CN102216475B - 混凝土泵车用混凝土泥浆输送管 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种混凝土泵车用混凝土泥浆输送管，在混凝土泵车输送混凝土泥浆时，具有对与砾石或沙子之间的摩擦的耐磨损特性，并且耐冲击性也良好。本发明的混凝土泵车用混凝土泥浆输送管为由碳钢制成的钢材管，该输送管具有：热处理部，该热处理部是通过上述输送管的外侧或内侧的一部分被感应加热，且对上述管的内、外侧被加热的部分进行冷却而硬化达到hv 450以上的硬度而形成；以及非热处理部，其与上述热处理部相邻；上述热处理部及上述非热处理部沿着上述输送管的长度方向以螺旋型带状连续地进行配置；上述热处理部的宽度大于上述非热处理部的宽度。
Description
技术领域
本发明涉及一种作为建筑设备主要使用于建筑工地上的混凝土泵车用混凝土泥浆输送管(A CONCRETE SLURRY TRANSPORTING PIPE FORCONCRETE PUMP-CAR)，更详细地涉及输送混凝土泥浆时产生严重磨损的管内柱面的耐磨损性和针对外部冲击的耐冲击性良好的混凝土泵车用混凝土泥浆输送管。
背景技术
一般地，混凝土泵车(泵卡车)是指在建筑工地上通过料斗从混凝土搅拌车接收以搅拌状供给的混凝土泥浆(或者水泥砂浆，以下总称为“混凝土泥浆”)后，用液压缸加压而泵送，将混凝土泥浆强制输送到与建筑中的高层建筑物等高的位置的设备。
这种混凝土泵车由泵体及输送管构成，所述泵体加压推送混凝土泥浆；所述输送管提供将加压的泥浆状混凝土输送至浇筑位置的路径。
上述部件由于输送混合有沙子及砾石等高硬度材质的混凝土泥浆，因此在与混凝土泥浆接触面上持续产生一定程度的磨损，并且受到以约140bar左右的高压输送的混凝土泥浆的压力，在某些情况下受到外部冲击力。
如上所述，在输送管产生持续磨损的同时，内部受到以高压状态输送的混凝土泥浆导致的相当程度的压力的状态下若受到外部冲击，则可能突然破损，这种破损事故有可能导致伤亡事故。因此，向输送管提供耐磨损性和耐冲击性是十分重要的，以便防止如上的输送管的破损。
通常将延展性高且未经过热处理的低碳钢管用作这种混凝土泥浆输送管。
但是，使用延展性高且未经过热处理的低碳钢管的输送管，不仅受到很大冲击力而且随着碱性水泥和高硬度的沙子、砾石、碎石等与水混合的混凝土泥浆混合物以高压高速向内侧经过，会与钢管内壁碰撞使钢管受损。
作为这种损伤的形态，通常以沙子及砾石与管内壁间的摩擦引起的内侧面的刮伤或磨料磨损(abrasive wear)、沙子和砾石与管发生碰撞而产生的冲击磨损(impact wear)以及水、碱性水泥引起的腐蚀磨损(corrosion wear)混合的形态体现出来。
在此状态下，上述说明的低碳钢管在未经过热处理的状态下，其硬度只达到维氏硬度(hv)150～250水平，非常低，由此因混凝土泥浆内的高硬度的沙子等而产生磨料磨损(abrasive wear)，目前还没有能够对抗这种磨料磨损的提高耐磨损性的方案，因此一旦经过规定的使用期限就会达到磨损极限值。
并且，输送管的内侧产生以高压输送的混凝土泥浆内的砾石等引起的冲击磨损(impact wear)，与磨料磨损一同缩短输送管的使用寿命，因而具有根据使用期限需要经常更换管或管部件的缺点。
为了解决上述问题，公开了有关双重管的技术，该双重管由经过热处理的管形成提供耐磨损性的内侧管，并且为了具有耐于冲击的耐冲击性，由未经过热处理的管形成外侧管。
但是，为了贴合两个管，要通过热处理接合或机械压入方法来制作这种双重输送管。但是，由于这种方法通过单独制作内侧钢管，对其进行热处理之后，将其组装在外侧钢管上的方法制作上述双重输送管，因而出现以下问题：难以控制内侧钢管经过热处理变形的尺寸，进而，在发生较大的尺寸误差的情况下，难以组装内侧管和外侧管。
特别是，由于内侧钢管的长度较长，进行内侧钢管的热处理时会发生变形，因而将内侧钢管压入组装到外侧钢管时，会产生难以设定两个钢管的压入公差的问题。即，内侧钢管和外侧钢管组装后，不得发生脱离(压入后的脱离力应维持在临界值以上)，考虑到不能具有适当水平以上的压入公差，将内侧钢管强制压入到外侧钢管的内部时，频繁发生需要较大的压入负荷的情况，因而必须进行压入设备的大型化，由此呈现出经济局限性。
另一方面，在通过热处理将内侧钢管和外侧钢管接合起来的技术有如下问题：需要高价的热处理设备，在管长较长的情况下，通过热处理不能将管的所有面均匀地接合起来。
并且，这种双重输送管相比单一输送管具有如下问题：由于重量增加，使得支撑该双重管的臂架受到过大的负荷。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种混凝土泵车用混凝土泥浆输送管，其特征在于，与双重管不同，在整体重量不增加的同时，对于随着从混凝土泵车输送混凝土泥浆而产生的与砾石及沙子之间的摩擦和腐蚀有着很强的耐磨损性，且耐冲击性也良好。
更具体地，本发明的目的在于，提供一种混凝土泥浆输送管，其由于包括在高压的混凝土泥浆经过管的内侧时提供耐磨损性的热处理部及可以吸收内外部产生的冲击的耐冲击性的不能进行热处理的非热处理部，因而不仅能够提供耐于磨料磨损的耐磨损性而且耐冲击性也良好，而便于能够充分延长使用寿命，并且由于即使不经过组装内管和外管而进行的热处理工序或者单独的压入工序，也能提供成品，因而能够提高工序性，最终在制作阶段大大减少产生残次品的可能性。
用于达成上述目的的本发明的混凝土泵车用混凝土泥浆输送管，该混凝土泥浆输送管为由碳钢制成的钢材管(例如圆形截面管)，其特征在于，输送管具有：热处理部，该热处理部是通过上述输送管的外侧或内侧的一部分被感应加热，且对上述管的内、外侧被加热的部分进行冷却而硬化达到hv 450以上的硬度而形成，以及非热处理部，其与上述热处理部相邻；上述热处理部及上述非热处理部沿着上述输送管的长度方向以螺旋型带状连续地进行配置；上述热处理部的宽度大于上述非热处理部的宽度。
本发明的混凝土泵车用混凝土泥浆输送管具有如下优点：作为用于输送以高压高速输送的混凝土泥浆的输送管，由于能够使用单管，因而不但管的整体重量不会增加，而且对于随着混凝土泥浆的输送而产生的与砾石及沙子之间的摩擦和腐蚀有着很强的耐磨损性，且耐冲击性也良好。
附图说明
图1是表示本发明的经过区域分割热处理的混凝土泥浆输送管的热处理图案(pattern)的实施例的图；
图2是表示本发明的经过区域分割热处理的混凝土泥浆输送管的热处理图案的另一实施例的图；
图3是表示本发明的经过区域分割热处理的混凝土泥浆输送管的热处理图案的又一实施例的图；
图4是表示对于本发明感应加热热处理加工装置的设置状态的一实施例的图；
图5及图6是表示对于本发明感应加热热处理加工装置的设置状态的其他实施例的图；
图7是表示在本发明感应加热热处理加工装置中对感应线圈的并联设置状态的实施例的图；
图8是本发明混凝土泥浆输送管的制作方法的一实施例的流程图；
图9是本发明混凝土泥浆输送管的制作方法的另一实施例的流程图；
图10是表示本发明混凝土泥浆输送管的表面硬度分布(profile)的图；
图11是表示本发明混凝土泥浆输送管的热处理部的硬度分布的图；
图12是泥沙磨损试验机的简图；
图13是表示泥沙磨损试验后本发明混凝土泥浆输送管的磨损形状的图。
具体实施方式
下面，通过参照附图对本发明的多个优选实施例进行详细说明。
本发明的混凝土泥浆输送管有很多种类，根据形状区分的话，曲线时为排出弯管(delivery elbow)，直线时为输送管(delivery pipe)，并且根据其作用将划分为摆管、异径管，一般形成为中碳钢材料的圆形截面管。
另一方面，形成本发明混凝土泥浆输送管的钢材管原料中所含的碳含量随着制作方式而不同。使用将板材成型为圆形而进行焊接的制作方法时，为了焊接，碳含量要在0.45wt％以下，使用将圆钢拉伸或挤出制作管时，考虑到用于拉伸挤出圆钢所需的环状原材强度和延展性的问题，碳含量限制在0.8wt％以下，并且，在钢铁的熔融状态下通过离心铸造或连铸制作时，铸件的区域内的碳含量要在2.5wt％以下。因此，适用于本发明的管材的碳含量的最大含量是2.5wt％。
但是，根据后述的本发明一优选实施例为了利用感应电流进行基于感应加热的热处理硬化，使硬度满足Hv 450以上，优选地使用碳含量为0.30wt％以上的碳钢原材，这是因为如果碳含量不足0.30wt％，则因进行局部热处理时难以进行硬化而不能确保充分的耐磨损性。
图1是表示根据本发明制作的经过区域分割热处理的混凝土泥浆输送管的硬化图案的一实施例的图，图2是表示根据本发明制作的经过区域分割热处理的混凝土泥浆输送管的硬化图案的另一实施例的图。
此时，如图1至图3所示，经过上述区域分割热处理的管10形成为能够沿管的长度方向以区间重复的形状对经过热处理而硬化的热处理部a和未经过热处理的非热处理部b进行配置，由此热处理部a发挥耐磨损特性，而未经过热处理的非热处理部b起到防止管破裂的吸收冲击的作用。
在此，图1中所示的本发明的混凝土泥浆输送用管10呈如下结构：热处理部a及非热处理部b与管中心线(C.L.)成直角地形成为独立的圆形带状，这种图1的实施例如同图4中所示的本发明的优选装置发明的实施例中所述的，在管10的外侧10a设置感应加热装置的感应线圈110，使得该感应线圈110垂直于管10的中心线(C.L.)，在管10的内侧10b中，在与上述感应线圈110对应的位置上设置水冷却装置120，优选设置具有喷嘴的喷水冷却装置120之后，向上述感应线圈110输入感应电流而对管10进行感应加热，并且，在上述水冷却装置120注入冷却水w且向管10的内侧10b进行喷射而冷却，由此完成淬火的热处理过程。并且，如上的感应加热及水冷却步骤利用旋转装置(未图示)对管10进行旋转时，能够获得更加均匀的热处理效果，如果通过一部分的热处理工序形成一个热处理部a，则使管10移动对应于规定区间的距离而形成下一个热处理部a，此时，形成与管10所移动的隔开距离相等的非热处理部b。
另一方面，如图5所示，与前面说明的图4的实施例相反地设置装置，在管10的内侧10b设置感应线圈110，并且在管10的外侧10a的对应的位置上设置水冷却装置120。
另一方面，考虑维持耐磨损性方面，优选地，上述热处理部a的宽度L1(例如为4mm)大于上述非热处理部b的宽度L2(例如为2mm)。
并且，图2中所示的本发明的混凝土泥浆输送用管的实施例呈将各个热处理部a及非热处理部b以倾斜于管10的中心线(C.L.)的独立的圆形带状形成的结构，如图6所示，其结构除了设在管的外侧10a(内侧未图示)的感应加热装置的感应线圈110设置成与管10的中心线(C.L.)倾斜的状态以外，能够通过与前面图1和图4及图5举例说明的热处理过程相同的过程获得。
并且，图3中所示的本发明的混凝土泥浆输送用管的实施例呈将热处理部a沿着管长度方向以螺旋型带状形成的结构，非热处理部b也与上述热处理部a一样以螺旋型带状形成。这种实施例如图4及图5所示，设在管的外侧10a(参照图4)或内侧10b(参照图5)的感应加热装置的感应线圈110与管10的中心线(C.L.)垂直的状态下，同时持续进行管10的低速旋转和管10的长度方向的移动，由此向上述感应线圈110输入感应电流而对管进行感应加热之后，在上述水冷却装置120注入冷却水w且向管的内侧10b(参照图4)、外侧10a(参照图5)或者同时向内、外侧(未图示)进行喷射而冷却，由此继续执行淬火的热处理过程，从而获得连续的螺旋型带状的热处理部a。
在此，为了以感应加热方式重复形成加热部(即，热处理部)和非加热部(即，非热处理部)，根据基于感应线圈及电源装置的性能的加热能力(即，单位面积的功率密度：W/cm2)和加热部原材的厚度等的多种变量，对管的移动速度及转速进行调节，以便决定加热部和非加热部的宽度。例如，优选地，若感应加热装置的加热能力较大，则为了形成相同宽度的加热部，将管的移动速度和转速设定为快速，相反，则将管的移动速度和转速设定为慢速。
并且，在图7中所示的为了制作根据本发明经过区域分割热处理的混凝土泥浆输送用管而使用的感应加热装置的优选的另一实施例中，在管的外侧10a隔开规定距离Δ地配置而使用并联连接至电源装置(未图示)的两个以上的感应线圈110a、110b，并且，在与管的内侧10b对应的位置上分别配置水冷却装置120的喷嘴，由此能够沿管的长度方向同时形成区间重复的两个热处理部a和位于两个热处理部a之间的未经过热处理的非热处理部b。另一方面，虽然在图7中只表示了两个感应线圈110a、110b，但也能是3个以上，并且，能够与上述感应线圈110a、110b在图中所示的相反，设置在管的内侧10b，并且，上述水冷却装置120的喷嘴能够设在管的内侧10b和外侧10a，这些对于本领域的技术人员来说是显而易见的。
图8表示制作包括图1和图2中所示的独立的带状的热处理部的混凝土泥浆输送管的方法的实施例。
在图8中所示的实施例中，经过准备管的步骤S100之后，进行如下步骤：设置装置的步骤S200，为了在管外侧或内侧的规定区域对管进行感应加热并冷却而硬化加热部，在管外侧或内侧的规定区域设置感应加热装置并在管内侧及外侧中的一个以上的对应区域设置水冷却装置，以便按照管长度对由可进行热处理的碳含量为0.30-2.5wt％的碳钢构成的钢材管进行部分区域分割的热处理；感应加热步骤S300，向上述感应加热装置的感应线圈输入感应电流；以及水冷却步骤S400，使用设在管的内/外侧的对应区域的上述水冷却装置对管的加热部分进行冷却。
并且，经过了在整个区域的热处理结束前将管移动至下一个热处理区域设置感应线圈和水冷却装置的管移动步骤S500之后，重复进行感应加热步骤S300和上述水冷却步骤S400。
图9表示如图3所示地制作包括螺旋型带状的热处理部的混凝土泥浆输送管的方法的实施例。
在图9中所示的实施例中，经过准备管的步骤S100和设置装置的步骤S200之后，进行如下步骤：感应加热步骤S300a，使管旋转的同时朝长度方向移动，由此向感应加热装置的感应线圈输入感应电流；以及水冷却步骤S400a，用设在管的内/外侧的对应区域的水冷却装置对管的加热部分进行冷却。
图10是表示根据本发明的优选的一实施例的经过分割区域热处理的混凝土泥浆输送用管中，根据管的长度位置的表面硬度的图。
参照图10，热处理部的硬度在HV600以上，由此形成高硬度的硬化层，从而在管内侧使混凝土泥浆移动时提高耐磨损性，非热处理部的硬度维持在HV250以上，其相比母材(管的原材)的硬度稍微提升，并且，上述热处理部起着耐受在内侧产生的高压(140bar)且吸收外部冲击的作用，由此具有能够防止因冲击导致的破损的结构。
图11是根据本发明的优选的一实施例的经过分割区域热处理的区域的管剖面的硬度分布。
如图11中所示，在经过热处理的区域中，从管内侧到外侧，对管的整个厚度进行硬化，如图4及图6所示，这种硬化过程如下：在管的规定区域的外侧设置感应线圈进行感应加热，并且在与其对应的管内侧区域进行水冷却(喷水冷却)，使得加热的区域从内侧经过淬火而硬化。
在此，只有从设有感应线圈的管的外侧到管的内侧进行充分的感应加热，才能获得充分的硬化深度(从管外侧到内侧的距离)，为此优选地根据作为对象的管的厚度选择感应加热功率的适当频率，一般若给线圈施加高频功率，则会在导体(管)的表面上发生集中电流(加热电流)的表面效应，由此感应电流的频率越高，会出现这种表面效应增加的倾向(穿透深度(penetration depth)的减少倾向)，穿透深度和频率的关系为如下述数学式1所示：
【数学式1】
δ＝k(ρ/(μf))0.5
在此，δ：穿透深度(m)，
ρ：导体(管)的电阻率，
μ：导体(管)的相对介电常数，
f：感应电流的频率。
例如，本发明的管的厚度为3mm以下时，优选利用50kHz～500kHz范围的高频范围的感应电流进行感应加热，以便从管的外侧的较浅的深度进行充分的加热，并且，管的厚度为3mm～5mm以上时，优选利用10kHz～50kHz范围的中频范围的感应电流进行感应加热，并且，管的厚度为5mm以上时，优选利用100hz～10kHz范围的低频范围的感应电流进行感应加热，以便从管的外侧的更高的深度进行充分的加热。
如上所述，本发明的优选实施例，由于在管的内侧实施喷水(Water-zet)冷却，因而与内侧因淬火效果使其硬度比起外侧的硬度相对高的情形相反，外侧的硬度则呈现稍微减少的现象，但是，优选地，使得内侧及外侧的硬度均维持在hv450以上而维持管截面的硬度，由此能够维持提高耐磨损性的效果。
如上所述，通过区域分割方式，从经过热处理的混凝土泥浆输送管产品中采集包括多个热处理部和非热处理部的试样，利用图12中所示的泥沙磨损试验机进行磨损试验。
如图12所示，磨损试验中具体实施了以下步骤：以规定速度撒布料斗20内的沙子22，以200rpm的转速使轮24旋转，并以15kgf的作用力挤压试样50，由此测定直至上述轮24进行20000次旋转的磨损量。
此时，通过使用1/1000g精度的电子秤，测定试验前后的重量减少量之后，由材料的理论密度划分上述重量减少量而将其表示为试样的磨损量，将其结果整理为表1。
表1比较原材管、完全热处理的管、根据本发明以区域分割方式进行热处理的管的表面硬度和泥沙磨损试验后磨损量而示出该结果。
试验中适用的各个管都制作了三个试样并在相同条件下实施泥沙磨损试验，各个试样的材质都使用了碳含量为0.45wt％的S45C钢的原材管。
比较例1中进行试验时，直接使用了原材管，而比较例2中进行试验时，使用了对整个区域进行加热硬化的原材管。并且，本发明的优选实施例中进行试验时，使用了处理成由螺旋型带状的连续的4mm长度区域的热处理部(硬化部)和2mm长度区域的非热处理部(非硬化部)，结果值分别表示为三个试样的平均值。
[表1]
如上述表1所示的泥沙磨损试验结果表明，未经过感应加热及硬化的原材管(比较例1)的磨损量为1.890g，而根据全区域热处理进行全区域硬化的试样(比较例2)的耐磨损性约提升为4.5倍，其磨损量为0.423g。
对此，为了使热处理部(4mm)和非热处理部(2mm)重复延长而通过区域分割方式根据本发明的实施例进行热处理的混凝土泥浆输送管，即使包括非热处理部b，其磨损量(0.451g)表现出与全区域经过完全热处理而被硬化的试样几乎类似的磨损结果，由此在耐磨损性方面的耐受性上提供良好的效果。
此时，本发明的输送管不仅提供了上述良好的耐受性，而且在耐冲击性方面的耐受性上也提供良好的效果，因为非热处理部作为能够缓冲冲击力的区域发挥作用，所以即使冲击力作用在管上也不容易破损，并且可使用到管的寿命用尽为止。
另一方面，与此不同地整个区域经过热处理的比较例2的管，使用后随着磨损的进行其厚度以规定水平减少的状态下，由于没有缓冲所施加的内、外部的冲击的额外装置，因而因冲击导致的破损可能性明显高。
并且，如图13所示，切开执行如上的磨损试验的管试样之后出现在内侧的摩擦面的磨损状态表明，因混凝土泥浆流体移动时所产生的摩擦导致非热处理部b上发生一定水平的磨损，而此现象没有出现在热处理部a上。
另一方面，经过一定时间出现一定水平的磨损的非热处理部b中，在因磨损而形成凹陷的部分上产生混凝土泥浆流体的涡流现象，由此产生施加到非热处理部b的摩擦压力减少的效果，最终显著减慢磨损进展速度，以便呈现磨损不再进展的状态，通过这种状态能够容易说明与整个区域经过热处理的比较例2的管作比较时，在磨损量上未出现较大的差异的情况。
进一步地，这种磨损状态表现出基于表面织构(surface texturing)的磨损行迹，其变化程度会受到流体的速度和压力以及流体的粘度的影响。
如图13所示的磨损状态有如同复合材料的以下作用：经过硬化的热处理部a确保耐磨损性，另一方面，未经过热处理的非热处理部b确保冲击性，因此本发明的经过区域重复热处理的混凝土泥浆输送管，具有不仅能够减少使用期间的磨损量，还能防止因冲击导致的破损的优点。
以上对本发明的优选实施例进行了详细的说明，但本发明的权利要求范围并不局限于此，并且，本领域的技术人员利用本发明的权利要求范围所定义的本发明的基本概念进行的多种变形及改进方式也属于本发明的权利要求保护范围内。
Claims (1)
1.一种混凝土泵车用混凝土泥浆输送管，该混凝土泥浆输送管为由碳钢制成的钢材管，其特征在于，
输送管具有：
热处理部，该热处理部是通过上述输送管的外侧或内侧的一部分被感应加热，且对上述管的内、外侧被加热的部分进行冷却而硬化达到维氏硬度450以上的硬度而形成，以及
非热处理部，其与上述热处理部相邻；
上述热处理部及上述非热处理部沿着上述输送管的长度方向以螺旋型带状连续地进行配置；
上述热处理部的宽度大于上述非热处理部的宽度；
其中，上述碳钢包含0.30-2.5wt％的碳。
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