CN108979009A - 一种挤压钢制半灌浆套筒及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种挤压钢制半灌浆套筒及其制备方法，包括如下步骤：(A)经过冷轧的套筒毛管在700‑720℃一次退火处理25‑30min，然后挤压缩管；(B)将上述步骤处理过的套管在550‑600℃二次退火处理15‑20min后，成型加工即可。本发明的制备方法通过采用挤压的方法制备灌浆套筒，摒弃了以往采用球磨以及机械加工制备灌浆套筒的一切弊端，生产过程中质量可控，不会出现有机械性能变化的工序，生产效率快，生产过程无废铁屑排出节约成本，绿色环保，操作过程可控，制备得到的灌浆套筒各方面的性能均比较优异，因此值得广泛推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及灌浆套筒加工制备领域，具体而言，涉及一种挤压钢制半灌浆套筒及其制备方法。
背景技术
预制装配式混凝土结构作为一种符合工业化生产方式的结构形式，具有施工速度快、劳动强度低、噪音污染与湿作业少和产品质量易控制等优势，在发达国家得到了广泛应用。采用预制装配的建筑施工方法可以有效节约资源和能源，提高材料在实现建筑节能和结构性能方面的利用率，克服施工场地和环境条件对现场施工的限制，减少现场施工劳动力数量，减少建筑垃圾和施工对环境的不良影响，提高建筑功能和结构性能。推广预制装配式混凝土结构有利于实现“四节一环保”的绿色发展要求，实现低能耗、低排放的建造过程，能够促进我国建筑业的健康发展，实现预定的节能减排目标，是我国未来建筑的发展方向。
预制装配式混凝土构件内钢筋连接的性能直接决定结构的整体性能以及钢筋传力的效果，钢筋连接的性能是钢筋传力的关键因素，钢筋连接方式的选择直接影响建筑的施工速度与造价。并且，预制装配式混凝土构件内纵向钢筋的连接是关键，其中，纵向钢筋为沿预制装配式混凝土构件纵向长度方向布设的钢筋且其受力钢筋。现浇混凝土结构中，常用的纵向钢筋连接方式有绑扎搭接、焊接连接以及机械连接等连接方式，但由于预制装配式混凝土构件的钢筋连接部位空间较小，采用上述传统的钢筋连接方式不便于施工。钢筋套筒灌浆连接接头能很好地解决了预制装配式混凝土结构中的纵向钢筋连接问题，可有效实现装配等同现浇的设计要求，由于灌浆套筒的应用普遍性，其性能的优良直接决定着施工的操作难度，以及施工的质量问题。
现有的灌浆套筒制作工艺普遍采用的是球磨铸铁工艺和机械加工工艺，球磨铸铁工艺的缺点在于：1、球化率≥85％全在工厂调控机械性能不稳定。2.球墨铸铁延伸率低断后延长率≥5％易翠容易产生内应力。在疲劳及共振的情况下易破裂。3、球墨铸铁产品污染大不利于环保。机械加工工艺的缺点在于：1、机加难度大生产效率低下成本高。2、机加过程大量的铁屑排出资源浪费及环保不可控。3、钢材用量大，加工过程容易形成尖角，内应力集中产生裂纹。
可见现有技术的加工工艺普遍存在加工难、加工后破坏套筒力学性能、抗拉强度合格率不高且抗拉测试工期长等问题。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种挤压半灌浆套筒的制备方法，该制备方法通过采用挤压的方法制备灌浆套筒，摒弃了以往采用球磨以及机械加工制备灌浆套筒的一切弊端，生产过程中质量可控，不会出现有机械性能变化的工序，生产效率快，生产过程无废铁屑排出节约成本，绿色环保，操作过程可控，制备得到的灌浆套筒各方面的性能均比较优异，因此值得广泛推广应用。
本发明的第二目的在于提供上述制备方法制备得到的挤压半灌浆套筒，该半灌浆套筒内外均设有圆弧剪力槽及两端收口，增强了套筒本身的抗拉强度，无应力集中点，抗拉强度≥600MPa，断后延长率≥16％，屈服强度≥355MPa，各方面性能均优于采用传统工艺制备得到的半灌浆套筒。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
本发明实施例提供了一种挤压钢制半灌浆套筒的制备方法，包括如下步骤：
(A)经过冷轧的套筒毛管在700-720℃一次退火处理25-30min，然后挤压缩管；
(B)将上述步骤处理过的套管在550-600℃二次退火处理15-20min后，成型加工即可。
半灌浆套筒是指在预制构件端采用直螺纹方式连接钢筋，现场装配端采用灌浆方式连接钢筋。现有技术中主要采用球磨铸铁和机械加工工艺进行制备。但是现有技术的加工工艺普遍存在加工难、加工后破坏套筒力学性能、抗拉强度合格率不高且抗拉测试工期长等问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种挤压工艺制备半灌浆套筒的方法，本发明的上述制备工艺中，关键在于两次退火处理的操作温度与操作时间的把控，因为现有工艺中也有进行退火的工艺过程，但是由于退火的时间以及温度把控不得当，制备出的灌浆套筒表面粗糙、凹凸不平，颜色不均，无光泽，本身各方面的机械性能也没有保证，但是本发明的发明人通过将退火工艺的具体操作步骤进行了大量实践后，制备得到的灌浆套筒表面光滑，有光泽，颜色均一，外观品相均一度高，而且各方面的机械性能得到了质的提升，是现有技术中的其他工艺制备得到的灌浆套筒的性能所无法比拟的。
优选地，作为进一步可实施的操作方式，所述步骤(A)中，710-715℃一次退火处理26-28min。
优选地，作为进一步可实施的操作方式，所述步骤(B)中，560-580℃二次退火处理18-19min。
上述两次退火处理的加热速率均控制在8-9℃/min之间，比如可以为8.3℃/min、8.4℃/min、8.5℃/min、8.6℃/min、8.7℃/min等。
第一次退火的目的主要是为了消除无缝钢管内压力，还原无缝钢管内部组织达到组织细化均匀度。二次退火的目的消除挤压产品造成的材料内压力及减少残余变形，通过两次退火的具体操作参数的控制，提高了制备得到的半灌浆套筒的稳定性，提高其各方面的性能。
第一次退火与第二次退火之间有挤压缩管的工艺步骤(不加热)，该步骤会发生应力变形，因此需要对残余应力进行相应的处理，如果不处理制备得到的半灌浆套筒表面很容易产生裂纹，所以需要进行二次退火处理，但是残余应力如果消除的不得当，套筒本身太软容易发生变形，甚至直接成为不合格产品，会影响到正常生产的要求，所以在进行二次退火过程中，其退火的温度以及退火的时间均需要控制得当，以防出现残余应力消除不当，生产出了不合格的产品。
残余应力消除后，需要对接头的性能进行评测，性能参数需要满足如下要求：
单向拉伸试验中：残余变形(mm)u0≤0.10(d≤32)，u0≤0.14(d＞32)，最大力下总延伸率(％)，Asgt≥6.0。
高应力反复拉压试验中，残余变形(mm)u20≤0.3。
大变形反复拉压试验中，残余变形(mm)u4≤0.3且u8≤0.6。
按照本发明的操作工艺进行制备后，其性能均能满足上述标准。
优选地，作为进一步可实施的操作方式，所述步骤(A)中，在冷轧之前，依次包括如下步骤：将钢棒经过剪断、热穿孔、去除氧化皮磷皂化的步骤。
优选地，作为进一步可实施的操作方式，所述步骤(A)中，钢棒采用的钢材料为45号钢，钢材料的延伸率控制在18％以上，由于挤压工艺过程中涉及到变形操作，变形比较大就很容易产生应力的变形，因此需要对钢的原材料的延伸率进行控制，以满足生产的灌浆套筒的各方面的性能要求。
优选地，作为进一步可实施的操作方式，所述步骤(B)中，成型加工的步骤依次包括：钻灌浆嘴，攻灌浆嘴丝，打标识、装配组件即可。
优选地，作为进一步可实施的操作方式，所述步骤(A)中，挤压缩管过程中的套筒挤压面长度控制在200mm以下。
优选地，作为进一步可实施的操作方式，挤压后的套筒直径缩小在16mm以下；
优选地，挤压缩管过程中灌浆端采用多个分体的模具组成一个完整的灌浆套筒周形状，多个分体的模具经过液压力的作用同时收缩，在灌浆端外圆形成多条收缩痕迹以进行挤压。本发明在对灌浆端制作时，采用的是一个完整的分成多个分体的模具进行液压挤压，这样整体的模具不仅挤压受力更加均匀，也更有利于成型。
优选地，挤压缩管过程中螺纹端采用一个完整的模具进行冷挤压成型，以确保冷挤压后螺纹端外圆光滑过度没有挤压痕迹；螺纹端在挤压时也采用完整的一个模具进行操作。
本发明的方案还保护了一种采用上述制备方法制备得到的挤压半灌浆套筒，该半灌浆套筒的性能可达到如下指标：半灌浆套筒的抗拉强度≥600MPa，断后延长率≥16％，屈服强度≥355MPa。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明的挤压半灌浆套筒的制备方法通过采用挤压的方法制备灌浆套筒，摒弃了以往采用球磨以及机械加工制备灌浆套筒的一切弊端，生产过程中质量可控，不会出现有机械性能变化的工序，生产效率快，生产过程无废铁屑排出节约成本，绿色环保，操作过程可控，制备得到的灌浆套筒各方面的性能均比较优异，因此值得广泛推广应用；
(2)本发明的挤压半灌浆套筒内外均设有圆弧剪力槽及两端收口，增强了套筒本身的抗拉强度，无应力集中点，抗拉强度≥600MPa，断后延长率≥16％，屈服强度≥355MPa，各方面性能均优于采用传统工艺制备得到的半灌浆套筒。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
一种半灌浆套筒的制备方法包括如下步骤：
1)原材料钢棒检验，钢棒的材料为45号钢；
2)进行剪裁；
3)热穿孔；
4)去除氧化皮磷皂化：将上述步骤处理过的套筒毛管浸入酸洗液浓度为20％，pH≤2的酸洗液槽中25min；将酸洗好的套筒毛管沥干后浸入第一清洗槽中，再吊起，如此上下反复起吊2-3次把余酸清洗掉；再浸入第二清洗槽中，再吊起，如此上下反复起吊2-3次进行清洗；然后将清洗好的套筒毛管沥干后浸入磷化液pH＝2，温度为75℃磷化液槽中磷化20min；再将磷化好的套筒毛管沥干后浸入第三清洗槽中，再吊起，如此上下反复起吊2～3次进行清洗；最后将清洗好的套筒毛管沥干后浸入皂化液温度为80℃的皂化液槽中皂化15min，再吊入存料架上放置自然晾干；
5)冷轧；
6)一次退火处理：将冷轧后的套筒毛管置于连续退火炉中进行连续退火处理，连续退火炉上设置7个火嘴，连续退火炉的风量设定为大，退火温度设为700℃，退火时间为25min，并将处理后的套筒毛管相关性能检测；
7)切割后挤压缩管，灌浆套筒模具由8瓣组成，挤压长度可达200mm，全方位受到压力，对钢材料的韧性要求比较高；
8)二次退火处理：将冷轧后的套筒毛管置于连续退火炉中进行连续退火处理，连续退火炉上设置7个火嘴，连续退火炉的风量设定为大，退火温度设为550℃，退火时间为20min，并将处理后的套筒毛管相关性能进行检测；
9)钻灌浆嘴，攻灌浆嘴丝，打标识、装配组件，最后检验包装入库。
实施例2
一种半灌浆套筒的制备方法包括如下步骤：
1)原材料钢棒检验，钢棒的材料为45号钢，钢材料的延伸率为18％；
2)进行剪裁；
3)热穿孔；
4)去除氧化皮磷皂化：将上述步骤处理过的套筒毛管浸入酸洗液浓度为20％，pH≤2的酸洗液槽中25min；将酸洗好的套筒毛管沥干后浸入第一清洗槽中，再吊起，如此上下反复起吊2-3次把余酸清洗掉；再浸入第二清洗槽中，再吊起，如此上下反复起吊2-3次进行清洗；然后将清洗好的套筒毛管沥干后浸入磷化液pH＝2，温度为75℃磷化液槽中磷化20min；再将磷化好的套筒毛管沥干后浸入第三清洗槽中，再吊起，如此上下反复起吊2～3次进行清洗；最后将清洗好的套筒毛管沥干后浸入皂化液温度为80℃的皂化液槽中皂化15min，再吊入存料架上放置自然晾干；
5)冷轧；
6)一次退火处理：将冷轧后的套筒毛管置于连续退火炉中进行连续退火处理，连续退火炉上设置7个火嘴，连续退火炉的风量设定为大，退火温度设为720℃，一次退火的加热速率为9℃/min，退火时间为30min，并将处理后的套筒毛管相关性能检测；
7)切割后挤压缩管，灌浆套筒模具由8瓣组成，挤压长度可达200mm，挤压直径可缩小16mm，全方位受到压力，对钢材料的韧性要求比较高；
8)二次退火处理：将冷轧后的套筒毛管置于连续退火炉中进行连续退火处理，连续退火炉上设置7个火嘴，连续退火炉的风量设定为大，退火温度设为600℃，二次退火的加热速率为8℃/min，退火时间为15min，并将处理后的套筒毛管相关性能进行检测；
9)钻灌浆嘴，攻灌浆嘴丝，打标识、装配组件，最后检验包装入库。
实施例3
具体操作步骤与实施例2基本一致，只是区别在于：
6)一次退火处理：将冷轧后的套筒毛管置于连续退火炉中进行连续退火处理，连续退火炉上设置7个火嘴，连续退火炉的风量设定为大，退火温度设为710℃，一次退火的加热速率为8.5℃/min，退火时间为28min，并将处理后的套筒毛管相关性能检测；
7)切割后挤压缩管，灌浆套筒模具由8瓣组成，挤压长度可达200mm，挤压直径可缩小15mm，全方位受到压力，对钢材料的韧性要求比较高；
8)二次退火处理：将冷轧后的套筒毛管置于连续退火炉中进行连续退火处理，连续退火炉上设置7个火嘴，连续退火炉的风量设定为大，退火温度设为580℃，二次退火的加热速率为8.4℃/min，退火时间为18min，并将处理后的套筒毛管相关性能进行检测。
实施例4
具体操作步骤与实施例2基本一致，只是区别在于：
6)一次退火处理：将冷轧后的套筒毛管置于连续退火炉中进行连续退火处理，连续退火炉上设置7个火嘴，连续退火炉的风量设定为大，退火温度设为715℃，一次退火的加热速率为8.5℃/min，退火时间为26min，并将处理后的套筒毛管相关性能检测；
7)切割后挤压缩管，灌浆套筒模具由8瓣组成，挤压长度可达200mm，挤压直径可缩小16mm，全方位受到压力，对钢材料的韧性要求比较高；
8)二次退火处理：将冷轧后的套筒毛管置于连续退火炉中进行连续退火处理，连续退火炉上设置7个火嘴，连续退火炉的风量设定为大，退火温度设为560℃，二次退火的加热速率为8.4℃/min，退火时间为19min，并将处理后的套筒毛管相关性能进行检测。
实施例5
具体操作步骤与实施例2基本一致，只是区别在于：
6)一次退火处理：将冷轧后的套筒毛管置于连续退火炉中进行连续退火处理，连续退火炉上设置7个火嘴，连续退火炉的风量设定为大，退火温度设为718℃，一次退火的加热速率为8.6℃/min，退火时间为27min，并将处理后的套筒毛管相关性能检测；
7)切割后挤压缩管，灌浆套筒模具由8瓣组成，挤压长度可达180mm，挤压直径可缩小15mm，全方位受到压力，对钢材料的韧性要求比较高；
8)二次退火处理：将冷轧后的套筒毛管置于连续退火炉中进行连续退火处理，连续退火炉上设置7个火嘴，连续退火炉的风量设定为大，退火温度设为570℃，二次退火的加热速率为8.4℃/min，退火时间为18min，并将处理后的套筒毛管相关性能进行检测。
比较例1
体操作步骤与实施例5基本一致，只是区别在于：一次退火处理的温度为800℃，退火时间为1h。
比较例2
体操作步骤与实施例5基本一致，只是区别在于：二次退火处理的温度为400℃，退火时间为10min。
比较例3
按照如下球墨铸铁的制备工艺制备灌浆套筒：按照一定的化学成分元素铁水制作冶炼、球化处理、铸造；将得到的铸铁经930℃-1100℃加热，保温2-4小时均热后随炉冷却，得到铁素体球墨铸铁灌浆套筒；
上述工艺过程中，需要添加化学元素并进行一定的温度控制，化学元素比例不好把控，浇筑模具的结构转型影响套筒本身的质量，比如气孔等问题。
比较例4
按照如下机械加工的制备工艺制备灌浆套筒：
1)原材料钢棒检验，钢棒的材料为45号钢，钢材料的延伸率为18％；
2)进行剪裁；
3)热穿孔；
4)去除氧化皮磷皂化：将上述步骤处理过的套筒毛管浸入酸洗液浓度为20％，pH≤2的酸洗液槽中25min；将酸洗好的套筒毛管沥干后浸入第一清洗槽中，再吊起，如此上下反复起吊2-3次把余酸清洗掉；再浸入第二清洗槽中，再吊起，如此上下反复起吊2-3次进行清洗；然后将清洗好的套筒毛管沥干后浸入磷化液pH＝2，温度为75℃磷化液槽中磷化20min；再将磷化好的套筒毛管沥干后浸入第三清洗槽中，再吊起，如此上下反复起吊2～3次进行清洗；最后将清洗好的套筒毛管沥干后浸入皂化液温度为80℃的皂化液槽中皂化15min，再吊入存料架上放置自然晾干；
5)冷轧；
6)切总长，车内剪力槽，车外剪力槽，钻灌浆嘴，攻灌浆嘴丝，钻中心孔后，打标识、装配组件，最后检验包装入库。
机加工的厚度厚，生产效率低。
实验例1
将各个实施例与比较例制备出的灌浆套筒的性能进行测试，具体结果如下表1所示。
表1试验结果比较
从上述试验结果可以看出本发明实施例的挤压工艺制备出的半灌浆套筒从外观、性能方面均表现比较优异，但是对于本发明的制备工艺中重要的退火操作参数如果不调整到本发明的要求范围内，其对灌浆套筒本身的品质肯定会有一定的影响，因为如果退火的温度太高、太低其都会影响到本身钢材料中的微观组织，从而容易造成开裂，达不到理想的强度，同样的如果退火时间过长、过短也会使得半灌浆套筒容易发生变形，影响其力学性能，因此需要按照本发明的制作工艺进行。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。
Claims (10)
1.一种挤压钢制半灌浆套筒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(A)经过冷轧的套筒毛管在700-720℃一次退火处理25-30min，然后挤压缩管；
(B)将上述步骤处理过的套管在550-600℃二次退火处理15-20min后，成型加工即可。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(A)中，710-715℃一次退火处理26-28min；
优选地，一次退火的加热速率控制在8-9℃/min。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(B)中，560-580℃二次退火处理18-19min。
优选地，二次退火的加热速率控制在8-9℃/min。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(A)中，在冷轧之前，依次包括如下步骤：将钢棒经过剪断、热穿孔、去除氧化皮磷皂化的步骤。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(A)中，钢棒采用的钢材料为45号钢，所述钢材料的延伸率控制在18％以上。
6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(B)中，成型加工的步骤依次包括：钻灌浆嘴，攻灌浆嘴丝后，打标识、装配组件即可。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(A)中，挤压缩管过程中的套筒挤压面长度控制在200mm以下。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(B)中，挤压后的套筒直径缩小16mm以下；
优选地，挤压缩管过程中螺纹端采用一个完整的模具进行冷挤压成型，以确保冷挤压后螺纹端外圆光滑过度没有挤压痕迹；
优选地，挤压缩管过程中灌浆端采用多个分体的模具组成一个完整的灌浆套筒周形状，多个分体的模具经过液压力的作用同时收缩，在灌浆端外圆形成多条收缩痕迹以进行挤压。
9.权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到的挤压半灌浆套筒。
10.根据权利要求9所述的挤压半灌浆套筒，其特征在于，所述半灌浆套筒的抗拉强度≥600MPa，断后延长率≥16％，屈服强度≥355MPa。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20181211 |