CN105221850B - 一种防腐钢肋增强螺旋钢管及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防腐钢肋增强波纹钢管及其制作方法，其中钢管的外壁上设有螺旋状钢肋，且在钢管本体的两端分别为与钢管本体一体的钢制承口和钢制插口，所述钢肋延伸至承口的外表面，在所述钢管本体的内、外壁热敷有聚合物防腐层，且在承口或/和插口处设有至少一个凹槽，所述凹槽中设置有密封环。并公开了两种制备方法。本发明降低钢材的消耗30％以上，减轻管道整体的重量，而环刚度等主要性能指标可以通过钢肋的设置进行弥补，实现薄壁、高环刚度的目标。

Description

一种防腐钢肋增强螺旋钢管及其制作方法

技术领域

该发明涉及大口径的承压钢管技术领域，具体地说是一种防腐钢肋增强螺旋钢管及其制作方法。

背景技术

具有代表性埋地使用的大口径承压钢管(管径大于0.5米)用途；一般包括在输油、输气、供水、排水等的工程领域。其代表性主要产品有：3PE防腐钢管、球墨铸铁管等管材产品，以上两种产品均采用了不同工艺的防腐处理和管道连接技术进行制作，但由于其产品本身结构所限，很难进一步实现节能、环保、延长管材使用寿命等方面的技术要求，以3PE防腐钢管为例进行说明。

3PE防腐钢管在多年的工程实践中，已经证明是一种技术比较成熟的生产工艺。但由于其产品结构所限，在管道制作和管道连接过程中，也存在着不同程度的技术缺陷。其一，在制作大口径管材过程中，为了达到环向刚度的技术要求，必须增加管材壁厚才能满足标准要求，以直径2米的管道为例，为了满足环刚度的要求，其管道壁厚接近30毫米，因此加大了原材料的用量和制作费用负担。其二，需要现场焊接，在管道现场的焊接连接过程中，由于现场条件所限制，对焊接处的防腐处理存有不规范、不彻底等方面的质量隐患，进而加大了管道工程的维护费用，影响了管道的使用寿命。

从中国专利申请号201410548040.X和201020615835.5两种产品公开的资料可知，两种专利产品同样存在3PE防腐钢管所具有的技术问题。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供一种新型防腐钢肋增强螺旋钢管及其制作方法，用于大口径承、插连接式(当然也可以制作成法兰式或其它形式)钢管的制作，用于解决大口径输油、输气、给、排水管道能耗高(管道壁厚度大)、维护费用大(现场焊接质量难以控制)等的缺陷，同时解决综合防腐的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种防腐钢肋增强螺旋钢管，包括钢管本体，其特征在于，所述钢管本体的外壁上设有螺旋状布置的钢肋，且在钢管本体的两端分别为与钢管本体一体的钢制承口和钢制插口，所述钢肋延伸至承口的外表面，在所述钢管本体的内、外壁热敷有(根据用途不同)厚度不同的聚合物防腐层，且在承口或/和插口处设有至少一个凹槽，所述凹槽中设置有密封环。

进一步地，所述承口具有以下结构：一个直径渐变的锥筒部，一个承口部，其中，所述承口部的最小内径与所述插口处的外径相同、最大内径与钢管插口处的外径有大于或等于3°的倾角。

进一步地，所述插口具有如下结构：端部为插口坡面且在插口外表面设有至少一个密封用凹槽。

进一步地，所述承口部具有如下结构：在承口部内表面设有至少一个密封用凹槽。

进一步地，所述聚合物防腐层为PE、PP、EP、PVC或环氧沥青中的一种。

进一步地，所述钢肋的断面为圆形断面、弧形断面、梯形断面或一字型断面中的一种。

进一步地，所述钢肋通过焊接的方式设置在螺旋钢管的外壁上。

进一步地，所述钢肋与螺旋钢管母材一体成型。

一种防腐钢肋增强螺旋钢管的制作方法：

第一步，螺旋钢管的焊制，采用螺旋缠绕的方式，将厚度6毫米至10毫米的钢带缠绕形成螺旋钢管，一般采用埋弧焊或高频焊工艺制作；

第二步，与钢管生产线同步运行钢肋轧制系统，将轧制好的钢肋以螺旋方式缠绕并连续焊接在螺旋钢管的外壁上，形成螺旋状的钢肋；

第三步，定长切割，并补焊与修补承口处的钢肋，并去除插口处的钢肋，并对钢肋端口进行补焊与修补，

第四步，预热(火焰或者中、高频加热)钢管两端，进行承、插口定型制作，制作承口，对螺旋钢管的两端分别进行高频加热，并利用扩口机械对螺旋钢管的一端进行扩口，形成如下的结构：一个直径渐变的锥筒部，一个承口部，其中承口部的最小内径与螺旋钢管插口处的外径相同；最大外径与螺旋钢管插口处的外径有大于或等于3°的倾斜角；进一步地，使用扩、整圆机械在螺旋钢管的另一端进行整圆处理，且承、插口工序同步进行；并在承口或插口处加工形成凹槽；

第五步，对螺旋钢管外表面预热、抛丸或抛沙、除尘处理；

第六步，抛丸处理后进行外表面的热敷防腐处理，热敷方式为：利用火焰加热或者中频加热的方式将管材的表面温度升温至80～180度以上，然后进行防腐聚合物的热敷，形成外防腐层，然后使用水冷或风冷对管材进行冷却定型；

第七步，利用步骤五、六中的方式对螺旋钢管本体内壁进行抛丸或抛沙、除尘处理；热敷防腐处理，最后冷却成型；

第八步，进行探伤检测，进行在线和离线检测，探伤检测的项目包括防腐厚度检测等，最后进行包装库存即可。

进一步地，所述防腐聚合物的形式至少包含以下几种树脂：PE、PP、EP、PVC或环氧沥青中的一种。

进一步地，所述钢肋轧制系统，是专为轧制圆形、弧形、梯形或一字形截面中的一种而设计的轧机。

进一步地，在步骤一中，钢管焊制按照螺旋钢管工艺要求进行制作。

进一步地，在步骤三中，将钢管放置在一个旋转平台上，通过驱动机构驱动,钢管在旋转平台上360度的转动。

进一步地，在步骤六中，所述火焰加热或者中频加热及防腐聚合物的热敷设备均是设置在平行于翻转支架一侧的轨道，通过驱动装置来实现左右移动。

一种防腐钢肋增强螺旋钢管的制作方法：

第一步，轧制带有钢肋的连续钢板；

第二步，使用螺旋缠绕机缠绕并焊接形成带有螺旋钢肋的钢管；

第三步，定长切割，并去除插口处的钢肋，并封堵与补焊钢肋开口端，

第四步，预热钢管两端，进行承、插口定型制作，具体地，制作承口，对螺旋钢管的两端分别进行中、高频加热，并利用扩口机械对螺旋钢管的一端进行扩口，形成如下的结构：包括一个直径渐变的锥筒部和一个承口部，其中承口部的最小内径与螺旋钢管插口处的外径相同；最大外径与螺旋钢管插口处的外径有大于或等于3°的倾斜角；使用扩、整圆机械在螺旋钢管的另一端进行整圆处理，且承、插口工序同步进行；并在承口或插口处加工形成凹槽；

第五步，抛丸处理后进行外表面的热敷防腐处理，热敷方式为：利用火焰加热或者中频加热的方式将管材的表面温度升温至80～180度以上，然后进行防腐聚合物的热敷，形成外防腐层，然后使用水冷或风冷对管材进行冷却定型；

第六步，利用步骤五中的方式对管体内表面进行抛丸、热敷防腐处理，最后冷却成型；

第七步，进行探伤检测，进行在线和离线检测，探伤检测的项目包括防腐厚度检测等，最后进行包装库存即可。

本发明的有益效果是：

本管道利用金属材料所固有的对液、气体不渗透性的特点，加之沿大口径螺旋钢管外壁螺旋焊接钢肋，用于提高其环向刚度，并有效减小管道的壁厚与用钢量，例如同样规格的管道的壁厚由原来的20毫米下降到8毫米，降低钢材的消耗30％以上，减轻管道整体的重量，而环刚度等主要性能指标可以通过钢肋的设置进行弥补，实现薄壁、高环刚度的目标。

内外表面热敷有防腐层，无防腐死角，利用防腐聚合物的耐酸碱等特征，经自动加工流程而制成。是一种大口径钢管和大口径PE管材之间的过度性产品，大大提高了产品的使用寿命和应用范围。

便于施工，施工速度快，方便。

全钢结构，便于后期的维护和修补，进行焊接修复即可。

同时具有结构简单、生产效率高、质量可靠、使用周期在50年以上等特点。

本管道使用金属制作，节能环保，可回收利用，符合循环利用的环保理念。

附图说明

图1为本发明的剖视图。

图2为连接示意图。

图3为钢管与钢肋的结合示意图之一。

图4为钢管与钢肋的结合示意图之二。

图5为钢管与钢肋的结合示意图之三。

图6为钢管与钢肋的结合示意图之四。

图7为实施例一的工艺流程图。

图8为实施例二的工艺流程图。

图中：1钢管，11钢肋，2承口，21锥筒部，22承口部，23凹槽，3插口，31插口坡面，4橡胶密封圈，51外防腐层，52内防腐层。

具体实施方式

如图1至图4所示，针对现有缺陷，本发明的保护主体如下：

开发的是一种具有承、插口结构的钢肋增强钢管，区别于传统的钢塑管道和螺旋钢管，无论是在功能上还是在制作工艺上都有显著的特点。

其基本的原理是，先制作钢管外侧钢肋，钢肋一般采用轧制系统轧制形成，然后进行两端承、插口的设计制造，最后进行防腐处理、检测。

基于上述的描述，本发明提供的钢管具有如下结构：

钢管1，焊制或选用螺旋钢管，即利用钢带经过螺旋焊接形成的内外表面平整的钢管。钢管直径一般在500毫米以上，例如市政工程上使用的大型钢管，螺旋钢管有专门的市场配套，可以采购也可以自己制造。通常的设计，为满足环刚度的使用要求，2米直径的钢管通常需要将壁厚设计在30毫米，需要消耗大量的钢材，通过本发明的实施，可以将钢管的壁厚降低在10毫米以下，同时通过螺旋钢肋的复合，降低总体重量，使得钢管的整体环刚度不降低，产品质量也是有保证的。

在钢管1的外侧表面焊接螺旋的钢肋或者钢带，形成螺旋钢肋11，其中钢肋的截面可以为弧形、梯形等，如图2所示，也可以使用一字型的钢带，形成一定间隔的螺旋钢肋。

上述的钢肋要使用轧钢机进行轧制成型，断面的样式由轧制的轧辊决定。

上述的螺旋钢肋一般通过焊接的方式与钢管进行焊接连接，此为关键步骤一，然后再制作两端的承口2和插口3，其中承口、插口的制作是难点，最佳的方式采用扩口的方式进行。

结合附图7，下面通过其制作过程进行详细的描述。

第一步，焊接制备钢管1，采用螺旋卷绕配合高频焊或埋弧焊的工艺进行制作钢管，然后，将钢管放置在一个移动平台或者拖车上，形成钢管进管平台，一般情况下，移动平台沿着流水线的直线方向进行移动，同时在移动平台上设有一个承载钢管并驱动钢管转动的机构，使得钢管处于转动状态。

第二步，利用钢肋轧制系统将钢带轧制形成符合使用要求的钢肋，其中该钢肋轧制系统与钢管的制备是同步进行的，然后在钢管1的外表面焊接钢肋或者钢带，形成螺旋钢肋11，钢肋的样式多样，如图3至7所示，其中的钢带可以通过预先轧制的方式形成弧形、梯形断面，增强其强度，降低钢带的消耗量；

通常钢肋的厚度与钢管的壁厚接近或者略薄。

以2米直径的大口径管道为例，壁厚6至10毫米，钢肋厚度为2至8毫米，钢肋高度为40至80毫米。

第三步，定长切割，形成预定长度的钢管，例如10米为一段，修补承口处外表面的钢肋，具体地，对焊接处进行补焊，同时对切面处的钢肋端口进行封堵，同时，去除插口处外表面的钢肋，在插口处形成光滑的外表面。

第四步，承插口的制作；制作承口2，对钢管的一端进行加热，并利用扩口机械对局部进行扩口，形成如下的结构：一个直径渐变的锥筒部21，一个承口部22，其中承口部22的内径与钢管1插口处的外径相同，并在承口部设置凹槽23，该凹槽可以采用一次成型，也可以采用二次成型，用于放置橡胶密封环，形成密封。锥筒部用于承口部与钢管端部的过渡，当然，阶梯筒也可以实现锥筒的过渡连接作用。在钢管的另一端进行插口的处理，其中使用的为整圆机械，形成符合要求的插口样式。

其中上述的扩口机械可以参考本申请人在先申请的CN104669577A专利申请中的扩口机械，或者参考CN104889274A文献中公开的机械。

整圆机械为管道行业、轮毂行业常用的整圆机械。

上述的凹槽的位置，作为一种可以替换的样式，可以设置在插口的外表面，通过在插口凹槽内放置有效的、尺寸吻合的橡胶密封圈4实现承插口的密封处理。

第五步，扩喇叭口，在承口的端面处使用扩口机械对其进行扩口，形成喇叭口状，便于承、插连接，然后将钢管1放置在一个旋转平台上，通过夹具夹持和驱动机构驱动，钢管在旋转平台上360度的转动，在转动的同时在钢管的两端进行整圆，并修正倒角，形成插口坡面31。具体地，以下整圆方式可以根据需要进行选用：热处理整圆，首先使用高频加热设备对插口处进行局部加热，然后使用整圆机械进行整圆。整圆机械为管道行业、轮毂行业常用的整圆机械。

一般来说，冷处理整圆的精度和效果要好于热处理整圆的效果。

其中上述的过程中，承插口处的内外配合表面可以进行机加工等精确修整。

第六步，将载有管体1的移动平台转移至抛丸工位，利用抛丸机对管体外表面、螺旋钢肋、焊接点和两端的承、插口处进行抛丸处理，通过抛丸处理，可以实现除锈、表面强化，使得表面的强度和密实度增加，实现初步处理，其中抛丸处理使用抛丸机械即可，抛丸机械选用机械行业通用机械即可。

第七步，抛丸处理后立即着手进行外表面的热敷防腐处理，一般的热敷方式为：利用火焰加热或者中频加热的方式将管材的表面温度升温至80至180度，然后进行防腐聚合物的热敷，其中，防腐聚合物的形式至少包含以下几个材质：聚乙烯、PP、PE、PVC、环氧沥青、EP等，形成外防腐层51，然后使用风冷或者水冷对管材进行降温，

第八步，利用步骤六、七中的方式对管体内表面进行抛丸、热敷防腐处理，最后冷却成型，形成内防腐层52。

第九步，进行探伤检测，进行在线和离线检测，探伤检测的项目包括防腐厚度检测等，最后进行包装库存即可。

实施例二，结合附图8，

与实施例一不同之处在于，螺旋钢肋不是焊接在管体上的，而是与之一体成型的。使用轧钢系统直接轧制带有钢肋的厚钢带，然后进行焊接形成螺旋钢管，然后进行承插口的制作，最后进行防护处理和检测。形成带有螺旋筋的全钢管道。具体工艺过程如下：

第一步，轧制带有钢肋的连续钢板；

第二步，使用螺旋缠绕机缠绕并焊接形成带有螺旋钢肋的钢管；

第三步，定长切割，并去除插口处的钢肋，并封堵与补焊钢肋开口端，

第四步，预热钢管两端，进行承、插口定型制作，具体地，制作承口(2)和插口(3)，对螺旋钢管的两端分别进行高频加热，并利用扩口机械对螺旋钢管的一端进行扩口，形成如下的结构：包括一个直径渐变的锥筒部(21)和一个承口部(22)，其中承口部(22)的最小内径与螺旋钢管(1)插口处的外径相同；最大外径与螺旋钢管(1)插口处的外径有大于或等于3°的倾斜角；使用整圆机械在螺旋钢管的另一端进行整圆处理，且承、插口工序同步进行；并在承口(2)或插口(3)处加工形成凹槽(23)；

第五步，抛丸处理后进行外表面的热敷防腐处理，热敷方式为：利用火焰加热或者中频加热的方式将管材的表面温度升温至80至180度以上，然后进行防腐聚合物的热敷，形成外防腐层，然后使用水冷或风冷对管材进行冷却定型；

第六步，利用步骤五中的方式对管体内表面进行抛丸、热敷防腐处理，最后冷却成型；

第七步，进行探伤检测，进行在线和离线检测，探伤检测的项目包括防腐厚度检测等，最后进行包装库存即可。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域相关技术人员对本发明的各种变形和改进，均应扩如本发明权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (2)

1.一种防腐钢肋增强螺旋钢管的制作方法：所述的防腐钢肋增强螺旋钢管包括钢管本体，所述钢管本体的外壁上设有螺旋状钢肋，且在钢管本体的两端分别为钢制承口和钢制插口，钢制承口和钢制插口与钢管本体是一体的，所述钢肋延伸至承口的外表面，在所述钢管本体的内、外壁热敷有聚合物防腐层，且在承口或/和插口处设有至少一个凹槽，所述凹槽中设置有密封环，

所述承口具有以下结构：包括一个直径渐变的锥筒部和一个承口部，其中，所述承口部的最小内径与所述插口处的外径相同、最大内径与钢管插口处的外径有大于或等于3°的倾角，且在所述承口部内壁中设有凹槽，

所述插口具有如下结构：端部为插口坡面且在插口外表面设有至少一个密封用凹槽，

所述聚合物防腐层为PE、PP、EP、PVC或环氧沥青中的一种，且所述钢肋的断面为圆形断面、弧形断面、梯形断面或一字型断面中的一种；

所述钢肋通过焊接的方式设置在钢管本体的外壁上，其制作方法包括下述步骤：

第一步，螺旋钢管的焊制；采用螺旋缠绕的方式，将厚度6毫米至10毫米的钢带缠绕形成螺旋钢管，采用埋弧焊或高频焊工艺制作；

第二步，与钢管生产线同步运行钢肋轧制系统，将轧制好的钢肋以螺旋方式缠绕并连续焊接在螺旋钢管(1)的外壁上，形成螺旋状的钢肋(11)；所述钢肋轧制系统，是专为轧制圆形、弧形、梯形或一字形截面中的一种而设计的轧机，

第三步，定长切割，将钢管放置在一个旋转平台上，通过驱动机构驱动,钢管在旋转平台上360度的转动，进行切割并补焊与修补承口处的钢肋，并去 除插口处外表面的钢肋，在插口处形成光滑的外表面，并封堵与补焊钢肋开口端，

第四步，预热钢管两端，进行承、插口定型制作，具体地，制作承口(2)，对螺旋钢管的两端分别进行中、高频加热，并利用扩口机械对螺旋钢管的一端进行扩口，形成如下的结构：包括一个直径渐变的锥筒部(21)和一个承口部(22)，其中承口部(22)的最小内径与螺旋钢管(1)插口处的外径相同，最大外径与螺旋钢管(1)插口处的外径有大于或等于3°的倾斜角；使用扩、整圆机械在螺旋钢管的另一端进行整圆处理，且承、插口工序同步进行；然后将钢管1放置在一个旋转平台上，通过夹具夹持和驱动机构驱动，钢管在旋转平台上360度的转动，在转动的同时在钢管的两端进行整圆，并修正倒角，形成插口坡面(31)，并在承口(2)或插口(3)处加工形成凹槽(23)；该凹槽采用一次成型，或采用二次成型，用于放置橡胶密封环，形成密封，锥筒部用于承口部与钢管端部的过渡，在钢管的另一端进行插口的处理，其中使用的为整圆机械，形成符合要求的插口样式，插口端部为插口坡面且在插口外表面设有至少一个密封用凹槽，通过在插口凹槽内放置有效的、尺寸吻合的橡胶密封圈4实现承插口的密封处理；

第五步，对钢管外表面预热、抛丸或抛沙、除尘处理；利用抛丸机对管体外表面、螺旋钢肋、焊接点和两端的承、插口处进行抛丸处理，通过抛丸处理，可以实现除锈、表面强化，使得表面的强度和密实度增加，

第六步，抛丸处理后进行外表面的热敷防腐处理，热敷方式为：利用火焰加热或者中频加热的方式将管材的表面温度升温至80～180度以上，然后进行防腐聚合物的热敷，形成外防腐层，然后使用水冷或风冷对管材进行冷却定型；所述防腐聚合物的形式至少为以下几种材料中的一种：PE、PP、EP、PVC或环氧 沥青，所述火焰加热或者中频加热及防腐聚合物的热敷设备均是设置在平行于翻转支架一侧的轨道，通过驱动装置来实现左右移动；

第七步，利用步骤五、六中的方式对钢管内壁进行抛丸或抛沙、除尘处理；热敷防腐处理，最后冷却成型；

第八步，进行探伤检测，进行在线和离线检测，探伤检测的项目包括防腐厚度检测，最后进行包装库存即可。

2.一种防腐钢肋增强螺旋钢管的制作方法，其特征在于，所述钢肋与钢管本体母材一体成型，包括下述步骤：

第一步，轧制带有钢肋的连续钢板；

第二步，使用螺旋缠绕机缠绕钢板并焊接形成带有螺旋钢肋的钢管；

第三步，定长切割，并去除插口处的钢肋，并封堵与补焊钢肋开口端，

第四步，预热钢管两端，进行承、插口定型制作，具体地，制作承口(2)，对螺旋钢管的两端分别进行中、高频加热，并利用扩口机械对螺旋钢管的一端进行扩口，形成如下的结构：包括一个直径渐变的锥筒部(21)和一个承口部(22)，其中承口部(22)的最小内径与螺旋钢管(1)插口处的外径相同；最大外径与螺旋钢管(1)插口处的外径有大于或等于3°的倾斜角；使用扩、整圆机械在螺旋钢管的另一端进行整圆处理，且承、插口工序同步进行；并在承口(2)或插口(3)处加工形成凹槽(23)；

第五步，抛丸处理后进行外表面的热敷防腐处理，热敷方式为：利用火焰加热或者中频加热的方式将管材的表面温度升温至80～180度以上，然后进行防腐聚合物的热敷，形成外防腐层，然后使用水冷或风冷对管材进行冷却定型；

第六步，利用步骤五中的方式对管体内表面进行抛丸、热敷防腐处理，最后冷却成型；

第七步，进行探伤检测。