预应力强化复合钢管的成型工艺的制作方法
【专利摘要】预应力强化复合钢管的成型工艺，解决了现有复合管抗拉、抗弯、抗冲击性能不强的问题，采用的技术方案是：预应力强化复合钢管的成型工艺，包括内、外金属管和定位法兰的制备、安装，预应力筋的预处理、复合材料混配，所述成型工艺还包括以下几个步骤：a：组装成管形；b：灌注复合材料；c：预应力施加；d：整体定型。本发明的有益效果是：安装方便，重量轻、抗弯、抗压、抗冲击抗形变能力强以及具有优良的阻燃抗静电性能，能够广泛用于煤矿、石油天然气的开采及输送等诸多领域。
【专利说明】预应力强化复合钢管的成型工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种输送管道的制作工艺，具体涉及预应力强化复合钢管的成型工艺。
【背景技术】
[0002]煤矿、石油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、液体和流化固体，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)，还需要具有优良的化学性能(如阻燃、抗静电、耐腐蚀性能)。
[0003]现有金属管道在潮湿的环境中极易腐蚀而失去使用价值，而且普通金属管在保证力学指标条件下管壁较厚、重量较大，大大增加了安装的难度，使得主张以金属结构为主体的技术路线的执行遇到了很大困难，特别是大口径管道在煤矿井下的使用。
[0004]公告为CN202158258的中国专利公开了一种加强筋型钢塑复合缠绕管，其基本构思是借助“ Π ”型钢带和卷绕粘接成型工艺，在钢带的内外表面包覆塑料层形成薄壁加强型复合钢管，从而实现减轻重量和保证力学指标的双重效果。从径向力学指标上看是比较完美。但是，仅依靠塑料热熔胶连接轴向各个单元使得轴向力学指标大降等级，包括管体整体抗弯强度和抗拉强度。
[0005]申请号为201120387804.3的中国专利公开了一种空心纤维-钢复合管混凝土组合结构，其由纤维-钢复合管、混凝土或钢筋混凝土和内钢管由外向内共同构成，该结构承载力高、刚度好，延性好，抗震性能优良，适合恶劣环境下的大尺寸结构构件。但是该复合结构存在以下技术问题:混凝土虽然具有较强的抗压强度，但是抗拉强度低、抗裂性能差、抵抗形变性能差，材料的脆性明显，与钢复合管和内钢管的抗形变能力相差较大，因此，即使在较低的拉伸变形时、混凝土或钢筋混凝土层极易发生开裂，导致钢复合管、内钢管与混凝土之间的结合力较小，三层之间易发生剥离从而丧失复合管材的抗拉、抗爆裂性能。
【发明内容】
[0006]本发明解决了现有复合管抗拉、抗形变、抗冲击性能不强的问题，设计了一种预应力强化复合钢管的成型工艺，该复合管内外金属管均是采用锁边或焊接工艺加工而成的带螺旋筋的薄壁管，复合管的两端设有法兰方便安装，法兰间还设有预应力筋或钢丝绳以提高复合管的抗拉、抗弯、抗冲击性能，内外金属管间填充有复合材料。
[0007]本发明采用的技术方案是:预应力强化复合钢管的成型工艺，包括内、外金属管和定位法兰的制备、安装，预应力筋的预处理、复合材料混配，其关键在于:所述成型工艺还包括以下几个步骤:
a:组装成管形:将内、外金属管加中间粘胶剂后套装在法兰导入端形成夹层套管结构、拧紧预先置入的预应力筋总成中定位螺母；
b:灌注复合材料:借助外金属管预先加工成的工艺孔灌注复合材料； c:预应力施加:将拉力机的拉杆连接在每根预应力筋的端头，对各个预应力筋进行平衡调整、分步加力、跟进旋紧定位螺母、直至复合材料和中间粘胶剂固化；
d:整体定型:将内金属管在法兰上施加卷边定位，将外金属管端口焊接定位，撤除拉力杆、旋紧止退螺母；封堵工艺孔。
[0008]本发明在复合管结构中设计了预应力筋或钢丝绳，预应力筋或钢丝绳借助螺母将内外金属管两端的法兰连接在一起，在填充复合材料前调整预应力筋或钢丝绳，使预应力筋或钢丝绳受拉力，待复合材料填充并凝固后解除预应力筋或钢丝绳受到的拉力，预应力筋或钢丝绳收缩从而使凝固后的复合材料受到压力从而提高复合管的抗拉性能，而且预应力筋或钢丝绳的设置提高了整个复合管的抗拉和抗形变、抗冲击性能。内、外金属管两端设置的法兰不仅可以使内、外金属管同轴心设置还便于对预应力筋或钢丝绳施加预应力，法兰与金属管的一体化方便了复合管的安装。复合管的内、外壁还包覆有阻燃、抗静电涂层或耐磨涂料，使该复合管具有优良的阻燃抗静电性能。
[0009]本发明的有益效果是:一、金属管两端设置了法兰，方便安装；二、两端法兰之间设有预应力筋或钢丝绳，大大提高了复合管的抗拉、抗形变、抗冲击性能；三、内金属管的内表面、外金属管的外表面增加防蚀、阻燃、抗静电、改善力学强度的复合层，使该复合管有优良的阻燃抗静电性能；四、内、外金属管均是由锁边或焊接工艺制作成的薄壁金属管，减轻了复合管的重量。
[0010]下面结合附图对本发明进行详细说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是本发明预应力强化复合钢管的成型工艺实施例一的结构示意图；
图2是本发明预应力强化复合钢管的成型工艺实施例二去除复合层后的结构示意图； 图3是本发明中法兰的结构示意图。
[0012]附图中，I是内金属管，2是外金属管，3是法兰，3-1是导入端，3-2是接合槽，3-3是内槽边，4是预应力筋，4-1是定位螺母，4-2是止退螺母，4-3是塑料套，4-4是强力垫圈，4A是钢丝绳，4A-1是绳头夹板，4A-2是吊环螺检，4A-3是塾圈，4A-4是螺母，4A-5是止退螺母，4A-6是套管，5是复合层，6是复合材料。
【具体实施方式】
[0013]参看附图1和2，预应力强化复合钢管的成型工艺，包括内、外金属管和定位法兰的制备、安装，预应力筋4的预处理、复合材料6混配，其关键在于:所述成型工艺还包括以下几个步骤:
a:组装成管形:将内、外金属管加中间粘胶剂后套装在法兰3导入端3-1形成夹层套管结构、拧紧预先置入的预应力筋总成中定位螺母4-1 ；
b:灌注复合材料6:借助外金属管2预先加工成的工艺孔灌注复合材料6 ；c:预应力施加:将拉力机的拉杆连接在每根预应力筋4的端头，对各个预应力筋4进行平衡调整、分步加力、跟进旋紧定位螺母4-1、直至复合材料6和中间粘胶剂固化；
d:整体定型:将内金属管I在法兰3上施加卷边定位，将外金属管2端口焊接定位，撤除拉力杆、旋紧止退螺母4-2 ;封堵工艺孔。
[0014]所述内金属管I和外金属管2是薄壁钢板借助卷焊工艺，或镀锌板借助锁边卷管机成形，在选用锁边卷管机成形时内金属管I的内壁设置螺旋筋，外金属管2的外壁设置螺旋筋，内金属管I和外金属管2的螺旋筋螺旋方向相同或相反。采用锁边工艺或螺旋焊接工艺制作成的薄壁金属管不仅重量轻，径向的受力强度也较大。
[0015]在整体定型后在外金属管2的外表面和内金属管I的内表面增加防蚀、阻燃、抗静电、改善力学强度的复合层5，内表面采用涂敷或离心浇注、外表面采用喷涂或加纤维缠绕工艺实现。
[0016]所述复合层5的厚度不小于螺旋筋的厚度。复合层5的厚度不小于螺旋筋的厚度。这样可以保证复合管内的流体的通畅性更好。
[0017]所述复合层5包括下述重量配比的组分:双酚A环氧树脂100份、导电云母粉15~20份、EA520/562导电剂0.5~2份，流平剂0.5~2份，增硬耐磨剂0.5~2份,593固化剂25~35份，附着力促进剂0.5~3份，阻燃剂10~50份。
[0018]所述复合层5的配方参见表1，表中数据均为重量份数
【权利要求】
1.预应力强化复合钢管的成型工艺，包括内、外金属管和定位法兰的制备、安装，预应力筋(4)的预处理、复合材料(6)混配，其特征在于:所述成型工艺还包括以下几个步骤: a:组装成管形:将内、外金属管加中间粘胶剂后套装在法兰(3)导入端(3-1)形成夹层套管结构、拧紧预先置入的预应力筋总成中定位螺母(4-1)； b:灌注复合材料(6):借助外金属管(2)预先加工成的工艺孔灌注复合材料(6)； c:预应力施加:将拉力机的拉杆连接在每根预应力筋(4)的端头，对各个预应力筋(4)进行平衡调整、分步加力、跟进旋紧定位螺母(4-1)、直至复合材料(6)和中间粘胶剂固化； d:整体定型:将内金属管(I)在法兰(3)上施加卷边定位，将外金属管(2)端口焊接定位，撤除拉力杆、旋紧止退螺母(4-2);封堵工艺孔。
2.根据权利要求1所述的预应力强化复合钢管的成型工艺，其特征在于:所述内金属管(I)和外金属管(2)是薄壁钢板借助卷焊工艺，或镀锌板借助锁边卷管机成形，在选用锁边卷管机成形时内金属管(I)的内壁设置螺旋筋，外金属管(2)的外壁设置螺旋筋，内金属管(I)和外金属管(2)的螺旋筋螺旋方向相同或相反。
3.根据权利要求1或2所述的预应力强化复合钢管的成型工艺，其特征在于:在整体定型后在外金属管(2)的外表面和内金属管(I)的内表面增加防蚀、阻燃、抗静电、改善力学强度的复合层(5)，内表面采用涂敷或离心浇注、外表面采用喷涂或加纤维缠绕工艺实现。
4.根据权利要求3所述的预应力强化复合钢管的成型工艺，其特征在于:所述复合层 (5)的厚度不小于螺旋筋的厚度。
5.根据权利要求3所述的预应力强化复合钢管的成型工艺，其特征在于:所述复合层(5)包括下述重量配比的组分:双酚A环氧树脂100份、导电云母粉15~20份、EA520/562导电剂0.5^2份，流平剂0.5^2份，增硬耐磨剂0.5^2份，593固化剂25~35份，附着力促进剂0.5~3份，阻燃剂10~50份。
6.根据权利要求1所述的预应力强化复合钢管的成型工艺，其特征在于:预应力筋(4)采用圆钢经调质、回火处理，所组成的预应力筋总成中包括填充有防锈油脂的塑料套(4-3 )、强力垫圈(4-4 )、定位螺母(4-1)和止退螺母(4-2 )。
7.根据权利要求1所述的预应力强化复合钢管的成型工艺，其特征在于:预应力筋(4)采用柔性多股钢丝绳(4A)，所组成的预应力筋总成的结构中包括套装在钢丝绳(4A)外的、并填充有防锈油脂的套管(4A-6)、绳头夹板(4A-1)、吊环螺栓(4A-2)、垫圈(4A-3)、螺母(4A-4 )和止退螺母(4A-5 )。
8.根据权利要求1所述的预应力强化复合钢管的成型工艺，其特征在于:所述法兰(3)外端面上加工出一个环形凹槽(3-1)，环形凹槽(3-1)的内槽边(3-3)高度与强力垫圈(4-4)的厚度相同；在法兰(3 )的内盘面和导入端(3-1)结合部加工有一个接合槽(3-2 )、在组装成形的步骤中先注入强力胶。
9.根据权利要求1所述的预应力强化复合钢管的成型工艺，其特征在于:所述复合材料(6)采用基于硫铝酸盐矿物成份的发泡水泥粉料和外加剂适配而成。
10.根据权利要求9所述的预应力强化复合钢管的成型工艺，其特征在于:所述复合材料(6)中加入了改性材料包括石墨晶须、或短切碳纤维、或短切玄武岩纤维、或炭黑。
【文档编号】F16L9/14GK104075041SQ201410011274
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年1月10日 优先权日:2014年1月10日
【发明者】伦慧东 申请人:伦慧东