阜阳西站站房文化浮雕墙的铸造与安装

（铜陵铜官府文化创意股份公司，安徽 铜陵 244000）

阜阳西站站房文化浮雕墙之铸铜浮雕《管鲍之交》，外形尺寸约为14.8 m×7 m，安装在高铁站二楼离地面高度8 m.客户要求铸造材质为ASTM B584 C90300，铸件厚度不低于6 mm.

1 铸 造

1.1 底稿泥塑

在泥塑架上用雕塑泥打底找平，在其上张贴加放过收缩量并有坐标格的1∶1 的《管鲍之交》纹稿大样，如图1 所示，雕塑人员可依据图案纹饰一个小单元一个小单元单独泥塑，图案纹饰定位相对准确，比例不会失调，还可多人同时上架泥塑，缩短泥塑周期，多人雕塑风格趋于一致，泥塑最后进行整体调整。这种有底稿的泥塑工艺方法，称之为“有稿泥塑”。

图1 1∶1“有稿泥塑”大样

1.2 造型

1.2.1 剥蜡法

剥蜡法工艺是在雕塑好的泥模上翻制石膏模（或硅胶模），然后去刷蜡，蜡片厚度相当铸件厚度，石膏模连同蜡模一起送去造型，造型先做铸铜浮雕背面砂块，翻箱去掉石膏模，修蜡，再在背面砂块上做有纹饰的一面，开箱后取出蜡模（剥蜡）[1]。

刷蜡厚度均匀，达到客户要求，复杂、较大面积的雕塑可用纱布加固。

1.2.2 无箱造型

在造型的砂块中放入钢管或焊接网状骨架，便于砂块的吊运以及合箱紧固。砂块的外形可随铸件的形状造型，在造型过程中放入钢管或随形钢架，大大减少树脂砂的用量，钢架可重复使用，既降低生产成本又增加了生产效率[2]。

1.2.3 剥蜡法呋喃树脂砂无箱造型操作工艺

剥蜡法呋喃树脂砂无箱造型操作步骤：

1）将蜡片连同原石膏模一起按有利于起模的角度摆放好；

2）石膏模周边用砖头、木板或砂床等物垫起来，预留50 mm 砂层厚度；

3）在蜡模周边填铺树脂砂，压实；

4）待树脂砂固化后，按蜡片边缘肌理修整树脂砂分型面（假箱）见图2，分型面上撒分型砂；

5）在假箱上造型（铸铜浮雕背面），先铺一层树脂砂，放入钢管或焊接网状骨架，用树脂砂包裹住钢管，砂块边缘处修整好；

6）翻箱，去掉石膏模，修整好蜡模以及分型面，撒分型砂；

7）在造好的背面砂块上面造铸铜浮雕正面砂块，并放入钢管或焊接网状骨架；

8）树脂砂固化后开箱，取出蜡模（剥蜡）；

图2 剥蜡法呋喃树脂砂无箱造型假箱

9）修型，开设浇注系统；

10）刷醇基涂料；

11）合箱。

剥蜡法呋喃树脂砂无箱造型，直接用蜡型厚度代替贴泥，用树脂砂工艺达到精密铸造的表面效果，且蜡料、钢管可回收反复使用，降低了生产成本，缩短了生产周期。

1.3 熔铸

1.3.1 化学成份

ASTM B584 C90300 化学成分见表1.

表1 ASTM B584 C90300 化学成分（质量分数，%）

1.3.2 加料顺序

熔铸时的加料顺序为：覆盖剂→电解铜→2/3磷铜→锌→锡→1/3 磷铜。其中溶剂和磷铜加入质量分数分别为：

1）熔剂：硼砂70%+玻璃30%，用量为0.5%～2.5%；

2）磷铜总量：0.5%（含P 质量分数13%）.

1.3.3 操作要求

1）炉底加入熔剂，坩埚预热到暗红色；

2）加入预热过的电解铜（400 ℃～500 ℃），留质量分数5%的铜做降温用；

3）全功率快速熔化升温至1 200 ℃左右，加入质量分数0.2%的磷铜脱氧；

4）然后加入预热的锌、锡（锌、锡入炉前预热至150 ℃～200 ℃）搅匀，并降低功率做含气试验；

5）炉前含气检查。如含气不合格采用高温沸腾精炼1 320 ℃～1 350 ℃，再加0.2%磷铜脱氧处理；

6）熔炼温度降到1 220 ℃～1 240 ℃时，再加入0.1%磷铜进一步脱氧，出炉；

7）在浇包内放入预热的锌（占铜液质量的0.8%），扒渣后出炉覆盖；

8）立即浇注铸件，浇注温度一般控制在1 120 ℃～1 140 ℃.

2 铜浮雕安装结构设计及校核

《管鲍之交》铸铜浮雕外形尺为14.8 m×7 m，安装在二楼距地面高度8 m，二端各有一段宽3.85 m、高6 m 的实体墙，中间自然形成一个跨度7.1 m 的门洞。门洞及铸铜浮雕安装位置周围均为1 mm 单铝板干挂墙体及玻璃窗，其结构过于简单，经现场确认不能承受铸造铜浮雕的重量，需要重新设计制作承重结构。因此，安装必须在6 m 高墙体架设水平梁，在梁上焊接钢构到客户要求的铸铜浮雕安装高度8m，《管鲍之交》铸铜浮雕安装结构示意图见图3.

图3 《管鲍之交》铸铜浮雕安装结构示意图

整个铸铜浮雕质量约为50 kN，通过8 个立柱传递到长14.8 m 水平梁上，其中左右各2 个立柱落在3.85 m 的实体墙上，对门洞上方跨度7.1 m 的梁弯曲影响不大。而跨度7.1 m 水平梁在受到长期重载荷时存在弯曲变形，因此主要校核跨度7.1 m 承重梁的刚度，该梁的受力计算简图见图4.

图4 《管鲍之交》铸铜浮雕承重梁计算简图

2.1 梁的弯曲内力

铸铜浮雕安装在8 个立柱上一水平结构梁上，因此8 个立柱所受载荷近似相等，每个立柱的载荷为：

由于承重梁上的载荷和支反力对跨度中点是对称的，故容易求出两端支反力为[3]：

在跨度中点截面左侧的外力为RA和载荷P1、P2·P1引起的弯矩为正，且数值为RA×3.55 kN·m.跨度中点截面以左的载荷P1、P2引起的弯矩为负，且数值分别为P1×0.38 kN·m、P2×2.49 kN·m.故跨度中点截面上的弯矩为：

2.2 梁的弯曲应力

Q235 的许用应力[σ]=113 MPa，承重梁的最大弯矩Mmax=26.44×103kN·m.由弯曲正应力强度条件，有

2.3 梁的校核

选用壁厚5 mm×200 mm 镀锌方管做为铜浮雕的跨度梁，镀锌方管截面模量为：

故5 mm×200 mm 镀锌方管做为《管鲍之交》铸铜浮雕安装承重梁能满足设计工况条件。

3 铸铜浮雕安装

《管鲍之交》铸铜浮雕在公司内完成预拼装，现场安装。结构件现场制作。

3.1 定位放线

利用水平仪、红外线测量仪、卷尺等测量工具，按点位要求放好铸铜浮雕中心十字线和外轮廓线，并做好标识。

3.2 结构件制作

3.2.1 承重支架组

按照定位标识，在承重支架最下面设计一道5mm×200 方管制作的承重梁，门洞位置（跨度7.1m）承重梁上加焊侧立弧形抗弯加强腹筋，厚度20 mm、长度6 244 mm、拱高200 mm.在方管承重梁上均布焊装8 个承重支架，在8 个支架顶面通长焊装5mm×100mm 方管做为安装基准梁（要测水平），铸铜浮雕的框架便安装在基准梁上，基准梁高度要符合铸铜浮雕的安装高程要求。

承重支架等现场制作。承重支架在预制混凝土梁的上面和后侧面用φ20 化学螺栓固定。

地面做好防护。所有焊缝处清渣，并涂刷防锈漆。

3.2.2 铸铜浮雕框架

铸铜浮雕框架现场制作，焊装在安装基准梁上，要保证框架正立面垂直并与墙体平行，然后把分块运至现场的铸铜浮雕，按顺序逐块安装在框架上。

3.3 吊装

1）利用铸铜浮雕安装位置后上侧二道混凝土梁做为起吊挂点，1 t 环链式电动葫芦起吊，按顺序逐块起吊铜浮雕铜板到指定位置。

2）以铸铜浮雕中心线分别向二端吊装，从铸铜浮雕下边往上边吊装，以减少累积误差。

3.4 浮雕焊装

铸铜浮雕拼缝采用手工氩弧焊焊接，X 型坡口双面焊，氩弧焊工艺规范见表2.

表2 C90300 氩弧焊工艺规范

铸铜浮雕必须要从中部、上部分别要有向后上侧混凝土梁的焊装支承拉筋，以抵御侧向风阻，保证铸铜浮雕高空稳定安全性。

3.5 铸铜浮雕边框安装

《管鲍之交》铸铜浮雕边框采用1.5 mmT2 铜板折弯成型，拼接缝要配好，边框采用角码安装，图5为安装示意图。

图5 铸铜浮雕边框安装示意图

4 结语

《管鲍之交》铸铜浮雕采用“有稿泥塑”，剥蜡法呋喃树脂砂无箱造型铸造，操作灵活，生产周期短，降低了生产成本。铸铜浮雕安装结构设计经过理论计算及校核，确保高空安装的铸铜浮雕公共安全性。