CN104565560B - 一种带金属内衬的大口径螺旋焊接钢管及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带金属内衬的大口径螺旋焊接钢管及其制作方法。钢管包括由主钢带螺旋卷制而成的管体；管体内壁设有第一内衬和第二内衬，第一内衬螺旋贴合于主钢带的表面，并且第一内衬的宽度小于主钢带的宽度，第二内衬螺旋贴合于相邻管体间形成的螺旋形接缝处，并且第二内衬的左右两侧分别与其相邻的第一内衬焊接，第一内衬和第二内衬覆盖整个管体内壁；沿管体外壁螺旋设有截面为半闭合状的加强环，该加强环内壁与管体外壁之间形成螺旋状的通道。优点为钢管内壁设置的金属内衬可提高钢管的防腐性和耐磨性，避免流体污染；钢管外壁设置的加强环可提高管壁周向断面惯性矩，主钢带的壁厚比一般钢管壁厚减薄，降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢管及其制作方法，尤其涉及一种带金属内衬的大口径螺旋焊接钢管及其制作方法。
背景技术
目前，一般用管道输送流体，常用的管道有水泥管、塑料管、普通碳钢钢管、不锈钢管和镀锌钢管等。其中，水泥管是用水泥与钢筋为材料，运用离心力原理制造的一种预制管道，其工程总体造价低，但易泄漏，耐内压能力差，不能用做供水管，只能用做排水管，同时口径不能太大，一般3米或3米以下，每节管不能太长，接头多，施工困难，施工时要做基础，施工成本高。塑料管是以塑料树脂为原料，加入稳定剂及其它添加剂，在制管机内经挤压加工而成，质量轻，加工方便，但是口径不能太大，机械强度低，抗破坏性能差，不耐磨损，不耐高温，易老化。普通碳钢钢管是用碳素钢制成的钢管，内壁不耐磨蚀，口径不能做的太大，大口径时管壁增厚，成本高。不锈钢管则成本太高。镀锌钢管口径不能太大，且镀锌是污染行业，对环境破坏大，而且镀锌层较薄，一般厚度小于0.1mm，易损坏。因此，针对上述管道的不足，亟待研制出一种能解决以上问题的新型管体。
发明内容
发明目的：本发明的第一目的是提供一种提高防腐性和耐磨性、口径大、管壁薄的带金属内衬的螺旋焊接钢管；本发明的第二目的是提供该钢管的制作方法。
技术方案：本发明所述的钢管，包括由主钢带螺旋卷制而成的管体；管体内壁设有第一内衬和第二内衬，所述第一内衬螺旋贴合于主钢带的表面，并且第一内衬的宽度小于主钢带的宽度，所述第二内衬螺旋贴合于相邻管体间形成的螺旋形接缝处，并且第二内衬的左右两侧分别与其相邻的第一内衬焊接，第一内衬和第二内衬覆盖整个管体内壁；沿管体外壁螺旋设有截面为半闭合状的加强环，该加强环内壁与管体外壁之间形成螺旋状的通道。
其中，所述第一内衬或第二内衬与主钢带焊接。
所述第一内衬或第二内衬上设有用于排空所述主钢带与第一内衬或第二内衬之间气体的气孔。
所述加强环内壁与管体外壁之间的通道内填充防腐液体。
所述第一内衬或第二内衬为特种合金钢、不锈钢、耐磨钢、铝或铜制成的内衬钢材。
本发明所述钢管的制作方法，包括如下步骤：
在主钢带下表面贴合截面为半闭合状的加强环钢带，在主钢带上表面贴合第一内衬钢带，其中，该第一内衬钢带的宽度小于主钢带的宽度，从而形成复合型主钢带；
将复合型主钢带螺旋卷绕形成内壁带第一内衬、外壁带加强环的螺旋焊接钢管，同时，加强环内壁与钢管的管体外壁之间形成螺旋状的通道；
在相邻管体之间形成的螺旋形接缝处螺旋贴合第二内衬，并且该第二内衬的左右两侧分别与其相邻的第一内衬及焊接，第一内衬和第二内衬覆盖整个螺旋焊接钢管的内壁。
其中，所述螺旋焊接钢管制作完成后，对其两端的主钢带与第一内衬或第二内衬之间形成的层间缝隙进行封焊，保证主钢带与内衬之间形成密闭空间。
所述第一内衬或第二内衬上设有用于排空所述主钢带与第一内衬或第二内衬之间气体的气孔。可以向该气孔向内抽真空或填充惰性气体。
向所述加强环内壁与管体外壁之间的通道内填充防腐液体。
进一步地，螺旋焊接钢管制作完成后切割成段，相邻两段钢管之间的焊接坡口为Y型。复合型主钢带螺旋卷绕形成钢管时，主钢带间的焊接采用埋弧焊。第二内衬与第一内衬之间的焊接方式，或主钢带与第一内衬或第二内衬之间的焊接方式为气体保护焊。
有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点为：
(1)本发明钢管内壁设金属内衬，可以提高钢管的防腐性和耐磨性，避免流体污染；同时，主钢带钢材的厚度减薄，降低了材料成本；第二内衬覆盖钢管自身形成的螺旋形焊缝，减少了内部流体对焊缝的冲击力，保护焊缝；第二内衬宽度较窄，可以保证内衬与主钢管管壁的焊缝密度较大。
(2)本发明钢管外壁带半闭合状的加强环，管壁周向断面惯性矩比一般的加强方式提高很多，承载能力提高，主钢带的壁厚比一般钢管壁厚大大减薄，降低了材料成本；同时，主钢带截面惯性矩大大提高，卷圆时可实现薄板递送。
(3)本发明可以对切割成段的钢管两端部进行封焊，消除内衬管与主钢管端部之间的间隙。
(4)本发明可以在每段管两端的内衬上设置气孔或气嘴，抽真空或填充惰性气体，以防止管壁锈蚀。
(5)本发明可以向加强环内填充防腐液体，提高加强环的防腐性能。
(6)利用本发明方法可以制作出超大口径的钢管。
(7)本发明的钢管可用于输送特殊介质，例如腐蚀性介质、对纯净度要求较高的介质、高温介质等。
(8)本发明钢管用作埋地管时，利用管土共用受力效应，由加强环为主承受压力，超大直径时(D>4m)，可以埋土很深达到10米以上深度。同时，可向加强环内充填高性能混凝土，增加管壁的断面惯性矩，使加强环成为混凝土钢管，提高抗压能力，减少管壁厚度。
附图说明
图1为主钢带与加强环钢带及内衬钢带的摆放位置示意图；
图2为加强环钢带压制成截面为半闭合形的加强环钢带的结构示意图；
图3为加强环钢带、内衬钢带分别与主钢带贴合后的结构示意图；
图4为复合型主钢带的三维结构示意图；
图5为复合型主钢带进行三辊卷圆形成钢管的结构示意图；
图6为相邻管体前后节对接的结构示意图；
图7为第二内衬钢带铺贴示意图；
图8为第一内衬钢带和第二内衬钢带全部覆盖钢管内壁的结构示意图；
图9为本发明钢管的横截面图；
图10为本发明钢管的纵向剖视图；
图11为图10中A点的局部放大图；
图12为本发明钢管段与段间端部焊接结构示意图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
本发明所述的带金属内衬的大口径螺旋焊接钢管(以下简称“钢管”)，钢管的管体101外壁设加强结构(本发明中为加强环400)，其由多条普通钢带加工而成，以螺旋方式均匀缠绕并焊接在管体外壁上，用以提高管壁周向断面惯性矩，减薄管壁厚度，利于后续卷圆。钢管内壁设金属材质的内衬，内衬包括第一内衬200和第二内衬300，两种内衬全部覆盖在钢管内壁上，形成了与钢管内壁焊接的内衬管体，可提高钢管的耐腐蚀性和耐磨性，避免通过钢管的流体受到污染，同时还能减薄钢管壁厚，另外，内衬可采用特殊材质，而钢管主体采用一般性材质，如此不仅提高钢管整体性能，还能降低成本，提高钢管的市场竞争力。为了进一步提高钢管的使用寿命，每一段钢管的两端都应该进行封焊，封焊钢管两端内衬与管体之间的间隙，提供一个封闭的空间，隔离外部空气与间隙内空气。另外，可以在钢管两端的内衬上设置气孔和/或气嘴，用于将内衬与管壁之间的间隙抽真空或填充惰性气体，最后封焊气孔。还可以向加强环内灌注防腐材料，如防腐漆。
下面介绍钢管的制作过程：
首先，根据所制作钢管的直径，将螺旋整型机的成型角调节为合适值。
接着，准备主钢带100、加强环钢带401、第一内衬钢带201和第二内衬钢带301。对主钢带100进行除锈、喷丸处理，加强环钢带401和第一内衬钢带201(数量按实际情况设定)经过放卷、矫平、修边等工序后，按图1所示位置排列。本次制管过程中，每一条主钢带100下方均布三条加强环钢带401，上方排列两条第一内衬钢带201，两条第一内衬钢带201之间的距离为1-2mm。
如图2所示，加强环钢带401经过弯曲机构，弯曲成断面为半闭合状的加强环400，本次制管过程中，加强环400截面压制为半圆形，当然，可根据实际需要将其加工成其它形状，例如梯形，抛物线形等。
如图3所示，将加强环400上移，与主钢带100贴合，具体是将加强环400的两端口与主钢带100下表面的接触部位焊接。同时，将第一内衬钢带201下移，与主钢带100的上表面贴合，具体是利用气体保护焊将两条第一内衬钢带201与主钢带100进行三位一体焊接，其中，两条内衬钢带201之间形成第一焊缝202。如此得到了复合型主钢带103，如图4所示。
将复合型主钢带103送入三辊卷圆机构(参见图7，包括1#压辊、2#压辊和3#压辊)进行卷圆，如图5所示。由于外壁设有半闭合状的加强环，主钢带截面惯性矩大大提高，卷圆时可实现薄板递送。在卷圆时，主钢带形成一节一节的管体，对相邻管体之间形成的螺旋形接缝102(主钢带自身形成的接缝)进行焊接，如图6、7所示，其中，1#压辊的位置为焊点。紧接着，以1#压辊为起点，后退约200-300mm(图7左上方的辊子位置)，将第二内衬钢带301铺贴覆盖在该螺旋形接缝102处，可减少管道内部流体对该接缝的冲击力，保护接缝。同时第二内衬钢带301与其相邻的第一内衬钢带201焊接以形成第二焊缝302，如图7、8所示，也就是说，第二内衬钢带301与第一内衬201以及主钢带100进行三位一体焊接。如此使整个钢管管体内壁被多条螺旋状的内衬(第一内衬200和第二内衬300)完全覆盖，并且内衬牢牢焊接在管体内壁上，得到了带内衬的钢管。
内衬带材应具有某种有异于普通碳钢钢材的性能，如防腐耐磨、耐高温等等性能，材料品种包括但不限于如下几种：特种合金钢、不锈钢、耐磨钢、铝、铜等。第一内衬与第二内衬的宽度一般不同，较宽的第一内衬(其宽度窄于主钢带)用于铺贴在主钢带上表面，略窄的第二内衬铺贴于内壁上的螺旋形接缝102处，第二内衬较窄，可以保证内衬与管体内壁的焊缝密度较大。
如图9、10所示，当钢管达到要求长度后，将其切断，对钢管两端主钢带100与第一内衬200或第二内衬300之间形成的层间缝隙106进行封焊，保证主钢带与内衬带材之间形成密闭的空间，便于后续处理，例如充、排气体。在管体101内壁内衬的侧面或顶部开气孔500，该气孔500的深度应只穿透内衬，而不触及主钢带，在气孔500上可以焊上气嘴501(如果需要)，便于连接气体装置。在管端的每条内衬可至少设一个气孔，如果有4条内衬，每端可以设至少4个气孔。利用气孔可以排出主钢带与内衬之间的气体，防止管体锈蚀，同时利用这一过程检测焊缝质量，然后将气孔500和气嘴501封焊。
在切割成段的钢管端部所形成的加强环切口402处，向该加强环切口402内灌注防腐液体，当形成的液注(可以大于1/3加强环的周长)与灌注口齐平时，开始旋转管体101，最终剩余的防腐液体从钢管另一端切口流出，如此整个钢管的加强环内壁与钢管外壁之间被防腐液体所覆盖，可以提高加强环内壁的防腐性能。当管道埋地时，可向加强环内充填高性能混凝土600，使加强环成为混凝土钢管，提高抗压能力，减少主钢管管壁厚度。
本发明钢管不同部位的焊接方法不同，例如当钢管段与段之间连接时，焊接部分应加工成Y型坡口，主钢带间的焊接采用埋弧焊104，内衬间以及内衬与主钢带之间的焊接采用气体保护焊105。
发明原理：首先，螺旋焊接钢管外壁设置半闭合状空心的加强环，第一、可以增加管壁周向惯性矩，主钢带的壁厚比一般钢管壁厚大大减薄，不仅降低了材料成本，而且能制造出大口径及超大口径的钢管；第二、当主钢带钢材较薄时，卷圆过程中，递送力会使钢带曲饶，无法递送，设置加强环后，钢带横截面积及惯性矩大增，卷圆时递送很容易实现，便于加工。其次，钢管内壁设有内衬，是为了避免或减少流体对钢管的锈蚀、磨损及管体对流体的污染，同时还可以减薄主钢带钢材的厚度，进一步降低材料成本，提高了钢管防腐耐磨性能。此外，对钢管端部进行封焊，是为抽真空或填充惰性气体提供封闭的空间。通过在第一或第二内衬上安设气孔，可以有效排出封闭空间内的空气，防止钢管内部间隙锈蚀，也可检测焊接质量。通过向加强环内灌注防腐材料，可以提高加强环内壁的防腐性能。
本发明的钢管具有以下用途：供水管或排水管；输送砂石、粉尘；城市污水和工业污水；化工流体；地下集水管；高温介质；海水管道等。
Claims (10)
1.一种带金属内衬的大口径螺旋焊接钢管，其特征在于：包括由主钢带(100)螺旋卷制而成的管体(101)；管体内壁设有第一内衬(200)和第二内衬(300)，所述第一内衬(200)螺旋贴合于主钢带(100)的表面，并且第一内衬(200)的宽度小于主钢带(100)的宽度，所述第二内衬(300)螺旋贴合于相邻管体(101)间形成的螺旋形接缝(102)处，并且第二内衬(300)的左右两侧分别与其相邻的第一内衬(200)焊接，第一内衬(200)和第二内衬(300)覆盖整个管体内壁；沿管体外壁螺旋绕设截面为半闭合状的加强环(400)，该加强环内壁与管体外壁之间形成螺旋状的通道。
2.根据权利要求1所述带金属内衬的大口径螺旋焊接钢管，其特征在于：所述第一内衬(200)或第二内衬(300)上设有用于排空所述主钢带(100)与第一内衬(200)或第二内衬(300)之间气体的气孔(500)。
3.根据权利要求1或2所述带金属内衬的大口径螺旋焊接钢管，其特征在于：所述加强环内壁与管体外壁之间的通道内填充防腐液体。
4.根据权利要求1或2所述带金属内衬的大口径螺旋焊接钢管，其特征在于：所述第一内衬(200)或第二内衬(300)为特种合金钢、不锈钢、耐磨钢、铝或铜制成的内衬钢材。
5.根据权利要求1所述带金属内衬的大口径螺旋焊接钢管的制作方法，其特征在于包括如下步骤：
在主钢带(100)下表面贴合截面为半闭合状的加强环钢带(401)，在主钢带(100)上表面贴合第一内衬钢带(201)，其中，该第一内衬钢带(201)的宽度小于主钢带的宽度，从而形成复合型主钢带(103)；
将复合型主钢带(103)螺旋卷绕形成内壁带第一内衬(200)、外壁带加强环(400)的螺旋焊接钢管，加强环内壁与钢管的管体(101)外壁之间形成螺旋状的通道；
在管体(101)内壁上，相邻管体(101)之间形成的螺旋形接缝(102)处螺旋贴合第二内衬(300)，并且该第二内衬(300)的左右两侧分别与其相邻的第一内衬(200)焊接，第一内衬(200)和第二内衬(300)覆盖整个螺旋焊接钢管的内壁。
6.根据权利要求5所述带金属内衬的大口径螺旋焊接钢管的制作方法，其特征在于：所述螺旋焊接钢管制作完成后，对其两端的主钢带与第一内衬或第二内衬之间形成的层间缝隙(106)进行封焊。
7.根据权利要求6所述带金属内衬的大口径螺旋焊接钢管的制作方法，其特征在于：所述第一内衬(200)或第二内衬(300)上设有用于排空所述主钢带(100)与第一内衬(200)或第二内衬(300)之间气体的气孔(500)。
8.根据权利要求7所述带金属内衬的大口径螺旋焊接钢管的制作方法，其特征在于：向所述气孔(500)向内抽真空或填充惰性气体。
9.根据权利要求5-8任一所述带金属内衬的大口径螺旋焊接钢管的制作方法，其特征在于：向所述加强环内壁与管体外壁之间的通道内填充防腐液体。
10.根据权利要求5-8任一所述带金属内衬的大口径螺旋焊接钢管的制作方法，其特征在于：所述螺旋焊接钢管制作完成后切割成段，相邻两段钢管之间的焊接坡口为Y型。
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