CN204042219U - 双金属机械复合混凝土输送管 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的一种双金属机械复合混凝土输送管，包括用普通低碳钢、低碳合金钢无缝钢管或焊管作为外层管，用轴承钢无缝钢管或焊管作为内层管。在内层管、外层管之层间涂有使内外层钢管紧密粘合的高温胶，或用局部压焊、钎焊方法使内层管、外层管紧密结合在一起，外层管与内层管之间采用机械复合，内层管是经感应加热淬火处理，硬度控制在HRC58～HRC65之间的高碳铬轴承钢材料，在两端分别焊上法兰并装配耐磨环，制成双金属机械复合混凝土输送管。本实用新型集高可靠性、经济性、安全性、耐用性于一体的双金属机械复合混凝土输送管，使用寿命比普通的混凝土输送管增长3～5倍。

Description

双金属机械复合混凝土输送管

技术领域

本实用新型涉及一种通过管道依靠压力连续输送混凝土的混凝土输送管，属于混凝土输送装备领域。

背景技术

   在建筑行业中，混凝土泵是通过管道依靠压力连续输送混凝土的。它能一次连续地完成水平运输和垂直运输，传输距离长、输送排量大，二三百米的高层建筑可以一泵到顶，上万立方米的大型基础也能在短时间内浇筑完毕，具有效率高、劳力省、费用低的显著优点。在混凝土压送过程中,输送管是十分重要的关键部件。而输送管破坏形式之一的输送管径向爆裂是混凝土输送管不可忽略的重要因素。业内人士通过流变学原理及流变方程，对径向爆裂的安全性进行定量和定性分析显示，输送管径向爆裂是由于广泛使用在压力环境中的泵送混凝土输送管,在大方量、高压力环境下，混凝土质量干涩，泵送阻力大，并且也加剧了泵管的磨损，失去可泵性堵管等复杂因素， 由于混凝土泵送过程中常有突然爆管、断管的现象发生，造成混凝土施工受阻，甚至伤害到附近人员。在混凝土泵送过程中泵送混凝土输送管径向爆裂是影响混凝土施工质量和工期的常见现象，目前国家和行业对混凝土输送管的安全使用标准以及检测方法还无章可循。混凝土输送管的安全性没有可靠的保障性。目前，对混凝土输送管仅有建筑工业行业标准《混凝土输送管型式与尺寸》（JG／T95一1999）；《混凝土泵送施工技术规程》（JGJ/T10-1995）。前者对混凝土规范了管子的尺寸，后者提出了管路的布置要求。而施工单位往往根据经验提出混凝土输送管的安全使用的管理要求。因此，对混凝土输送管安全性的分析判断缺乏数据支持，是泵送混凝土施工的安全和质量盲点,混凝土输送管的安全性已成为目前建筑行业研究的重要课题之一。砼输送管的安全性在泵送混凝土生产要素中占着十分重要的地位，直接影响到各项工程的安全、质量和工期。

     一般混凝土输送管最小内径为φ100～φ180mm，厚度为4.5～10mm；壁厚δ和内径D之比≤1/10。材料为无缝钢管。属于薄壁结构，假定应力均匀分布。在输送管径向爆裂的受力分析的基本假设中：①混凝土在管内是理想流体。②混凝土管是符合材料力学的基本假设：既连续、均匀、各向同性的。③在混凝土输送管内混凝土稳定流动，或是密闭容器。由于混凝土在输送泵的活塞推力P作用下，使混凝土输送管内壁产生径向压应力σr。在混凝土内应力作用下，管壁径向膨胀产生σt和摩擦引起的轴向拉应力σl。在管壁的σt大小沿 壁 厚方向分布是不均匀的，内大外小，管 壁 越 厚 差 值越大，反 之 越 薄 趋 向 均 匀。理想状态下管壁安全性计算理想混凝土流体截面管壁应力元。但是，混凝土泵送在管路流动过程中并非是理想液体，是多相的，具有粘性；其受力情况也是复杂的，在流动过程中摩擦和碰撞会消耗能量。因此，不论混凝土在管内处在层流或是紊流状态时均会产生沿程压力损失。其损失大小与管子的粗造度、管径、管路形状、坍落度（粘性）有关，其大小沿混凝土流向逐渐降低。混凝土在管路运动过程中，输送管道内壁的压力对管路的磨损到极限时厚度时，将会发生管路爆裂。其磨损的速度与混凝土的材料、坍落度、泵送压力和速度、管路材料等因素有关。经验数据上，骨料为石灰岩普通泵送混凝土对A3钢的管壁径向半径磨损速度为：每泵送10000方磨损约3㎜。

   某些工程表明，泵送混凝土输送管强度不足、凝结异常时有发生，在一定程度上影响输送管结构的强度和耐久性，输送管结构材料选择是混凝土输送管是十分重要的环节和关键。目前应用的混凝土输送管材料主要分为以下几种：

1）中高碳碳素结构钢材料（GB/T699-1999 ）；

中高碳碳素结构钢主要有45、50、55、60、65、40Mn、45Mn、50Mn等材质。中高碳碳素结构钢钢管经内孔超音频或高频感应加热淬火，内表面淬硬层硬度可达HRC55-60,具有一定的耐磨性能，主要用于制造普通耐磨输送管，在输送混凝土、泥浆、矿渣等介质时使用，但使用寿命短 ，安全性较差，以输送混凝土为例使用寿命一般只有0.8 -1.2万方，性价比不高。

2）中高碳合金结构钢材料（GB/T3077-1999）；

中高碳合金结构钢材料主要有45Mn2、50Mn2、55Mn2、65Mn2等材质，此类型材质的耐磨输送管是近几年兴起并逐渐推广的较新型的混凝土输送管材料，该类材料经内表面超音频或高频感应加热淬火，内表面淬硬层硬度可达HRC55-HRC65，具有良好的耐磨性能，使用方向与中高碳碳素结构钢基本相同，使用寿命有较大的提高，以45Mn2材质为例输送混凝土时的使用寿命为2 -3万方，65Mn2材质的混凝土输送管使用寿命可达3 -5万方，性价比良好。

3）高铬铸铁材料；

高铬铸铁材料目前用于混凝土输送领域，主要以铸态管型式使用，铸态高铬铸铁钢管经热处理后硬度较高，表面硬度可达HRC50-HRC60，由于碳化物浓度高，此类材质的耐磨钢管具有很好的耐磨性能，但由于材料冲击性能较差，在普遍具有的压力输送工况下安全性能较差，限制了其使用范围。

4）陶瓷材料

   陶瓷材料用于混凝土输送领域一般通过热喷涂或自漫延法获得，通过上述方法使普通钢管内表面覆盖一层坚硬、耐磨的氧化物涂层，涂层硬度极高可达HV1000-HV2000，耐磨性能极好，但该涂层结合力不高，很容易脱落，至使其使用范围造成很大局限。

5）双金属复合钢管

双金属复合钢管主要型式为机械复合，这种钢管一般外层为普通低碳钢，内层为中高碳碳素结构钢或中高碳合金结构钢，这种结构型式由于外层为普通低碳钢，内孔热处理后不影响其冲击韧性，外层作为支撑层的基本功能仍能很好保持，该型式基本解决了冲击韧性的问题，从根本上解决了输送管在压力脉动工况下的安全性问题，但是由于内层（耐磨层）的材质普遍选用45Mn2、50Mn2、65Mn等，其耐磨性能主要靠马氏体组织，耐磨性能及耐腐蚀性能还存在一定的问题，以输送混凝土为例使用寿命最高为3 -5万方，仍不理想。而且由于内外层钢管为机械复合，内外层钢管之间的配合是机械配合里的过度配合或过盈配合，两层钢管靠弹性变形力结合，当复合钢管的内层在使用过程中磨损到一定程度后会失去弹性变形，两层钢管之间将失去结合力，这时内层钢管磨损后变的很薄，在输送混凝土时很容易窜动、压缩造成堵管。

双金属冶金复合钢管：授权公告号：CN102506237B公开了一种内层为轴承钢等高碳合金钢的冶金复合混凝土输送管，克服了上述各种形式混凝土输送管的弊端，其内层淬火态组织为马氏体组织上弥散分布微小碳化物颗粒，耐磨性能突出。其耐磨、耐蚀、安全等性能均属优异，但其管坯浇铸工序多、工艺难度大，成材率很低，造成生产成本很高。

混凝土输送管通常都在较高输送压力、较高的脉动冲击压力、严重的磨粒磨损条件及易腐蚀环境工况下运行，因此，要求混凝土输送管材料须具备下述特点：

1）必须可以充分淬硬，具有较高的硬度和耐磨性；

2）必须具有较高的疲劳强度、特别是工作面具有较高的疲劳强度；

3）在承受冲击载荷情况下耐磨钢管具备较高的抗冲击性能和安全性能；

4）耐磨钢管具备较好的耐腐蚀性能对提高其使用寿命极为有利；

但是，对于同一种材料而言，硬度、耐磨性和韧性、抗冲击能力是相互矛盾的，要求足够高的硬度、强度和耐磨性必然会以降低材料的韧性和抗冲击性能为代价。虽然用超音频或高频感应加热淬火能控制淬硬层厚度，让未完全淬硬部分保持一定的韧性，能使材料的整体性能有所改善；用普通机械复合的方法让外层普通低碳钢材料作为支撑层，解决了压力、压力脉动工况下的安全性问题；但仍达不到混凝土输送管的理想要求。如何保证在有足够的硬度、耐磨性、疲劳强度下不降低材料的冲击韧性，同时又保证工作面具有较高耐腐蚀性能，并且生产工艺简单、制造成本低的混凝土输送管正是目前迫待解决的技术问题。

实用新型内容

    本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种工艺难度小，成材率高，使用寿命长，集高可靠性、经济性、安全性、耐用性于一体，能满足高标号混凝土远距离输送的苛刻要求的双金属机械复合具有轴承钢耐磨层的混凝土输送管。

    本实用新型解决其技术问题所采用的技术解决方案是，一种双金属机械复合混凝土输送管，包括用普通低碳钢、低碳合金钢无缝钢管或焊管作为外层管1，用轴承钢无缝钢管或焊管作为内层管2，其特征在于：在内层管2外层管1之层间3涂有使内外层钢管紧密粘合的高温胶，或用局部压焊、钎焊方法使内层管2外层管1紧密结合在一起，外层管1与内层管2之间采用冷拔、涨紧、冷轧、旋压、热装、冷装、顶压等常规工艺方法机械复合，内层管2是经感应加热淬火处理，硬度控制在HRC58～HRC65之间的高碳铬轴承钢材料，热处理后的复合钢管两端分别焊上加工好的法兰4并装配耐磨环5，制成双金属机械复合混凝土输送管。

本实用新型相比于现有技术具有如下有益效果：

    生产工艺简单、成材率高、制造成本低。本实用新型用普通低碳钢、低碳合金钢无缝钢管或焊管作为外层，保证混凝土输送管的抗冲击韧性；用轴承钢无缝钢管或焊管作为内层，保证混凝土输送管的高耐磨、耐蚀性能；内外层钢管之间涂高温胶、钎焊或局部压焊，保证内层磨损后不会窜动、起皮、压缩造成堵管事故，同时内管可以磨尽延长了使用寿命。

    本实用新型是集高可靠性、经济性、安全性、耐用性于一体的双金属机械复合混凝土输送管，耐磨性能好、抗疲劳强度高、冲击韧性能好、耐腐蚀性能较好、安全性能好、使用寿命长。外层与内层之间采用机械复合，具有轴承钢耐磨层的双金属机械复合混凝土输送管使用寿命比普通的混凝土输送管增长3 ～5倍，这是确保其可靠性高的前提条件。

   内层材料为轴承钢无缝钢管或焊管，保证混凝土输送管的高耐磨、耐蚀性能。作为高碳铬轴承钢材料的内层（耐磨层），淬火后组织为马氏体组织基体上弥散分布了许多碳化物微小颗粒，大量碳化物颗粒的存在使材料耐磨性能有了质的提升。外层材料为低碳钢、低碳合金钢无缝钢管或焊管，保证混凝土输送管的抗冲击韧性；复合管的内外层层间涂高温胶、钎焊或局部压焊，保证内层磨损后不会窜动、起皮、压缩造成堵管事故，同时内管可以磨尽延长了使用寿命。

   在使用过程中内层严重磨损失去弹性变形的情况下，由于内外管层间进行了粘结或焊接，所以内管磨损后不会窜动、起皮、压缩造成堵管事故；同时内管可以磨尽延长了使用寿命。可更好地保证泵送设备长时间不间断连续生产，确保作业的安全性，避免造成人身或设备的事故。

附图说明

图1为双金属混凝土输送管的结构示意图。

图中：1外层管，2内层管，3层间，4法兰，5耐磨环。

具体实施方式

下面通过实施例对本实用新型进行具体的描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本实用新型进行进一步说明，不能理解为对本实用新型保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容作出一些非本质的改进和调整。

    参阅图1。在以下描述的实施例中，双金属机械复合混凝土输送管，包括用普通低碳钢、低碳合金钢无缝钢管或焊管作为外层管1，用轴承钢无缝钢管或焊管作为内层管2，其特征在于：在内层管2外层管1之层间3涂有使内外层钢管紧密粘合的高温胶，或用局部压焊、钎焊方法使内层管2外层管1紧密结合在一起，外层管1与内层管2之间采用冷拔、涨紧、冷轧、旋压、热装、冷装、顶压等常规工艺方法机械复合，内层管2是经感应加热淬火处理，硬度控制在HRC58～HRC65之间的高碳铬轴承钢材料，热处理后的复合钢管两端分别焊上加工好的标准法兰4并装配耐磨环5，制成双金属机械复合混凝土输送管。

双金属混凝土输送管通过冷拔、涨紧、冷轧、旋压、热装、冷装、顶压等常规工艺方法机械复合，使内外层钢管紧密贴合，然后对内孔进行感应加热淬火处理，内层硬度控制在HRC58～HRC65之间，内层管2（耐磨层）材料为高碳铬轴承钢，其淬火后组织为马氏体组织基体上弥散分布了许多碳化物微小颗粒，大量碳化物颗粒的存在使材料耐磨性能有了质的提升。再在双金属机械复合钢管两端焊上连接法兰4并装配耐磨环5，从而得到一种耐磨性能优异、抗冲击载荷能力较强、具有一定耐腐蚀性能、在压力脉动工况下安全性能很高的双金属机械复合具有轴承钢耐磨层的混凝土输送管。主要用于耐高温部件的密封和胶接的高温胶是耐800℃～1800℃的高温无机胶，是一种需要一定温度环境固化的双组分胶粘剂，具有阻燃、耐温性好、有一定的胶接强度和密封作用，使用方便。

实施例1

外层管1选用低碳钢热轧无缝钢管，钢号：20号低碳钢；内层管2选用高碳铬轴承钢GCr15热轧无缝钢管并进行球化退火热处理；将内、外层钢管层间3涂高温胶后套装在一起，然后通过冷拔复合方式让内层管2、外层管1紧密结合在一起，待层间高温胶充分固化后进入下道工序；对获得的双金属复合管材内孔超音频感应加热淬火处理，淬火温度860℃；再在热处理后的复合钢管两端分别焊上加工好的法兰4并装配耐磨环5，制成混凝土输送管。

实施例2

外层管1选用低碳钢热轧无缝钢管，钢号：16Mn；内层管2选用高碳铬轴承钢GCr15SiMn球化退火热处理后的冷拔无缝钢管；将内、外层钢管层间3设置铜基非晶钎焊带后套装在一起，然后通过冷拔复合方式让内、外层管1紧密结合在一起；对获得的双金属复合管材内孔超音频感应加热淬火处理，淬火温度900℃，淬火处理的同时完成内层管2、外层管1层间钎焊；再在热处理后的复合钢管两端分别焊上加工好的法兰4并装配耐磨环5，制成混凝土输送管。

实施例3

外层管1选用低碳钢热轧无缝钢管，钢号：20；内层管2选用球化退火后的高碳铬轴承钢GCr9直缝焊管；将内、外层钢管套装在一起后沿纵向滚焊（压焊）数道焊缝，将内、外层钢管局部焊接在一起，然后通过冷拔复合方式让内层管2、外层管1紧密结合在一起；对获得的双金属复合管材内孔超音频感应加热淬火处理，淬火温度860℃；再在热处理后的复合钢管两端分别焊上加工好的法兰4并装配耐磨环5，制成混凝土输送管。

Claims (8)

1.一种双金属机械复合混凝土输送管，包括用普通低碳钢、低碳合金钢无缝钢管或焊管作为外层管（1），用轴承钢无缝钢管或焊管作为内层管（2），其特征在于：在内层管（2）外层管（1）之层间（3）涂有使内外层钢管紧密粘合的高温胶，或用局部压焊、钎焊方法使内层管（2）、外层管（1）紧密结合在一起，外层管（1）与内层管（2）之间采用机械复合，内层管（2）是经感应加热淬火处理，硬度控制在HRC58～HRC65之间的高碳铬轴承钢材料，热处理后的复合钢管两端分别焊上加工好的法兰（4）并装配耐磨环（5），制成双金属机械复合混凝土输送管。

2.如权利要求1所述的双金属机械复合混凝土输送管，其特征在于：双金属混凝土输送管通过冷拔、涨紧、冷轧、旋压、热装、冷装、顶压工艺机械复合使内外层管紧密贴合。

3.   如权利要求1所述的双金属机械复合混凝土输送管，其特征在于：双金属混凝土输送管两端焊连接法兰（4），并装配耐磨环（5）。

4.如权利要求1所述的双金属机械复合混凝土输送管，其特征在于：外层管（1）选用低碳钢热轧无缝钢管。

5. 如权利要求1所述的双金属机械复合混凝土输送管，其特征在于：内层管（2）选用高碳铬轴承钢GCr15热轧无缝钢管并进行球化退火热处理；内、外层管层间（3）涂高温胶后套装在一起。

6. 如权利要求1所述的双金属机械复合混凝土输送管，其特征在于：内层管、外层管采用冷拔复合方式紧密结合在一起，在热处理后的复合钢管两端分别焊接法兰（4），并装配耐磨环（5）制成混凝土输送管。

7. 如权利要求1所述的双金属机械复合混凝土输送管，其特征在于：外层管（1）选用低碳钢热轧无缝钢管，钢号：16Mn；内层管（2）选用高碳铬轴承钢GCr15SiMn球化退火热处理后的冷拔无缝钢管；内、外层管之层间（3）设置铜基非晶钎焊带后套装在一起，通过冷拔复合使内层管（2）、外层管（1）紧密结合在一起；热处理后的复合钢管两端分别焊上加工好的法兰（4）并装配耐磨环（5）制成混凝土输送管。

8.如权利要求1所述的双金属机械复合混凝土输送管，其特征在于：外层管（1）选用低碳钢热轧无缝钢管，钢号：20；内层管（2）选用球化退火后的高碳铬轴承钢GCr9直缝焊管；内、外层钢管套装在一起，沿纵向滚焊数道焊缝，内、外层管局部焊接在一起，通过冷拔复合使内层管（2）、外层管（1）紧密结合在一起；热处理后的复合钢管两端分别焊接法兰（4）并装配耐磨环（5），制成混凝土输送管。