CN103071698A - 增强的螺旋筋增强钢塑复合管的加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种增强的螺旋筋与薄壁钢管的复合加工工艺，包括加强筋的整形、经整形后的加强筋引导到位、和薄壁钢管焊接复合定位，具体地，步骤a、将按照设计要求将选择好的加强筋开卷，步骤b、加强筋的调质预处理，步骤c、加强筋弧度预成型处理，步骤d、加强筋与薄壁钢管的复合焊接。上述技术方案提供了一种全新螺旋筋增强管的生产工艺，不仅克服了薄壁钢管很难承受在其外表面缠绕加强筋所需的张力和弯矩的缺陷，而且可以在薄壁钢管的外壁上缠绕各种截面形状的加强筋。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于煤矿井下等易燃易爆场所的运输管道的加工工艺，具体地说是一种增强的螺旋筋增强钢塑复合管的加工工艺。
背景技术
煤矿、石油和天然气开采及输送等很多领域均需要不同口径管道运输气体、液体或流化固体，这些领域不仅要求管道具有常规的力学性能（如抗弯、抗拉、抗冲击），还需要具备重量轻、便于安装，成本低等优点；螺旋筋增强管由于其极大提高了管道的抗外压和环刚度而将降低了管道的厚度，从而减轻了管道的重量、并便于安装、且成本低，因此，应用范围日益广泛，需求量也愈来愈多。
目前，螺旋筋的结构主要有两种：一种是在管体上直接形成螺旋筋，如公告号为CN 101813216B的中国专利公开了一种复合结构壁管材及其制备方法，其采用两个平行的挤出机，一个挤出机在模具芯管上共挤出管壁平带，另一个挤出机挤出加强筋、在线依次螺旋热缠绕到转动并轴向平移的模具芯管上，粘结成型大口径结构壁管材，该方法不适用于加强筋为钢带的情况；还有一种是由异型钢带经螺旋焊接形成螺旋加强筋，如公告号为CN 1928414B的中国专利公开了加强筋型钢塑复合缠绕管的制造方法，其制造方法为，首先将条形钢带加工成两面喷涂有塑料包覆层的“П”型钢带结构，然后将“П”型钢带螺旋式缠绕形成具有倒“П”型钢带结构的加强筋型钢塑复合管。后一种方法适用于加工钢带型螺旋增强筋，但是只适用于螺旋焊缝的钢管，对于无缝焊管、电焊管不适用；制备的管道轴向和径向抗拉和抗压强度低；而且对于薄壁金属钢管，其环刚度和机械强度较低，很难承受在其外表面缠绕加强筋所需的张力和弯矩。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种螺旋筋增强钢塑复合管的加工工艺，其在薄壁钢管的外壁上缠绕并焊接螺旋筋、增强了管体的环刚度和抗拉强度，并在设有螺旋筋的管体内壁和外壁上喷涂阻燃抗静电涂层，适用于易燃易爆、易腐蚀的环境；工艺简单、生产效率高、便于工业化生产。
为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是：
一种增强的螺旋筋与薄壁钢管的复合加工工艺，包括加强筋的整形、经整形后的加强筋引导到位、和薄壁钢管焊接复合定位，其特征在于加工工艺包括下述步骤：
步骤a、将按照设计要求将选择好的加强筋开卷：包括按加强筋螺旋角决定的筋料输送方向与薄壁钢管旋移方向的方位角，调整加强筋输送形态和送进线速度符合设计要求后、引进调质预处理工序；
步骤b、加强筋的调质预处理：将加强筋导入由前、后阻尼辊装置和交叉设置在阻尼辊装置后面的下、上导向辊组成的调质系统中，经阻尼设定、预应张力调节、推进力补偿各个处理步骤后，导引筋料进入弧度预成型工序；
步骤c、加强筋弧度预成型处理：参照螺旋筋设计弧度、调整卷压辊相对距离，与设备参数动态调整同步、加强筋端部被辊轧成弧形；
步骤d、加强筋与薄壁钢管的复合焊接：启动薄壁钢管旋移驱动装置中的位置调整机构，使薄壁钢管与弧形加强筋接触、完成筋料端头与薄壁钢管的固定焊接，然后全面配套设备的同步控制、设定薄壁钢管的外圆面上任意点的旋向线速度作为加强筋在调质系统中的推进线速度，实施连续同步焊接工艺，形成螺旋筋增强管。
优选的，步骤a中在加强筋引进调质预处理工序之前增加倒角加工工序。
步骤a中加强筋输送形态的调整工序借助于2~15对沿加强筋送进方向依次排列的角度渐变的对辊，对辊的平行轴由水平方向渐变至竖直方向，所述加强筋的成卷面借助对辊由水平送进的形态调整成竖直送进的形态。
上述技术方案中，根据必要的环刚度、机械强度计算，初步确定加强筋缠绕的螺旋角或螺距以及预应力，然后以设定的螺旋角和预应力将加强筋预弯成型、缠绕在自转并轴向平移的薄壁钢管上即可形成螺旋筋增强管；根据复合管拟使用的环境、在螺旋筋增强管内壁和外壁分别喷涂或涂覆涂层后，可用于易燃、易爆、抗压、抗暴的环境中。
采用上述技术方案产生的有益效果在于：（1）本发明提供了一种全新螺旋筋增强管的生产工艺，不仅克服了薄壁钢管很难承受在其外表面缠绕加强筋所需的张力和弯矩的缺陷，而且可以在薄壁钢管的外壁上缠绕各种截面形状的加强筋，如矩形、方形、三角形、圆形或弧形等异型钢卷或钢带，形成的螺旋筋的高度可以为10~65mm、厚度为2~10mm，增强了复合管的环刚度；（2）本发明的生产工艺设计合理，产品质量可靠，适于工业批量生产；（3）采用本发明的工艺可以制备一种以螺旋增强薄壁钢管为骨架的新型结构复合管，兼具抗弯、抗压、抗冲击能力强、重量轻、安装方便和优良的阻燃抗静电性能，其能够广泛用于煤矿、石油天然气的开采及输送等诸多领域。
附图说明
图1是基于本发明加工工艺的系统主视结构示意图；
图2是图1的俯视结构示意图；
图3是图1中阻尼辊装置的右视结构示意图；
其中，1、开卷机构，2、加强筋，3、阻尼辊装置，3-1、电机，3-2、主动辊，3-3、被动辊，3-4、下压油缸，4、下导向辊，5、上导向辊，6-1、第一压辊，6-2、第二压辊，6-3、顶推辊，7、薄壁钢管，8、托辊，9、测速辊，10、转向油缸，11、驱动辊，12、弧形导向轨，13、摆臂。
具体实施方式
本发明提供了一种螺旋筋增强薄壁钢塑复合管的加工工艺，包括加强筋的整形、经整形后的加强筋引导到位、和薄壁钢管焊接复合定位，参见图1和图2，具体包括下述步骤：
步骤a、将按照设计要求将选择好的加强筋开卷：包括按加强筋螺旋角决定的筋料输送方向与薄壁钢管旋移方向的方位角，调整加强筋输送形态和送进线速度符合设计要求后、引进调质预处理工序；加强筋的开卷使用开卷机构1，开卷机构的结构中包括带有减速器的电机和借助传动带与电机连接、用于固定加强筋卷的主轴；
步骤b、加强筋的调质预处理：将加强筋2导入由前、后阻尼辊装置和交叉设置在阻尼辊装置3后面的下导向辊4、上导向辊5组成的调质系统中，经阻尼设定、预应张力调节、推进力补偿各个处理步骤后，导引筋料进入弧度预成型工序；所述调质系统的作用是将开卷后的钢带顺直、并施加一定的预应力；
步骤c、加强筋弧度预成型处理：参照螺旋筋设计弧度、调整卷压辊相对距离，与设备参数动态调整同步、加强筋端部被辊轧成弧形；本实施例中采用三辊预成型机构将加强筋端部辊压成设定的弧度；
步骤d、加强筋与薄壁钢管的复合焊接：启动薄壁钢管旋移驱动装置中的位置调整机构，使薄壁钢管与弧形加强筋接触、完成筋料端头与薄壁钢管的固定焊接，然后全面配套设备的同步控制、设定薄壁钢管的外圆面上任意点的旋向线速度作为加强筋在调质系统中的推进线速度，实施连续同步焊接工艺，形成螺旋筋增强管。
本实施例步骤a中在加强筋2引进调质预处理工序之前增加倒角加工工序。倒角加工工序借助设置在加强筋（2）送进方向上、位于加强筋（2）两侧的底面、与水平呈45°夹角的一对以上切刀或砂轮实现。增加倒角的作用是为了将在加强筋2的底面形成坡口，使加强筋2与薄壁钢管7牢固地进行焊接。
步骤a中加强筋开卷后，其成卷面是水平、朝上的，当与薄壁钢管7焊接时，该成卷面是竖直的，因此需要将加强筋的输送形态进行调整，尤其是当加强筋的厚度较大时。本实施例中形态调整工序是借助于2~15对沿加强筋2送进方向依次排列的角度渐变的对辊，对辊的平行轴由水平方向渐变至竖直方向，所述加强筋的成卷面借助对辊由水平送进的形态调整成竖直送进的形态。
步骤b中在调质系统中设有还设有带有光电编码器的测速辊9。测速辊9的输出端接系统控制机构的相应输入端，将测得的加强筋2的传送速率与其他工序处测得的加强筋传送速率进行比较，以保持各个工序处加强筋2的传送速率同步。
步骤b中所述前、后阻尼辊装置的结构相同，该阻尼辊装置的结构中包括带减速器电机3-1驱动的主动辊3-2、和借助下压油缸3-4调节下压量的被动辊3-3，所述主动辊3-2和被动辊3-3上设有与加强筋形状相匹配的沟槽。前阻尼辊装置的作用是实现加强筋的夹送，后阻尼辊装置与前阻尼辊装置配合对加强筋2以设定的预应力进行张紧。参见图3。
步骤c中所述加强筋端部借助三辊预成型装置辊轧成弧形，所述三辊预成型装置的结构中包括第一压辊6-1和第二压辊6-2、以及位于第一压辊6-1与第二压辊6-2之间的顶推辊6-3，所述顶推辊6-3设有竖直高度调整机构；从调质预处理工序引出的筋料引入至第一压辊6-1、第二压辊6-2和顶推辊6-3形成的水平辊道，顶推辊6-3以与调质系统推进线速度同步的参数向上顶推加强筋、加强筋的端部加工成弧形。所述第二压辊6-2和顶推辊6-3还分别设置在水平移动机构，以便形成不同弧度的螺旋筋。
所述顶推辊6-3借助油缸调节其竖直高度；所述水平移动机构为步进电机。顶推辊6-3和第二压辊6-2分别定位在机座上、借助步进电机的驱动，顶推辊6-3和第二压辊6-2可以进行水平距离的调整。在加强筋2的端部与薄壁钢管7复合之前，第一压辊6-1、第二压辊6-2和顶推辊6-3位于同一水平线上，当加强筋2进入第二压辊6-2的辊道后，顶推辊6-3借助油缸开始将加强筋2向上顶推、直至形成设计的弧度。当加强筋2焊接到薄壁钢管7上后，即可形成连续生产。
在另一个实施例中，在将加强筋2的端部加工成弧形工艺中，第二压辊6-2和顶推辊6-3的水平距离可同时进行平移。
第二压辊6-2主轴上设有光电编码器，光电编码器的输出端接系统控制机构的相应输入端。
为了防止焊道被氧化，步骤d中的焊接工艺采用二氧化碳气体保护焊。焊接工序可以采用与缠绕同步的自动化焊接设备、还可以是人工焊接。
步骤d中薄壁钢管旋移驱动装置包括设置在薄壁金属管7下表面的托辊8和设置在薄壁金属管上表面的倾斜的驱动辊11，借助倾斜的驱动辊11、薄壁金属管7具有旋转自由度和轴向平移自由度，在驱动辊11上设有光电编码器。
根据需要和必要的环刚度、机械强度以及轴向和径向强度的分配比等，初步确定加强筋缠绕的螺旋角，所述螺旋角的范围为35°~89°、无级可调，不同的螺旋角对轴向拉伸强度和径向拉伸强度的分配比值不同。所述加强筋的横截面为矩形、三角形或弧形。现有的工艺是很难将三角形或弧形等异型加强筋直接缠绕、并焊接在薄壁钢管外壁上的，因为薄壁钢管很难承受异型钢加强筋所需的张力和弯矩，本发明通过施加预应力和预弯成型、减小了加强筋在缠绕过程中的张力和弯矩。
薄壁金属管采用无缝钢管或电焊钢管。钢管规格：厚度为0.8-6 mm，外径为φ48-1527 mm；钢管材质：低碳钢或低合金钢。
本实施例中开卷机构1、调质系统和三辊预成型机构均设置在长条状、可调式旋摆机座上，所述旋摆机座的结构中包括长条状的摆臂13、设置在摆臂13下方的弧形导向轨12以及设置在摆臂12上的转向油缸10，借助转向油缸10、所述摆臂12具有沿弧形导向轨12进行调整的自由度、形成加强筋螺旋角调节机构。
综上所述，本发明的工艺基于自动化控制，设有系统控制机构，各工序中测速用的光电编码器的输出端接控制机构的相应输入端，控制机构的相应输出端接各工序的控制端，形成系统参数的同步控制。
Claims (10)
1.一种增强的螺旋筋与薄壁钢管的复合加工工艺，包括加强筋的整形、经整形后的加强筋引导到位、和薄壁钢管焊接复合定位，其特征在于加工工艺包括下述步骤：
步骤a、将按照设计要求将选择好的加强筋开卷：包括按加强筋螺旋角决定的筋料输送方向与薄壁钢管旋移方向的方位角，调整加强筋输送形态和送进线速度符合设计要求后、引进调质预处理工序；
步骤b、加强筋的调质预处理：将加强筋导入由前、后阻尼辊装置和交叉设置在阻尼辊装置后面的下、上导向辊组成的调质系统中，经阻尼设定、预应张力调节、推进力补偿各个处理步骤后，导引筋料进入弧度预成型工序；
步骤c、加强筋弧度预成型处理：参照螺旋筋设计弧度、调整卷压辊相对距离，与设备参数动态调整同步、加强筋端部被辊轧成弧形；
步骤d、加强筋与薄壁钢管的复合焊接：启动薄壁钢管旋移驱动装置中的位置调整机构，使薄壁钢管与弧形加强筋接触、完成筋料端头与薄壁钢管的固定焊接，然后全面配套设备的同步控制、设定薄壁钢管的外圆面上任意点的旋向线速度作为加强筋在调质系统中的推进线速度，实施连续同步焊接工艺，形成螺旋筋增强管。
2.根据权利要求1所述的增强的螺旋筋与薄壁钢管的复合加工工艺，其特征在于步骤a中在加强筋（2）引进调质预处理工序之前增加倒角加工工序。
3.根据权利要求1或2所述的增强的螺旋筋与薄壁钢管的复合加工工艺，其特征在于步骤a中加强筋输送形态的调整工序借助于2~15对沿加强筋送进方向依次排列的角度渐变的对辊，对辊的平行轴由水平方向渐变至竖直方向，所述加强筋的成卷面借助对辊由水平送进的形态调整成竖直送进的形态。
4.根据权利要求1所述的增强的螺旋筋与薄壁钢管的复合加工工艺，其特征在于步骤b中在调质系统中设有还设有带有光电编码器的测速辊（9）。
5.根据权利要求4所述的增强的螺旋筋与薄壁钢管的复合加工工艺，其特征在于步骤b中所述前、后阻尼辊装置的结构相同，其结构中包括带减速器的电机（3-1）驱动的主动辊（3-2）、和借助下压油缸（3-4）调节下压量的被动辊（3-3），所述主动辊（3-2）和被动辊（3-3）上设有与加强筋形状相匹配的沟槽。
6.根据权利要求1所述的增强的螺旋筋与薄壁钢管的复合加工工艺，其特征在于步骤c中所述加强筋端部借助三辊预成型装置辊轧成弧形，所述三辊预成型装置的结构中包括第一压辊（6-1）和第二压辊（6-2）、以及位于第一压辊（6-1）与第二压辊（6-2）之间的顶推辊（6-3）；所述顶推辊（6-3）设有竖直高度调整机构；从调质预处理工序引出的筋料引入至第一压辊（6-1）、第二压辊（6-2）和顶推辊（6-3）形成的水平辊道，顶推辊（6-3）以与调质系统推进线速度同步的参数向上顶推加强筋、加强筋的端部加工成弧形。
7.根据权利要求6所述的增强的螺旋筋与薄壁钢管的复合加工工艺，其特征在于所述顶推辊（6-3）借助油缸调节的竖直高度，所述第二压辊（6-2）和顶推辊（6-3）还分别设有在水平移动机构。
8.根据权利要求6所述的增强的螺旋筋与薄壁钢管的复合加工工艺，其特征在于第二压辊（6-2）主轴上设有光电编码器。
9.根据权利要求1所述的增强的螺旋筋与薄壁钢管的复合加工工艺，其特征在于其特征在于步骤d中的焊接工艺采用二氧化碳气体保护焊。
10.根据权利要求1所述的增强的螺旋筋与薄壁钢管的复合加工工艺，其特征在于步骤d中薄壁钢管旋移驱动装置包括设置在薄壁金属管（7）下表面的托辊（8）和设置在薄壁金属管上表面的倾斜的驱动辊（11），借助倾斜的驱动辊（11）、薄壁金属管（7）具有旋转自由度和轴向平移自由度，在驱动辊（11）上设有光电编码器。
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