CN115560139A - 一种大口径薄壁螺旋焊管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大口径薄壁螺旋焊管，由双层复合钢带螺旋状卷焊形成；所述双层复合钢带包括等宽、对齐设置的第一钢带层和第二钢带层，所述第一钢带层为波形钢带，所述第二钢带层为平直钢带，所述第一钢带层的两侧边及每一个波谷处均与第二钢带层焊接形成双层复合钢带；并公开了上述大口径薄壁螺旋焊管的制造方法。本发明波形钢管对内部的平壁钢管全包裹，使整个结构能均匀并且协同承包外荷载。
Description
技术领域
本发明涉及钢管焊接技术领域，尤其是涉及一种大口径薄壁螺旋焊管及其制造方法。
背景技术
目前的大口径钢管用来作为供水管道的较多，且大部分是埋地的。所以钢管自身除了满足管道内部流通介质的内压，还要满足外部载荷的压力，以及防止自身重量引起的鸭蛋形变形，这就需要钢管的壁厚很厚，其实，钢管的主要目的是输送流体，满足内部压力，满足这项要求时钢管的壁厚不需要太厚，例如：3米直径的供水管满足内压时的壁厚＝PD/zk(σS)＝(0.6MPa*3000mm)/(2*0.85*177.5MPa)＝5.96mm，上式中，P：内压力，D：管道内径，σS：许用应力，k：焊缝系数(螺旋焊管)，上述计算中许用应力取2倍安全系数。从上述计算中可以得知，3000mm直径内部压力0.6MPa时钢管壁厚仅5.96mm即可，但实际应用中为了防止钢管的自重变形及埋地时外压引起的变形，往往都要增加壁厚，实际工程中，3m直径，0.6MPa的供水管壁厚都在25mm以上，严重浪费材料，其实防止钢管自重变形及埋地外压引起的变形，可以用增加管壁截面惯性矩的办法，虽然增加壁厚也是增加管壁截面惯性矩的方法，但只是呈正比倍数关系，而不是几何倍数关系，另外，超大口径的钢管，当壁厚大于25mm时，因钢厂的钢板材料无法呈钢卷状态交货，只能是单张平钢板状态交货，所以钢管的加工方式是先单块钢板卷圆，焊对接直缝，制成单节钢管，单节钢管长度一般是3m长，然后多个单节钢管对接焊，制成标准长度的管节，这种方法生产效率低，并且直焊缝受力效果比螺旋焊缝差，焊缝系数低，所需要的钢板厚度比同规格的螺旋焊管大，浪费材料。
另外，现有技术中存在如图1所示的钢管，在原钢管的外部设置环形加强筋；还存在如图2所示的钢管，在原钢管外部设置环形或者螺旋形加强环，加强环的截面为半圆形。上述带加强环的钢管，加强环不能对整个管体表面形成覆盖，内压大时，未覆盖的部位容易形成鼓包，还是要另外增加壁厚，外压大时，外压直接作用在未覆盖部分的管壁上，管壁有可能内挠变形。
发明内容
发明目的：为了克服背景技术的不足，本发明第一目的是公开一种大口径薄壁螺旋焊管；第二目的是公开上述大口径薄壁螺旋焊管的制造方法。
技术方案：本发明所公开大口径薄壁螺旋焊管，由双层复合钢带螺旋状卷焊形成；所述双层复合钢带包括等宽、对齐设置的第一钢带层和第二钢带层，所述第一钢带层为波形钢带，所述第二钢带层为平直钢带，所述第一钢带层的两侧边及每一个波谷处均与第二钢带层焊接形成双层复合钢带。
进一步的，所述第一钢带层波谷的外表面开设坡口并延伸至第二钢带层形成焊接坡口。
进一步的，卷焊时，所述第一钢带层位于焊管外管壁。
进一步的，所述第一钢带层的波形为正弦曲线。
进一步的，所述第一钢带层的波形由钢带的一侧边向另一侧边延伸。
进一步的，所述第一钢带层和第二钢带层之间空隙中填充有混凝土。
上述的大口径薄壁螺旋焊管的制造方法，包括以下步骤：
S1、从钢卷上放出第一钢带，由波形轧辊制成波形钢带，即第一钢带层，从钢卷上放出第二钢带，形成第二钢带层，将第一钢带层和第二钢带层贴合形成初始复合钢带；
S2、使初始复合钢带进入定形辊轴，并由定形辊轴驱动进入坡口加工辊轴，对初始复合钢带的波谷处进行裁剪，使第一钢带层在波谷处形成焊接坡口；
S3、对焊接坡口进行三位一体焊接，同时对第一钢带层和第二钢带层的两侧边进行焊接，形成双层复合钢带；
S4、双层复合钢带由递送辊轴推动进入螺旋卷圆机进行卷圆，并对接缝处进行焊接。
进一步的，所述定形辊轴包括定形上辊和定形下辊，所述定形上辊的纵截面与初始复合钢带的波形截面相同并贴合，所述定形下辊与初始复合钢带的平面贴合。
进一步的，所述坡口加工辊轴包括加工上辊和加工下辊，所述加工上辊的纵截面与初始复合钢带的波形截面相同并贴合，所述加工上辊的波峰端部设有加工刀，所述加工刀的高度大于第一钢带层的厚度。
进一步的，所述加工上辊包括加工上辊轴、分片式凸轮、分片式凹轮及刀片轮，所述分片式凸轮与分片式凹轮套设于加工上辊轴上，拼接形成纵截面与初始复合钢带的波形截面相同并贴合的辊面结构，所述刀片轮也套设于加工上辊轴上位于辊面结构的波峰位置，其外周凸出辊面形成加工刀。
进一步的，所述螺旋卷圆机的压辊及卷圆辊的纵截面形状与双层复合钢带的断面形状相同。
进一步的，对初始复合钢带的波谷处进行裁剪时，采用热切割工艺，包括等离子切割或激光切割或火焰切割。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点为：
1、波形钢管对内部的平壁钢管全包裹，使整个结构能均匀并且协同承包外荷载；
2、波形钢板在分条切割再与平直钢带焊接，可以使波形钢板与平直钢带焊接的焊缝截面面积扩大，连接力提高；
3、完成后的管体，管壁的截面惯性矩呈几何倍数提高，承受外压能力增强；
4、基于此钢管结构，可以减少内壁及波形管壁厚度，减少钢材用量；
5、基于此钢管结构，可以制成大口径钢管，口径可达6m以上；
6、对内壁与波纹管壁之间空隙进行填充后，填充料可承受环向力，强度提高，基于此可适当减少钢材厚度。
7、提出的坡口加工辊轴可以根据实际生产需求灵活调整凹、凸轮外径及刀片轮外径，可以对板体进行准确、快速的切割。
附图说明
图1为背景技术中在钢管外部设置环形加强筋结构图；
图2为背景技术中在钢管外部设置环形加强环结构图；
图3为本发明螺旋焊管主视图；
图4为本发明双层复合钢带截面结构图；
图5为本发明初始复合钢带截面结构图；
图6为本发明定形辊轴工作截面结构图；
图7为本发明坡口加工辊轴工作截面结构图；
图8为本发明加工上辊截面结构图；
图9为本发明双层复合钢带焊接后结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细描述。
如图3所示的大口径薄壁螺旋焊管，由如图4所示的双层复合钢带螺旋状卷焊形成。
如图4所示，所述双层复合钢带包括等宽、对齐设置的第一钢带层1和第二钢带层2，所述第一钢带层1为波形钢带，波形呈正弦曲线，由钢带的一侧边向另一侧边延伸。所述第二钢带层2为平直钢带，所述第一钢带层1的两侧边及每一个波谷处均与第二钢带层2焊接形成双层复合钢带。
所述第一钢带层1波谷的外表面开设坡口并延伸至第二钢带层2形成焊接坡口3，卷焊时，所述第一钢带层1位于焊管外管壁，通过对焊接坡口3进行三体焊接，实现第一钢带层1与第二钢带层2的固定。
在所述第一钢带层1和第二钢带层2之间空隙中填充有混凝土等填充物，以增加结构强度。
上述大口径薄壁螺旋焊管的制造方法，包括以下步骤：
S1、从钢卷上放出第一钢带，由波形轧辊制成波形钢带，即第一钢带层1，从钢卷上放出第二钢带，形成第二钢带层2，将第一钢带层1和第二钢带层2贴合形成初始复合钢带，如图5所示。
S2、如图6所示，提供一个定形辊轴4，所述定形辊轴4包括定形上辊401和定形下辊402，所述定形上辊401的纵截面与初始复合钢带的波形截面相同并贴合，所述定形下辊402与初始复合钢带的平面贴合。
如图7和图8所示，提供一个坡口加工辊轴5，所述坡口加工辊轴5包括加工上辊501和加工下辊502，所述加工上辊501的纵截面与初始复合钢带的波形截面相同并贴合，所述加工上辊501的波峰端部设有加工刀503，所述加工刀503的高度大于第一钢带层1的厚度，所述加工上辊501包括加工上辊轴501-1、分片式凸轮501-2、分片式凹轮501-3及刀片轮501-4，所述分片式凸轮501-2与分片式凹轮501-3套设于加工上辊轴501-1上，拼接形成纵截面与初始复合钢带的波形截面相同并贴合的辊面结构，所述刀片轮501-4也套设于加工上辊轴501-1上位于辊面结构的波峰位置，其外周凸出辊面形成加工刀503，所述分片式凸轮501-2、分片式凹轮501-3及刀片轮501-4与加工上辊轴501-1之间可通过轴键轴向及周向固定。
操作时，使初始复合钢带进入定形辊轴4，并由定形辊轴4驱动进入坡口加工辊轴5，对初始复合钢带的波谷处进行裁剪，形成由第一钢带层1波谷延伸至第二钢带层2的焊接坡口3，裁剪时，采用热切割工艺，包括等离子切割或激光切割或火焰切割等。
S3、对焊接坡口3进行三位一体焊接，同时对第一钢带层1和第二钢带层2的两侧边进行焊接，形成双层复合钢带，如图9所示。
S4、双层复合钢带由递送辊轴推动进入螺旋卷圆机进行卷圆，所用螺旋卷圆机的压辊及卷圆辊的纵截面形状与双层复合钢带的断面形状相同，最后对接缝处进行焊接，得到如图3所示的螺旋焊管。
Claims (12)
1.一种大口径薄壁螺旋焊管，其特征在于：由双层复合钢带螺旋状卷焊形成；所述双层复合钢带包括等宽、对齐设置的第一钢带层(1)和第二钢带层(2)，所述第一钢带层(1)为波形钢带，所述第二钢带层(2)为平直钢带，所述第一钢带层(1)的两侧边及每一个波谷处均与第二钢带层(2)焊接形成双层复合钢带。
2.根据权利要求1所述的大口径薄壁螺旋焊管，其特征在于：所述第一钢带层(1)波谷的外表面开设坡口并延伸至第二钢带层(2)形成焊接坡口(3)。
3.根据权利要求1所述的大口径薄壁螺旋焊管，其特征在于：卷焊时，所述第一钢带层(1)位于焊管外管壁。
4.根据权利要求1所述的大口径薄壁螺旋焊管，其特征在于：所述第一钢带层(1)的波形为正弦曲线。
5.根据权利要求1所述的大口径薄壁螺旋焊管，其特征在于：所述第一钢带层(1)的波形由钢带的一侧边向另一侧边延伸。
6.根据权利要求1所述的大口径薄壁螺旋焊管，其特征在于：所述第一钢带层(1)和第二钢带层(2)之间空隙中填充有混凝土。
7.权利要求1所述的大口径薄壁螺旋焊管的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、从钢卷上放出第一钢带，由波形轧辊制成波形钢带，即第一钢带层(1)，从钢卷上放出第二钢带，形成第二钢带层(2)，将第一钢带层(1)和第二钢带层(2)贴合形成初始复合钢带；
S2、使初始复合钢带进入定形辊轴(4)，并由定形辊轴(4)驱动进入坡口加工辊轴(5)，对初始复合钢带的波谷处进行裁剪，使第一钢带层(1)在波谷处形成焊接坡口(3)；
S3、对焊接坡口(3)进行三位一体焊接，同时对第一钢带层(1)和第二钢带层(2)的两侧边进行焊接，形成双层复合钢带；
S4、双层复合钢带由递送辊轴推动进入螺旋卷圆机进行卷圆，并对接缝处进行焊接。
8.根据权利要求7所述的大口径薄壁螺旋焊管的制造方法，其特征在于：所述定形辊轴(4)包括定形上辊(401)和定形下辊(402)，所述定形上辊(401)的纵截面与初始复合钢带的波形截面相同并贴合，所述定形下辊(402)与初始复合钢带的平面贴合。
9.根据权利要求7所述的大口径薄壁螺旋焊管的制造方法，其特征在于：所述坡口加工辊轴(5)包括加工上辊(501)和加工下辊(502)，所述加工上辊(501)的纵截面与初始复合钢带的波形截面相同并贴合，所述加工上辊(501)的波峰端部设有加工刀(503)，所述加工刀(503)的高度大于第一钢带层(1)的厚度。
10.根据权利要求9所述的大口径薄壁螺旋焊管的制造方法，其特征在于：所述加工上辊(501)包括加工上辊轴(501-1)、分片式凸轮(501-2)、分片式凹轮(501-3)及刀片轮(501-4)，所述分片式凸轮(501-2)与分片式凹轮(501-3)套设于加工上辊轴(501-1)上，拼接形成纵截面与初始复合钢带的波形截面相同并贴合的辊面结构，所述刀片轮(501-4)也套设于加工上辊轴(501-1)上位于辊面结构的波峰位置，其外周凸出辊面形成加工刀(503)。
11.根据权利要求7所述的大口径薄壁螺旋焊管的制造方法，其特征在于：所述螺旋卷圆机的压辊及卷圆辊的纵截面形状与双层复合钢带的断面形状相同。
12.根据权利要求7所述的大口径薄壁螺旋焊管的制造方法，其特征在于：对初始复合钢带的波谷处进行裁剪时，采用热切割工艺，包括等离子切割或激光切割或火焰切割。
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