緣處修整好；

6）翻箱，去掉石膏模，修整好蠟?zāi)Ｒ约胺中兔?，撒分型砂?/p>

7）在造好的背面砂塊上面造鑄銅浮雕正面砂塊，并放入鋼管或焊接網(wǎng)狀骨架；

8）樹脂砂固化后開(kāi)箱，取出蠟?zāi)＃▌兿灒?/p>

圖2 剝蠟法呋喃樹脂砂無(wú)箱造型假箱

9）修型，開(kāi)設(shè)澆注系統(tǒng)；

10）刷醇基涂料；

11）合箱。

剝蠟法呋喃樹脂砂無(wú)箱造型，直接用蠟型厚度代替貼泥，用樹脂砂工藝達(dá)到精密鑄造的表面效果，且蠟料、鋼管可回收反復(fù)使用，降低了生產(chǎn)成本，縮短了生產(chǎn)周期。

1.3 熔鑄

1.3.1 化學(xué)成份

ASTM B584 C90300 化學(xué)成分見(jiàn)表1.

表1 ASTM B584 C90300 化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

1.3.2 加料順序

熔鑄時(shí)的加料順序?yàn)椋焊采w劑→電解銅→2/3磷銅→鋅→錫→1/3 磷銅。其中溶劑和磷銅加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為：

1）熔劑：硼砂70%+玻璃30%，用量為0.5%～2.5%；

2）磷銅總量：0.5%（含P 質(zhì)量分?jǐn)?shù)13%）.

1.3.3 操作要求

1）爐底加入熔劑，坩堝預(yù)熱到暗紅色；

2）加入預(yù)熱過(guò)的電解銅（400 ℃～500 ℃），留質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的銅做降溫用；

3）全功率快速熔化升溫至1 200 ℃左右，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.2%的磷銅脫氧；

4）然后加入預(yù)熱的鋅、錫（鋅、錫入爐前預(yù)熱至150 ℃～200 ℃）攪勻，并降低功率做含氣試驗(yàn)；

5）爐前含氣檢查。如含氣不合格采用高溫沸騰精煉1 320 ℃～1 350 ℃，再加0.2%磷銅脫氧處理；

6）熔煉溫度降到1 220 ℃～1 240 ℃時(shí)，再加入0.1%磷銅進(jìn)一步脫氧，出爐；

7）在澆包內(nèi)放入預(yù)熱的鋅（占銅液質(zhì)量的0.8%），扒渣后出爐覆蓋；

8）立即澆注鑄件，澆注溫度一般控制在1 120 ℃～1 140 ℃.

2 銅浮雕安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及校核

《管鮑之交》鑄銅浮雕外形尺為14.8 m×7 m，安裝在二樓距地面高度8 m，二端各有一段寬3.85 m、高6 m 的實(shí)體墻，中間自然形成一個(gè)跨度7.1 m 的門洞。門洞及鑄銅浮雕安裝位置周圍均為1 mm 單鋁板干掛墻體及玻璃窗，其結(jié)構(gòu)過(guò)于簡(jiǎn)單，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)不能承受鑄造銅浮雕的重量，需要重新設(shè)計(jì)制作承重結(jié)構(gòu)。因此，安裝必須在6 m 高墻體架設(shè)水平梁，在梁上焊接鋼構(gòu)到客戶要求的鑄銅浮雕安裝高度8m，《管鮑之交》鑄銅浮雕安裝結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖3.

圖3 《管鮑之交》鑄銅浮雕安裝結(jié)構(gòu)示意圖

整個(gè)鑄銅浮雕質(zhì)量約為50 kN，通過(guò)8 個(gè)立柱傳遞到長(zhǎng)14.8 m 水平梁上，其中左右各2 個(gè)立柱落在3.85 m 的實(shí)體墻上，對(duì)門洞上方跨度7.1 m 的梁彎曲影響不大。而跨度7.1 m 水平梁在受到長(zhǎng)期重載荷時(shí)存在彎曲變形，因此主要校核跨度7.1 m 承重梁的剛度，該梁的受力計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖4.

圖4 《管鮑之交》鑄銅浮雕承重梁計(jì)算簡(jiǎn)圖

2.1 梁的彎曲內(nèi)力

鑄銅浮雕安裝在8 個(gè)立柱上一水平結(jié)構(gòu)梁上，因此8 個(gè)立柱所受載荷近似相等，每個(gè)立柱的載荷為：

由于承重梁上的載荷和支反力對(duì)跨度中點(diǎn)是對(duì)稱的，故容易求出兩端支反力為[3]：

在跨度中點(diǎn)截面左側(cè)的外力為RA和載荷P1、P2·P1引起的彎矩為正，且數(shù)值為RA×3.55 kN·m.跨度中點(diǎn)截面以左的載荷P1、P2引起的彎矩為負(fù)，且數(shù)值分別為P1×0.38 kN·m、P2×2.49 kN·m.故跨度中點(diǎn)截面上的彎矩為：

2.2 梁的彎曲應(yīng)力

Q235 的許用應(yīng)力[σ]=113 MPa，承重梁的最大彎矩Mmax=26.44×103kN·m.由彎曲正應(yīng)力強(qiáng)度條件，有

2.3 梁的校核

選用壁厚5 mm×200 mm 鍍鋅方管做為銅浮雕的跨度梁，鍍鋅方管截面模量為：

故5 mm×200 mm 鍍鋅方管做為《管鮑之交》鑄銅浮雕安裝承重梁能滿足設(shè)計(jì)工況條件。

3 鑄銅浮雕安裝

《管鮑之交》鑄銅浮雕在公司內(nèi)完成預(yù)拼裝，現(xiàn)場(chǎng)安裝。結(jié)構(gòu)件現(xiàn)場(chǎng)制作。

3.1 定位放線

利用水平儀、紅外線測(cè)量?jī)x、卷尺等測(cè)量工具，按點(diǎn)位要求放好鑄銅浮雕中心十字線和外輪廓線，并做好標(biāo)識(shí)。

3.2 結(jié)構(gòu)件制作

3.2.1 承重支架組

按照定位標(biāo)識(shí)，在承重支架最下面設(shè)計(jì)一道5mm×200 方管制作的承重梁，門洞位置（跨度7.1m）承重梁上加焊?jìng)?cè)立弧形抗彎加強(qiáng)腹筋，厚度20 mm、長(zhǎng)度6 244 mm、拱高200 mm.在方管承重梁上均布焊裝8 個(gè)承重支架，在8 個(gè)支架頂面通長(zhǎng)焊裝5mm×100mm 方管做為安裝基準(zhǔn)梁（要測(cè)水平），鑄銅浮雕的框架便安裝在基準(zhǔn)梁上，基準(zhǔn)梁高度要符合鑄銅浮雕的安裝高程要求。

承重支架等現(xiàn)場(chǎng)制作。承重支架在預(yù)制混凝土梁的上面和后側(cè)面用φ20 化學(xué)螺栓固定。

地面做好防護(hù)。所有焊縫處清渣，并涂刷防銹漆。

3.2.2 鑄銅浮雕框架

鑄銅浮雕框架現(xiàn)場(chǎng)制作，焊裝在安裝基準(zhǔn)梁上，要保證框架正立面垂直并與墻體平行，然后把分塊運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)的鑄銅浮雕，按順序逐塊安裝在框架上。

3.3 吊裝

1）利用鑄銅浮雕安裝位置后上側(cè)二道混凝土梁做為起吊掛點(diǎn)，1 t 環(huán)鏈?zhǔn)诫妱?dòng)葫蘆起吊，按順序逐塊起吊銅浮雕銅板到指定位置。

2）以鑄銅浮雕中心線分別向二端吊裝，從鑄銅浮雕下邊往上邊吊裝，以減少累積誤差。

3.4 浮雕焊裝

鑄銅浮雕拼縫采用手工氬弧焊焊接，X 型坡口雙面焊，氬弧焊工藝規(guī)范見(jiàn)表2.

表2 C90300 氬弧焊工藝規(guī)范

鑄銅浮雕必須要從中部、上部分別要有向后上側(cè)混凝土梁的焊裝支承拉筋，以抵御側(cè)向風(fēng)阻，保證鑄銅浮雕高空穩(wěn)定安全性。

3.5 鑄銅浮雕邊框安裝

《管鮑之交》鑄銅浮雕邊框采用1.5 mmT2 銅板折彎成型，拼接縫要配好，邊框采用角碼安裝，圖5為安裝示意圖。

圖5 鑄銅浮雕邊框安裝示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

《管鮑之交》鑄銅浮雕采用“有稿泥塑”，剝蠟法呋喃樹脂砂無(wú)箱造型鑄造，操作靈活，生產(chǎn)周期短，降低了生產(chǎn)成本。鑄銅浮雕安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)理論計(jì)算及校核，確保高空安裝的鑄銅浮雕公共安全性。