雙金屬螺旋鋼管及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開了一種鋼管及其制作方法，尤其涉及一種雙金屬螺旋鋼管及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，在流體的輸送和儲運工程中，一般是用管道來輸送，常用的管道有水泥管、塑料管、普通碳素鋼鋼管、不銹鋼管和鍍鋅鋼管等。其中，水泥管是用水泥和鋼筋作為材料，運用離心力原理制造的一種預制管道，但易泄漏，耐內(nèi)壓能力差；并且口徑不大，一般口徑為3米或3米以下；每節(jié)管長度不長，接頭多，接頭易泄露，施工困難；施工時要先做基礎(chǔ)，施工成本較高。塑料管是以塑料樹脂為原料，加入穩(wěn)定劑及其它添加劑，在制管機內(nèi)經(jīng)擠壓加工而成，質(zhì)量輕；加工方便，但是口徑不大，承內(nèi)壓能力差；機械強度低，抗破壞性能差；不耐磨損，不耐高溫，易老化。普通碳素鋼鋼管是用碳素鋼制成的鋼管，內(nèi)壁不耐磨且不耐腐蝕，口徑不能做的太大，大口徑時壁厚大大增加，成本高，目前國內(nèi)一些省份已經(jīng)明確禁止在供水工程中使用普通碳素鋼鋼管。不銹鋼管則成本太高。鍍鋅鋼管口徑不能太大，且鍍鋅是污染行業(yè)，對環(huán)境破壞大，普遍鍍鋅層較薄，一般厚度小于0.1mm，不耐磨損和沖刷。現(xiàn)有普通的雙金屬鋼管，外管一般采用普通標準鋼管，壁厚相當厚，不節(jié)省材料，內(nèi)管與外管是套裝，易脫層和脫落，而且口徑不能太大，只能達到1.2米至1.5米，內(nèi)管要有足夠的厚度支撐自身形狀，壁厚往往大于2mm甚至4mm，不節(jié)省材料。
[0003]本申請人長期致力于該領(lǐng)域的研究，并擁有一件專利號為201410477708.6、名稱為“一種帶加強環(huán)的螺旋鋼管及其制作方法”的發(fā)明專利權(quán)，該專利中，加強環(huán)與主體鋼管可以分別制作，然后焊接而成。存在如下缺陷:①、管體與加強環(huán)是兩個單獨的零件，由焊縫連接為一體，在加強環(huán)受力時，焊縫是應(yīng)力集中區(qū)，有開裂隱患、在卷圓彎曲過程中，由于焊縫處于加工變形區(qū)的外側(cè)，焊縫受拉伸，變形大，極易開裂；③、管體如果長期受動載荷，如地鐵、車輛等，焊縫極易因動載疲勞而開裂；④、鑒于本類管體結(jié)構(gòu)是半柔性結(jié)構(gòu)物，特別是大直徑管體時，對管土共同受力效應(yīng)(即管體與周圍的回填土協(xié)同變形)的依賴較大，應(yīng)增加管體自身的剛度，以避免較大的變形。
[0004]因此，亟待解決上述技術(shù)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:本發(fā)明的第一目的是提供一種大口徑高強度、提高防腐性和耐磨性的雙金屬螺旋鋼管；
[0006]本發(fā)明的第二目的是提供該鋼管的制作方法。
[0007]技術(shù)方案:本發(fā)明所述的鋼管，包括管體，所述管體表面向外延伸形成沿管體外壁螺旋設(shè)置的凸筋，該凸筋與管體形成凹槽，并設(shè)有能覆蓋該凹槽槽口的輔助內(nèi)鋼帶，所述凹槽與輔助內(nèi)鋼帶之間形成空心腔體，并且該空心腔體內(nèi)填充混凝土。
[0008]本發(fā)明中，鋼管主體的材質(zhì)為碳鋼；輔助內(nèi)鋼帶可以覆蓋整個管體內(nèi)壁，也可以覆蓋部分管體內(nèi)壁；該輔助內(nèi)鋼帶可以選用特種合金鋼、不銹鋼、耐磨鋼、鋁或銅等，能提高管體內(nèi)壁的防腐蝕性，同時使主鋼材的厚度可以減薄，降低了材料成本。
[0009]當然，在所述輔助內(nèi)鋼帶和凹槽之間還設(shè)有用于封堵凹槽槽口的封堵鋼帶。
[0010]本發(fā)明的另一種鋼管，包括管體，所述管體表面向外延伸形成沿管體外壁螺旋設(shè)置的凸筋，該管體與凸筋形成凹槽，并設(shè)有能封堵該凹槽槽口的封堵鋼帶，所述凹槽與封堵鋼帶之間形成空心腔體，并且該空心腔體內(nèi)填充混凝土，同時，在位于水位線以下的管體內(nèi)壁上設(shè)有輔助內(nèi)鋼帶。
[0011]所述凸筋的截面為Ω形、槽型、波浪形、半圓形、拋物線形或梯形。
[0012]本發(fā)明的鋼管中，管體由一面具有至少一排凸筋、另一面對應(yīng)形成凹槽的主鋼帶，以及用于覆蓋該凹槽槽口的輔助內(nèi)鋼帶共同螺旋繞制而成，該輔助內(nèi)鋼帶可增強主鋼帶的遞送力，避免卷繞時鋼帶發(fā)生變形。
[0013]本發(fā)明所述雙金屬螺旋鋼管的制作方法，包括如下步驟:
[0014]A、預備主鋼帶和輔助內(nèi)鋼帶；
[0015]B、該主鋼帶具有第一對邊和第二對邊，將主鋼帶彎折成帶凸筋的鋼帶，該凸筋沿主鋼帶的第一對邊間隔設(shè)置，且與第二對邊的長度一致，并與主鋼帶形成凹槽；
[0016]C、將輔助內(nèi)鋼帶貼合于主鋼帶凹槽槽口位置，以形成復合型鋼帶，同時所述凸筋和輔助內(nèi)鋼帶之間形成空心腔體；
[0017]D、將該復合型鋼帶螺旋卷繞形成帶螺旋形空心腔體的管體；
[0018]E、按要求長度切斷管體，在管體兩端凸筋的切口處焊接主鋼帶和輔助內(nèi)鋼帶之間的縫隙；
[0019]F、從管體一端凸筋的切口處澆注混凝土，直至混凝土從該管體另一端凸筋的切口處流出，空心腔體內(nèi)充滿混凝土，即完成制作。
[0020]步驟C中，先用封堵鋼帶貼合于主鋼帶凹槽的槽口處，再在封堵鋼帶上貼合輔助內(nèi)鋼帶，以形成復合型鋼帶，然后按照A-F步驟，完成鋼管制作。
[0021]發(fā)明原理:本發(fā)明同時應(yīng)用了管土共同受力原理和混凝土鋼管原理，管土共同受力原理是管道在埋置后，管道的上部載荷不是靠管道的剛性來承受，而是靠管道與四周土石相互之間受力共同作用，就形成了管土共同受力效應(yīng)，垂直向下的載荷就會轉(zhuǎn)化為管體管壁的環(huán)向內(nèi)壓力?；炷龄摴艿墓ぷ髟硎窃诳招牡匿摴軆?nèi)充填混凝土，利用混凝土的優(yōu)越的承壓能力和鋼管的對混凝土的包圍作用，使鋼管的豎向承壓能力極大的增強。本發(fā)明將普通碳鋼、不銹鋼及混凝土三種材料有機的結(jié)合為一體，并充分發(fā)揮各自的特點及優(yōu)勢，在整體結(jié)構(gòu)中分別承擔不同的作用。
[0022]在螺旋鋼管外壁形成全閉合的凸筋，不僅可以增加管壁周向慣性矩，使主鋼帶的壁厚比一般鋼管壁厚大大減薄，降低材料的成本，可以制造大口徑及超大口徑的鋼管；當主鋼材較薄時，卷圓過程中，遞送力會使鋼帶撓曲，無法進行遞送卷圓，所以主鋼帶首先成型成截面帶有凸筋結(jié)構(gòu)，繼而用輔助內(nèi)鋼帶焊接，形成閉合狀，鋼帶橫截面積及慣性矩大增，卷圓時遞送很容易實現(xiàn)，便于加工；最為重要的是，凸筋直接由管體一體加工成型，兩者之間不存在焊縫，不存在應(yīng)力集中區(qū)，無開裂隱患；同時鋼管剛度得到提高，在管土共同受力效應(yīng)(即管體與周圍的回填土協(xié)同變形)中不易產(chǎn)生較大變形，可以很好的承受由外界的振動而引起的動載荷，如地鐵、車輛等。同時，管體內(nèi)壁全部或部分設(shè)有輔助內(nèi)鋼帶，可避免或減少流體對主鋼管的銹蝕、磨損及主鋼管對流體的污染，也正是由于管道內(nèi)部設(shè)置了輔助內(nèi)鋼帶，主鋼材的厚度又可以再次減薄，且由于輔助內(nèi)鋼帶選用了特殊材質(zhì)從而大大提高了鋼管防腐及耐磨性能。此外，通過向空心腔體內(nèi)灌注素混凝土或鋼筋混凝土，大大提高了凸筋內(nèi)壁的徑向及環(huán)向的抗壓能力。埋地使用時，在管土共同受力效應(yīng)的作用下，凸筋及其內(nèi)的混凝土共同承受環(huán)向壓力，進一步提高管體的整體強度，從而可進一步減薄主鋼材的板厚，更進一步降低了材料成本。
[0023]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下顯著優(yōu)點:首先，該管體外壁的凸筋與管體一體成型，兩者之間無焊縫，在承受動載荷時能耐受動載疲勞；其次，管體內(nèi)壁帶有特定金屬材質(zhì)的輔助內(nèi)鋼帶，能提高了鋼管的防腐性和耐磨性，避免了流體的污染，還可使鋼管主體的厚度減薄，降低了材料成本；同時，管體內(nèi)壁還可設(shè)置封堵鋼帶，其與凸筋形成空心腔體，并可在該空心腔體內(nèi)填充混凝土，該封堵鋼帶還可用于承擔管內(nèi)介質(zhì)對輔助內(nèi)鋼帶的壓力，防止輔助內(nèi)鋼帶向凹槽內(nèi)變形；最后，該管道可用于輸送水或特殊介質(zhì)的場合，例如供水、排水或具有腐蝕性強的介質(zhì)、對純凈度要求較高的介質(zhì)及溫度高的介質(zhì)等，大大降低了制造成本。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明主鋼帶的橫截面示意圖；
[0025]圖2為表面具有凸筋的主鋼帶的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖3為表面具有凸筋的主鋼帶的橫截面示意圖；
[0027]圖4為本發(fā)明主鋼帶與封堵鋼帶焊接位置的示意圖；
[0028]圖5為本發(fā)明主鋼帶、封堵鋼帶及輔助內(nèi)鋼帶焊接位置的示意圖；
[0029]圖6為圖5中A處的局部放大圖；
[0030]圖7為圖5中B處的局部放大圖；
[0031]圖8為圖5中C處的局部放大圖；
[0032]圖9為本發(fā)明復合型鋼帶螺旋卷制加工的示意圖；
[0033]圖10為本發(fā)明螺旋鋼管卷制后的立體圖；
[0034]圖11為本發(fā)明鋼管螺旋卷制過程中管節(jié)對接焊接的橫截面示意圖；
[0035]圖12為圖11中D處局部放大圖；
[0036]圖13本發(fā)明單節(jié)鋼管整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖14為本發(fā)明鋼管橫向截面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖15為本發(fā)明縱向截面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖16為本發(fā)明內(nèi)壁全部覆蓋輔助內(nèi)鋼帶的管體的橫截面示意圖；
[0040]圖17為本發(fā)明內(nèi)壁部分覆蓋輔助內(nèi)鋼帶的管體的橫截面示意圖。
【具體實施方式】
[0041]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步說明。
[0042]本發(fā)明的鋼管，包括管體100，包括管體100，所述管體100表面向外延伸形成沿管體外壁螺旋設(shè)置的凸筋102，該管體100與凸筋102形成凹槽103，輔助內(nèi)鋼帶200覆蓋該凹槽槽口位置，凹槽103與輔助內(nèi)鋼帶200之間形成空心腔體300，并且該空心腔體300內(nèi)填充混凝土 400。
[0043]本發(fā)明中，管體外壁具有凸筋結(jié)構(gòu)，可大大提高主管體的截面慣性矩，該慣性矩比一般的加強方式提高很多，承載能力提高，使制成管體的主鋼帶的壁厚比一般鋼管壁厚大大減薄，降低了材料成本；同時，主鋼帶卷圓時可實現(xiàn)薄板遞送，卷圓工藝突破。上述凸筋的截面可以為Ω形、槽型、波浪形、半圓形、拋物線形或梯形。
[0044]本發(fā)明為雙金屬螺旋鋼管，其中的“雙金屬”是指鋼管主體和輔助內(nèi)鋼帶分別采用兩種金屬材質(zhì)。其中，輔助內(nèi)鋼帶既可以覆蓋整個管體內(nèi)壁，也可以覆蓋部分管體內(nèi)壁，其中，覆蓋部分管體內(nèi)壁即為覆蓋管體凹槽的槽口位置，從而形成空心腔體。輔助內(nèi)鋼帶選用包括但不限于特種合金鋼、不銹鋼、耐磨鋼、鋁或銅等特定金屬材質(zhì)制成，它能提高管體內(nèi)壁的防腐蝕性和耐磨性，避免了流體的污染，同時再次使主鋼材的厚度可以減薄，降低了材料成本，同時該輔助內(nèi)鋼帶還可增強主鋼帶卷繞時的遞送力，避免卷繞時主鋼帶發(fā)生變形。而鋼管主體可采用價格低廉的普通碳鋼，也可以降低成本。
[0045]在輔助內(nèi)鋼帶和凹槽之間還設(shè)有用于封堵凹槽槽口的封堵鋼帶500。該封堵鋼帶一