CN102562108B - 一种高强度轻型中空锚杆及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强度轻型中空锚杆及其加工方法，包括呈中空的锚杆本体，锚杆本体的外表面上设置有连续或不连续的螺纹，所述的锚杆本体的壁厚为3至6.9毫米，所述的锚杆本体的金属材质平均金属晶粒组织度为国际金属材质金属晶粒组织标准中的6至10级。本发明达到与现有符合铁路标准的中空锚杆相同的力学强度，可节约钢材用量的25％至35％，即采用其他规格的无缝钢管作为原材料，在满足铁路标准对中空锚杆力学性能要求的前提下降低了材料壁厚，同时增大了中空锚杆的孔径，有利于其在实际使用中进行注浆，还解决了锚杆的高力学性能与使用性能之间的矛盾，节约了工程的造价。
Description
技术领域
本发明涉及一种隧道工程材料，更具体的说，本发明主要涉及一种高强度轻型中空锚杆及其加工方法。
背景技术
随着我国铁路运输行业的不断发展，尤其是目前日益普及的高架铁路，其基础工程的验收要求也越来越高，因此对各类工程材料的质量也提出了更高的要求，我国现行的铁路标准中对中空锚杆的抗拉能力和延伸率等力学性能都提出了较高的要求，如铁路标准中举例的中空锚杆采用7毫米的壁厚，3.14公斤每米，如按照现有的锚杆热轧式的生产方式，要满足铁路标准中的强度要求，则只能通过加大钢材的用量来实现，即采用较厚的钢管作为热轧原材料，此种方式生产的锚杆虽然满足了铁路标准中所规定的力学性能，却因增加了中空锚杆的壁厚而导致其内部空间较小，影响了其使用性能，使得由中空锚杆内部注浆变的困难，注浆压力衰减损失巨大，同时为保证中空锚杆强度而一味的增加其壁厚，也造成的大量钢材的浪费，因此有必要针对前述缺陷对中空锚杆的生产技术做进一步的改进。
发明内容
本发明的目的之一在于解决上述不足，提供一种强度更高，且可减少生产钢材用量的一种高强度轻型中空锚杆及其加工方法。
为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：
本发明一方面提供了一种高强度轻型中空锚杆，包括呈中空的锚杆本体，锚杆本体的外表面上设置有连续或不连续的螺纹，所述的锚杆本体的壁厚为3至6.9毫米，所述的锚杆本体的金属材质平均金属晶粒组织度为国际金属材质金属晶粒组织标准中的6至10级。
进一步的技术方案是：所述的锚杆本体的壁厚为3.5至4.5毫米。
更进一步的技术方案是：所述的锚杆本体横截面的最小直径与最大直径的比例为1∶1.3～1.7。
再进一步的技术方案是：所述的锚杆本体为由一端向另一端直线延伸的任意长度。
本发明另一方面提供了一种上述的高强度轻型中空锚杆的加工方法，其特征在于：所述的方法按照如下步骤操作：
步骤一、采用加热装置将原材料加热后，通过温度感应装置检测出加热后原材料的温度并反馈至加热装置中；
步骤二、当原材料的温度达到800至1000摄氏度后，采用控制轧制装置对原材料表面进行轧制加工，加工完成后即得到半成品；
步骤三、采用热处理装置半成品进行最终冷却处理，完成后即得到高强度轻型中空锚杆成品。
进一步的技术方案是：所述按照步骤二的操作得到半成品后，通过温度感应装置检测出半成品的实际温度，并反馈至控制轧制装置中，如实际温度超出700至850摄氏度的区间值范围内，则调整控制轧制装置的轧制形变速度和冷却水压及水量，再重复步骤二。
更进一步的技术方案是：所述按照步骤三的操作得到高强度轻型中空锚杆成品后，通过温度感应装置检测出高强度轻型中空锚杆成品的实际温度，并反馈至热处理装置中，如实际温度超出400至500摄氏度的区间值范围内，则调整热处理装置的冷却水压和水量，再重复步骤三。
更进一步的技术方案是：所述的步骤一至步骤三在同一条生产线上一次性完成。
更进一步的技术方案是：所述的加热装置是超音频感应加热器。
更进一步的技术方案是根据权利要求5至7任一所述的高强度轻型中空锚杆的加工方法，其特征在于：所述的原材料是无缝钢管，所述的无缝钢管的规格为25*4。
与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：通过控制轧制的方式改善了锚杆本体的材质平均金属晶粒组织，使其与同种或同类金属按照现有方式生产的同一规格的中空锚杆相比，其力学性能提高了25％至35％，因此本发明达到与现有符合铁路标准的中空锚杆相同的力学强度，可节约钢材用量的25％至35％，即采用其他规格的无缝钢管作为原材料，在满足铁路标准对中空锚杆力学性能要求的前提下降低了材料壁厚，同时增大了中空锚杆的孔径，有利于其在实际使用中进行注浆，还解决了锚杆的高力学性能与使用性能之间的矛盾，节约了工程的造价。
附图说明
图1为本发明一种实施例的结构示意图；
图2为图1的A-A剖视图；
图3为本发明另一种实施例的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步阐述。
如图1、图2所示，本发明的一种实施例是要说明一种高强度轻型中空锚杆，包括呈中空的锚杆本体1，锚杆本体1的外表面上设置有连续或不连续的螺纹，所述的锚杆本体1的壁厚为3至6.9毫米，所述的锚杆本体1的金属材质平均晶粒组织度为国际金属材质晶粒组织标准中的6至10级，锚杆本体1的金属材质平均晶粒组织采用控制轧制、温度反馈的形式进行生产，本发明的发明人经过试验，认为当锚杆本体的金属材质平均晶粒组织为6至10级时，锚杆的韧性和力学强度较好，因此其在壁厚较薄的情形下也能保持良好的材质，因此，控制轧制的生产工艺是使锚杆具有更为优秀的力学强度的关键。需要说明的是，锚杆本体的螺纹仅仅为方便其进入矛头或岩层孔中，不是其抗拉支护等功能的关键结构，因此即便锚杆本体1外表面的螺纹是不连续的，本发明也是可实施的。
在按照上述的控制轧制生产出的锚杆本体1，使之呈现上述的金属材质平均晶粒组织后，同时为保证本发明的轻质量，在前述所提到的锚杆本体1的壁厚最好设置为3.5至4.5毫米，即可在实际使用中保持较好的力学强度。同理为，如需根据不同的使用场地，需要生产比上述锚杆本体1壁厚更厚的锚杆时，可将锚杆本体1的横截面的最小直径与最大直径之间的比例设置为1∶1.3～1.7，具体可根据不同的力学强度需求，可将锚杆本体1的横截面最大直径在上述比例范围中任意选择，同样本发明可依照上述的壁厚数值范围和比例范围变换为多种相类似的实施方式。
上述所提到的锚杆本体1为由一端向另一端直线延伸的任意长度，确切的说，本发明此种实施例所说明的锚杆本体1呈直线状态，且其具体的长度可根据施工场所的具体情况进行确定，目前可以确定的是，锚杆本体1可设置为任意长度，且在实际使用中其力学强度及抗拉性能基本不会受到影响。
本发明的另一种实施方式是要提供和说明一种用于生产本发明上述实施例中所描述的高强度轻型中空锚杆的加工方法，所述的方法按照如下步骤操作：
步骤一、采用加热装置将原材料加热后，通过温度感应装置检测出加热后原材料的温度并反馈至加热装置中；遵从控制轧制的方式，先期加热反馈的目的为掌握锚杆原材料的温度上升速度，避免因温度过快或过慢上升而影响后期的轧制效果。
步骤二、当原材料的温度达到800至1000摄氏度后，采用控制轧制装置对原材料表面进行轧制加工，加工完成后即得到半成品；参考如图3所示，在按照该步骤得到半成品后，通过温度感应装置检测出半成品的实际温度，并反馈至控制轧制装置中，如实际温度超出700至850摄氏度的区间值范围内，则调整控制轧制装置的轧制形变速度和冷却水压及水量，再重复步骤二，前述操作方式为进行控制轧制技术生产的关键，通过不断的温度检测反馈对轧制设备的各种参数进行调整，使锚杆本体1的金属材质平均晶粒组织在进行材质检测时所呈现出的效果较好，且力学强度较佳。
按照如上步骤二的操作，继续进行步骤三、采用热处理装置半成品进行最终冷却处理，完成后即得到高强度轻型中空锚杆成品。继续参考图3所示，与步骤二大致相同，按照控制轧制的生产加工方式，在本步骤结束并得到高强度轻型中空锚杆成品后，通过温度感应装置检测出高强度轻型中空锚杆成品的实际温度，并反馈至热处理装置中，如实际温度超出400至500摄氏度的区间值范围内，则调整热处理装置的冷却水压和水量，再重复步骤三。这里同样通过温度感应装置的反馈，调整热处理装置的各种冷却参数，提升锚杆的金属材质平均晶粒组织度。还需要说明的是，前述所提到的本发明中所采用的热处理装置为水冷却装置。
考虑到本实施方式中所描述的一种高强度轻型中空锚杆的加工方法中的步骤之间相间隔的时间很短，甚至可以说三个步骤是在毫无间隔时间的情形下一次性完成的，因此在实际生产过程中，可将上述所提到的加热装置、控制轧制装置、热处理装置以及多个温度感应装置全部设置安装在同一条生产线上，并通过PLC电气控制箱或计算机等类似的控制设备对整条生产线的生产作业进行整体控制，使得上述三个步骤在同一条生产线上一次性完成，并采用控制设备整体把控锚杆由原材料到成品的整个过程，进一步提升锚杆成品的金属材质平均晶粒组织度。本发明的发明人认为，此种实施方式的可以作为本发明比较优选的实施例之一。
同时为保证本发明此种实施例的步骤一中的加热工序能获得更好的技术效果，在步骤一中所提到的加热装置，发明人在实验中认为比较优选的是超音频感应加热器，采用此种加热装置可增加对锚杆原材料加热时的可控性。而前述所提到的原材料则最好采用无缝钢管，本发明的发明人参考现有技术中通用锚杆的截面大小，认为比较优选的无缝钢管的规格是25*4，但需要说明的是，无缝钢管仅仅为本发明优选的控制轧制原材料，本发明还可用于对其他类型钢管的控制轧制加工，并通过适当的反馈调制，也可实现本发明上述的技术效果。
还需要进行说明的是，在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”、等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。
尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。
Claims (5)
1.一种高强度轻型中空锚杆的加工方法，其特征在于：所述的方法按照如下步骤操作：
步骤一、采用加热装置将原材料加热后，通过温度感应装置检测出加热后原材料的温度并反馈至加热装置中；所述的原材料是无缝钢管；
步骤二、当原材料的温度达到800至1000摄氏度后，采用控制轧制装置对原材料表面进行轧制加工，加工完成后即得到半成品；通过温度感应装置检测出半成品的实际温度，并反馈至控制轧制装置中，如实际温度超出700至850摄氏度的区间值范围内，则调整控制轧制装置的轧制形变速度和冷却水压及水量，再重复该步骤；
步骤三、采用热处理装置对半成品进行最终冷却处理，完成后即得到高强度轻型中空锚杆成品；所述热处理装置为水冷却装置；
所述方法中的加热装置、控制轧制装置、热处理装置以及多个温度感应装置均设置安装在同一条生产线上，并通过PLC电气控制箱对整条生产线的生产作业进行整体控制。
2.根据权利要求1所述的高强度轻型中空锚杆的加工方法，其特征在于：所述按照步骤三的操作得到高强度轻型中空锚杆成品后，通过温度感应装置检测出高强度轻型中空锚杆成品的实际温度，并反馈至热处理装置中，如实际温度超出400至500摄氏度的区间值范围内，则调整热处理装置的冷却水压和水量，再重复步骤三。
3.根据权利要求1或2所述的高强度轻型中空锚杆的加工方法，其特征在于：所述的步骤一至步骤三在同一条生产线上一次性完成。
4.根据权利要求1或2所述的高强度轻型中空锚杆的加工方法，其特征在于：所述的加热装置是超音频感应加热器。
5.根据权利要求1或2所述的高强度轻型中空锚杆的加工方法，其特征在于：所述无缝钢管的规格为25*4。
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