CN102128312A - 一种混凝土泵送设备用锥管及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种混凝土泵送设备用锥管，包括内管和外管，内管和外管由不同的金属材料形成，并且内管的硬度高于外管，外管的韧性高于内管。可用于内管的材料包括：中、高碳低合金钢、耐磨铸钢、耐磨铸铁和工具钢；外管材料可以为普通碳钢和低碳合金钢。本发明还涉及制造该锥管的方法。本发明的双层复合锥管，大端薄，小端厚的壁厚设计符合等寿命设计原理，节约原材料，且内管淬透能力强，表面光滑、硬度高、耐磨性好，外管硬度低、韧性好，抗冲击能力强，能够对内管起到很好的保护作用，同时满足泵送设备对锥管耐磨性与韧性的综合要求。

Description

一种混凝土泵送设备用锥管及其制造方法
技术领域
本发明涉及工程作业装置，具体涉及一种混凝土泵送设备用锥管及其制造方法。
背景技术
随着混凝土泵送技术的快速发展，施工效率进一步提高，工程项目周期缩短，人们对泵车寿命及使用稳定性提出了更高的要求，而设备关键部位的材料性能改善显得尤为重要。锥管作为影响泵车寿命及使用稳定性的关键部件，目前多采用内表面堆焊来提高耐磨性。这种制备工艺的产品能耗高、成本高、质量差、环境污染严重、市场竞争力弱，同时复杂的堆焊工序中不可避免地存在结合界面位置和厚度不能精确控制及壁厚不均匀的问题。此外，堆焊锥管还存在大量严重威胁泵送设备寿命及施工稳定性的安全隐患：(1)堆焊所得锥管内表面粗糙、多焊瘤焊渣、焊接纹路深，因此流道阻力大，易引起堵管，影响工程施工进度，即使采用机械手纵向焊缝，仍难达到减少内表面焊瘤和流道阻力的满意结果；(2)堆焊工序复杂、能耗大、作业时间长、可控性差，难以保证焊层厚度及均匀性；(3)锥管两端最易磨损部位因焊不满而导致寿命减短；(4)堆焊层厚度有限，堆焊过厚容易造成堆焊层的脱落与堵管现象，因此通过增加焊层厚度以进一步提高耐磨性的工作难以实现。
本发明的发明人尚未发现能满足混凝土泵送设备需要的双层锥管的出现。
发明内容
针对现有技术存在的问题，发明人提出一种双层复合锥管，以克服现有的堆焊锥管堆焊工艺复杂难控、流道阻力大的缺陷。
根据本发明的双层锥管包括内管和外管，内管和外管由不同的金属材料形成，内管的硬度高于外管，外管的韧性高于内管。
可用于内层管的材料有多种，包括：中、高碳低合金钢、耐磨铸钢、耐磨铸铁和工具钢；外管可以用普通碳钢、低碳合金钢。
在一种具体实施方式中，内层锥管采用中碳低合金钢，淬透性好，热处理后硬度高、耐磨性好。外管采用普通碳钢，其含碳量低，热处理后硬度仍然很低、韧性好、抗冲击能力强，能对内管起到很好的保护作用。
制造本发明的双层锥管的方法可以有多种。在一种方法中，先将两种材料通过铸造或模压的方法形成单层锥形管，然后通过一定的方式进行复合形成双层锥管，最后将产品整体淬火。复合的方式包括冷拔、胶结、挤压复合、冶金结合等。另一种方法是先将两个单层直管复合为双层管，然后经过感应加热和借助锥形模的扩口成型，获得所需锥度的双层锥管，最后经过淬火工艺，改善锥管的微观结构。后一种方法是优选的，因为，采用这种方式，内、外管能实现无间隙紧密配合。所得双层复合锥管是不等壁厚的，大端薄，小端厚，符合等寿命设计原理，节约原材料，因为小端为易损端。
无论上述哪种方法，都需要对复合后的锥管进行淬火处理。淬火的目的是使得淬透性较好的内管形成硬度很高的马氏体和贝氏体组织，而淬透性弱的外管则为珠光体和铁素体组织，硬度低、韧性好，抗冲击能力强。
在一种具体实施方式中，内管材料选用3-12mm厚度的55SiMn钢，外管材料选用2-6mm厚度的20钢；先通过复合机将内外管复合在一起，然后通过锥管机感应加热成型，得到所需的锥度，锥管总厚度控制在5-16mm之间。
在另一种具体实施方式中，内管材料选用耐磨铸铁或铸钢，铸造成型；外管材料选用20钢，模压成型，在内外两管之间加入一个注胶层。
在另一种具体实施方式中，内管材料选用55SiMn，外管材料选用20钢；以铜箔为中间层材料，采用冷拔-液固相扩散复合的方法实现内外管之间的冶金复合及成型。
本发明提出的不等壁双层复合锥管，两种材料利用各自的性能优势进行分层组合，能够克服各自的缺点，充分发挥组合材料的优点。复合锥管的内管淬透能力强，表面光滑、硬度高、耐磨性好，外管硬度低、韧性好，抗冲击能力强，能够对内管起到很好的保护作用，从而同时满足了泵送设备对锥管耐磨性与韧性的综合要求。优选工艺安排实现了内外层的无间隙紧密配合，且大端薄，小端厚的壁厚设计符合等寿命设计原理，节约原材料。
附图说明
图1是本发明复合锥管的典型实施例的示意图；
图2是本发明复合锥管的另一实施例的示意图；
图3是本发明复合锥管的另一实施例的示意图。
具体实施方式
为了制造出满足混凝土泵送设备要求的双层锥管，发明人做了很多尝试。在一种尝试方案中，先分别通过模压成型加工出所需厚度和直径的内、外锥管，然后将内管压入外管。这种方式虽然能获得双层锥管，但是内、外管之间的密合性不佳，很容易留有空隙。而且，为了获得结合良好的双层管，需要精确控制内外管的管径。
在另一种实施方式中，通过铸造成锥获得内管材料；通过模压成型获得外管，然后将内管压入外管，形成双层复合锥管。受铸造工艺限制，内管必须保证大于5mm的厚度，因为太薄会导致铸造时金属液体没有流动到模型底部就冷凝，产生各种铸造缺陷，得不到所需尺寸的工件，总厚度在10-16mm之间。这种制造方法需要消耗较大量的内管材料。
在另一种实施方式中，通过模压形成外层锥管，将所得外管放入型腔，用耐磨铸铁或铸钢浇铸内管材料，形成局部冶金结合，复合后淬火处理。但是，该工艺中浇铸工序难度大，效率低，成本高，工作环境恶劣。
发明人通过大量的材料选择和管材厚度选择，虽然也能获得双层锥管，发现通过上述方法很难高效率地生产出参数、性能稳定的混凝土泵送设备用双层锥管。
在本发明的一种最佳方案中，通过下述工艺制造双层锥管：
(1)复合拉拔：先将加工好的均为直管的内管和外管进行复合拉拔，得到双层复合直管。
(2)感应加热成型：将步骤(1)中获得的双层直管经过感应线圈进行感应加热，加热之后立即推过一个实心锥形模具，该模具的形状和尺寸与内管的内部空间相当，并使得模具小头端的直径略大于内管小头端的内径。模具的布置应使得与双层直管同轴线。模具小头端最好靠近感应线圈的末端，使得双层直管被加热后可以立即被推到模具的小头端。当整个直管被推过模具之后，再从模具的反方向推动已经成型的双层锥管，使其与模具脱开。
(3)整体淬火：将获得的复合锥管整体淬火，淬透性强的内管形成硬度很高的马氏体和贝氏体，淬透性弱的外管为低硬度的珠光体和铁素体。
采用该方法，通过感应线圈可以快速加热复合直管，降低其变形抗力，再由外力推至实心锥状扩孔凹模，实现复合锥管的成型。通过改变扩孔凹模的尺寸和锥度，能快速生产出不同尺寸长度和锥度的锥管。由于是对等壁复合直管进行的同轴扩孔成型，所得锥管大端壁厚薄于小端，这种不等厚的内管正好满足在使用过程中锥管小端的磨损严重的需求，既延长了锥管的使用寿命，又节约了材料。
实施例1
如图1所示，内管2选用中碳低合金钢，外管1采用普通低碳钢，先将两种符合设计要求的钢管经过拉拔复合，得到双层复合钢管，再将复合管通过锥管机感应加热成型，得到所需的锥度，并实现锥管内外层无间隙紧密结合。双层复合锥管是不等壁厚的，大端薄，小端厚。最后将产品整体淬火，使淬透性较好的内管形成马氏体和贝氏体组织，得到较高的硬度和耐磨性，而淬透性弱的外管则为珠光体和铁素体组织，硬度低、韧性好，抗冲击能力强。
实施例2
内管材料选用厚度大于5mm的耐磨铸铁、耐磨铸钢，铸造成锥型；外管材料选用20钢，模压成型；然后将内管压入外管，形成双层复合锥管。受铸造工艺限制，内管必须保证大于5mm的厚度，因为太薄会导致铸造时金属液体没有流动到模型底部就冷凝，产生各种铸造缺陷，得不到所需尺寸的工件，总厚度在10-16mm之间。
实施例3
外管选用20钢，模压成厚度为2-6mm的单层锥管，将所得外管放入型腔，用耐磨铸铁或铸钢浇铸内管材料，形成局部冶金结合，复合后淬火处理。
实施例4
如图2所示，内管2材料选用耐磨铸铁、钢，铸造成型；外管1材料选用20钢，模压成型。内外管之间加入一个注胶层5，将内、外管粘结在一起形成双层复合锥管。注胶层材料为环氧树脂类，将注胶浆采用弹簧复位注胶器或注胶机等注入到内外两层管之间。
实施例5
如图2所示，内管2材料选用55SiMn，外管1材料选用20钢；以铜箔为中间层5材料，采用冷拔-液固相扩散复合的方法实现内外管之间的冶金复合及成型。
图3示出带连接法兰的复合锥管。连接法兰3、4在内壁设有耐磨套41，内管2和外管1之间的接合面在端部处的直径大于在该端的连接法兰3、4的内壁直径，该接合面对应于连接法兰的相应的止口端面。

Claims (13)

1.一种混凝土泵送设备用锥管，其特征在于包括内管(2)和外管(1)，所述内管(2)和外管(1)由不同的金属材料形成，所述内管的硬度高于所述外管，所述外管的韧性高于所述内管。
2.根据权利要求1所述的锥管，其特征在于，所述内管(2)由中、高碳低合金钢、耐磨铸钢、耐磨铸铁、或工具钢形成。
3.根据权利要求1所述的锥管，其特征在于，在所述内管(2)和外管(1)之间具有中间层(5)。
4.根据权利要求1所述的锥管，其特征在于，所述中间层(5)为铜箔层或注胶层。
5.根据权利要求1所述的锥管，其特征在于，所述复合锥管不等壁厚，大端薄，小端厚。
6.根据权利要求1或3所述的锥管，其特征在于，还包括位于端部的连接法兰(3、4)，所述连接法兰在内壁设有耐磨套(41)，所述内管和外管之间的接合面或中间层在端部处的直径大于在该端的连接法兰(3、4)的内壁直径，该接合面或中间层对应于所述连接法兰的相应的止口端面。
7.用于制造权利要求1所述锥管的方法，其特征在于包括以下步骤：
通过先复合后成型或先成型后复合，获得预成型双层锥管；
将所得预成型双层锥管进行淬火处理。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在获得预成型双层锥管的步骤中，包括：
将所述内管和外管进行拉拔复合，形成等直径双层复合管；
将所述等直径双层复合管在锥管机上感应加热成型，然后推过一个锥形模具，以形成所需锥度的无间隙配合双层锥管；
将获得的复合锥管整体淬火。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，内管材料选用中碳低合金钢，外管材料低碳钢。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，内管材料选用3-12mm厚度的55SiMn钢，外管材料选用2-6mm厚度的20钢；先分别通过锥管机感应加热成型形成所需的锥管，然后将所述内管压入所述外管，锥管总厚度控制在5-16mm之间。
11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述外管选用20钢，模压成厚度为2-6mm的单层锥管，将所得外管放入型腔，用耐磨铸铁或铸钢浇铸成内管，形成局部冶金结合，然后淬火处理。
12.根据权利要求7所述的方法，其中，内管材料选用耐磨铸铁或铸钢铸造成型；外管材料选用20钢模压成型，在内外两管之间加入一个注胶层。
13.根据权利要求7所述的方法，其中，内管材料选用55SiMn，外管材料选用20钢；以铜箔为中间层材料，采用冷拔-液固相扩散复合的方法实现内外管之间的冶金复合及成型。
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