双金属螺旋钢管及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明公开了一种钢管及其制作方法，尤其涉及一种双金属螺旋钢管及其制作方法。
【背景技术】
[0002]目前，在流体的输送和储运工程中，一般是用管道来输送，常用的管道有水泥管、塑料管、普通碳素钢钢管、不锈钢管和镀锌钢管等。其中，水泥管是用水泥和钢筋作为材料，运用离心力原理制造的一种预制管道，但易泄漏，耐内压能力差；并且口径不大，一般口径为3米或3米以下；每节管长度不长，接头多，接头易泄露，施工困难；施工时要先做基础，施工成本较高。塑料管是以塑料树脂为原料，加入稳定剂及其它添加剂，在制管机内经挤压加工而成，质量轻；加工方便，但是口径不大，承内压能力差；机械强度低，抗破坏性能差；不耐磨损，不耐高温，易老化。普通碳素钢钢管是用碳素钢制成的钢管，内壁不耐磨且不耐腐蚀，口径不能做的太大，大口径时壁厚大大增加，成本高，目前国内一些省份已经明确禁止在供水工程中使用普通碳素钢钢管。不锈钢管则成本太高。镀锌钢管口径不能太大，且镀锌是污染行业，对环境破坏大，普遍镀锌层较薄，一般厚度小于0.1mm，不耐磨损和冲刷。现有普通的双金属钢管，外管一般采用普通标准钢管，壁厚相当厚，不节省材料，内管与外管是套装，易脱层和脱落，而且口径不能太大，只能达到1.2米至1.5米，内管要有足够的厚度支撑自身形状，壁厚往往大于2mm甚至4mm，不节省材料。
[0003]本申请人长期致力于该领域的研究，并拥有一件专利号为201410477708.6、名称为“一种带加强环的螺旋钢管及其制作方法”的发明专利权，该专利中，加强环与主体钢管可以分别制作，然后焊接而成。存在如下缺陷:①、管体与加强环是两个单独的零件，由焊缝连接为一体，在加强环受力时，焊缝是应力集中区，有开裂隐患、在卷圆弯曲过程中，由于焊缝处于加工变形区的外侧，焊缝受拉伸，变形大，极易开裂；③、管体如果长期受动载荷，如地铁、车辆等，焊缝极易因动载疲劳而开裂；④、鉴于本类管体结构是半柔性结构物，特别是大直径管体时，对管土共同受力效应(即管体与周围的回填土协同变形)的依赖较大，应增加管体自身的刚度，以避免较大的变形。
[0004]因此，亟待解决上述技术难题。
【发明内容】
[0005]发明目的:本发明的第一目的是提供一种大口径高强度、提高防腐性和耐磨性的双金属螺旋钢管；
[0006]本发明的第二目的是提供该钢管的制作方法。
[0007]技术方案:本发明所述的钢管，包括管体，所述管体表面向外延伸形成沿管体外壁螺旋设置的凸筋，该凸筋与管体形成凹槽，并设有能覆盖该凹槽槽口的辅助内钢带，所述凹槽与辅助内钢带之间形成空心腔体，并且该空心腔体内填充混凝土。
[0008]本发明中，钢管主体的材质为碳钢；辅助内钢带可以覆盖整个管体内壁，也可以覆盖部分管体内壁；该辅助内钢带可以选用特种合金钢、不锈钢、耐磨钢、铝或铜等，能提高管体内壁的防腐蚀性，同时使主钢材的厚度可以减薄，降低了材料成本。
[0009]当然，在所述辅助内钢带和凹槽之间还设有用于封堵凹槽槽口的封堵钢带。
[0010]本发明的另一种钢管，包括管体，所述管体表面向外延伸形成沿管体外壁螺旋设置的凸筋，该管体与凸筋形成凹槽，并设有能封堵该凹槽槽口的封堵钢带，所述凹槽与封堵钢带之间形成空心腔体，并且该空心腔体内填充混凝土，同时，在位于水位线以下的管体内壁上设有辅助内钢带。
[0011]所述凸筋的截面为Ω形、槽型、波浪形、半圆形、抛物线形或梯形。
[0012]本发明的钢管中，管体由一面具有至少一排凸筋、另一面对应形成凹槽的主钢带，以及用于覆盖该凹槽槽口的辅助内钢带共同螺旋绕制而成，该辅助内钢带可增强主钢带的递送力，避免卷绕时钢带发生变形。
[0013]本发明所述双金属螺旋钢管的制作方法，包括如下步骤:
[0014]A、预备主钢带和辅助内钢带；
[0015]B、该主钢带具有第一对边和第二对边，将主钢带弯折成带凸筋的钢带，该凸筋沿主钢带的第一对边间隔设置，且与第二对边的长度一致，并与主钢带形成凹槽；
[0016]C、将辅助内钢带贴合于主钢带凹槽槽口位置，以形成复合型钢带，同时所述凸筋和辅助内钢带之间形成空心腔体；
[0017]D、将该复合型钢带螺旋卷绕形成带螺旋形空心腔体的管体；
[0018]E、按要求长度切断管体，在管体两端凸筋的切口处焊接主钢带和辅助内钢带之间的缝隙；
[0019]F、从管体一端凸筋的切口处浇注混凝土，直至混凝土从该管体另一端凸筋的切口处流出，空心腔体内充满混凝土，即完成制作。
[0020]步骤C中，先用封堵钢带贴合于主钢带凹槽的槽口处，再在封堵钢带上贴合辅助内钢带，以形成复合型钢带，然后按照A-F步骤，完成钢管制作。
[0021]发明原理:本发明同时应用了管土共同受力原理和混凝土钢管原理，管土共同受力原理是管道在埋置后，管道的上部载荷不是靠管道的刚性来承受，而是靠管道与四周土石相互之间受力共同作用，就形成了管土共同受力效应，垂直向下的载荷就会转化为管体管壁的环向内压力。混凝土钢管的工作原理是在空心的钢管内充填混凝土，利用混凝土的优越的承压能力和钢管的对混凝土的包围作用，使钢管的竖向承压能力极大的增强。本发明将普通碳钢、不锈钢及混凝土三种材料有机的结合为一体，并充分发挥各自的特点及优势，在整体结构中分别承担不同的作用。
[0022]在螺旋钢管外壁形成全闭合的凸筋，不仅可以增加管壁周向惯性矩，使主钢带的壁厚比一般钢管壁厚大大减薄，降低材料的成本，可以制造大口径及超大口径的钢管；当主钢材较薄时，卷圆过程中，递送力会使钢带挠曲，无法进行递送卷圆，所以主钢带首先成型成截面带有凸筋结构，继而用辅助内钢带焊接，形成闭合状，钢带横截面积及惯性矩大增，卷圆时递送很容易实现，便于加工；最为重要的是，凸筋直接由管体一体加工成型，两者之间不存在焊缝，不存在应力集中区，无开裂隐患；同时钢管刚度得到提高，在管土共同受力效应(即管体与周围的回填土协同变形)中不易产生较大变形，可以很好的承受由外界的振动而引起的动载荷，如地铁、车辆等。同时，管体内壁全部或部分设有辅助内钢带，可避免或减少流体对主钢管的锈蚀、磨损及主钢管对流体的污染，也正是由于管道内部设置了辅助内钢带，主钢材的厚度又可以再次减薄，且由于辅助内钢带选用了特殊材质从而大大提高了钢管防腐及耐磨性能。此外，通过向空心腔体内灌注素混凝土或钢筋混凝土，大大提高了凸筋内壁的径向及环向的抗压能力。埋地使用时，在管土共同受力效应的作用下，凸筋及其内的混凝土共同承受环向压力，进一步提高管体的整体强度，从而可进一步减薄主钢材的板厚，更进一步降低了材料成本。
[0023]有益效果:与现有技术相比，本发明具有以下显著优点:首先，该管体外壁的凸筋与管体一体成型，两者之间无焊缝，在承受动载荷时能耐受动载疲劳；其次，管体内壁带有特定金属材质的辅助内钢带，能提高了钢管的防腐性和耐磨性，避免了流体的污染，还可使钢管主体的厚度减薄，降低了材料成本；同时，管体内壁还可设置封堵钢带，其与凸筋形成空心腔体，并可在该空心腔体内填充混凝土，该封堵钢带还可用于承担管内介质对辅助内钢带的压力，防止辅助内钢带向凹槽内变形；最后，该管道可用于输送水或特殊介质的场合，例如供水、排水或具有腐蚀性强的介质、对纯净度要求较高的介质及温度高的介质等，大大降低了制造成本。
【附图说明】
[0024]图1为本发明主钢带的横截面示意图；
[0025]图2为表面具有凸筋的主钢带的结构示意图；
[0026]图3为表面具有凸筋的主钢带的横截面示意图；
[0027]图4为本发明主钢带与封堵钢带焊接位置的示意图；
[0028]图5为本发明主钢带、封堵钢带及辅助内钢带焊接位置的示意图；
[0029]图6为图5中A处的局部放大图；
[0030]图7为图5中B处的局部放大图；
[0031]图8为图5中C处的局部放大图；
[0032]图9为本发明复合型钢带螺旋卷制加工的示意图；
[0033]图10为本发明螺旋钢管卷制后的立体图；
[0034]图11为本发明钢管螺旋卷制过程中管节对接焊接的横截面示意图；
[0035]图12为图11中D处局部放大图；
[0036]图13本发明单节钢管整体结构示意图；
[0037]图14为本发明钢管横向截面结构示意图；
[0038]图15为本发明纵向截面结构示意图；
[0039]图16为本发明内壁全部覆盖辅助内钢带的管体的横截面示意图；
[0040]图17为本发明内壁部分覆盖辅助内钢带的管体的横截面示意图。
【具体实施方式】
[0041]下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
[0042]本发明的钢管，包括管体100，包括管体100，所述管体100表面向外延伸形成沿管体外壁螺旋设置的凸筋102，该管体100与凸筋102形成凹槽103，辅助内钢带200覆盖该凹槽槽口位置，凹槽103与辅助内钢带200之间形成空心腔体300，并且该空心腔体300内填充混凝土 400。
[0043]本发明中，管体外壁具有凸筋结构，可大大提高主管体的截面惯性矩，该惯性矩比一般的加强方式提高很多，承载能力提高，使制成管体的主钢带的壁厚比一般钢管壁厚大大减薄，降低了材料成本；同时，主钢带卷圆时可实现薄板递送，卷圆工艺突破。上述凸筋的截面可以为Ω形、槽型、波浪形、半圆形、抛物线形或梯形。
[0044]本发明为双金属螺旋钢管，其中的“双金属”是指钢管主体和辅助内钢带分别采用两种金属材质。其中，辅助内钢带既可以覆盖整个管体内壁，也可以覆盖部分管体内壁，其中，覆盖部分管体内壁即为覆盖管体凹槽的槽口位置，从而形成空心腔体。辅助内钢带选用包括但不限于特种合金钢、不锈钢、耐磨钢、铝或铜等特定金属材质制成，它能提高管体内壁的防腐蚀性和耐磨性，避免了流体的污染，同时再次使主钢材的厚度可以减薄，降低了材料成本，同时该辅助内钢带还可增强主钢带卷绕时的递送力，避免卷绕时主钢带发生变形。而钢管主体可采用价格低廉的普通碳钢，也可以降低成本。
[0045]在辅助内钢带和凹槽之间还设有用于封堵凹槽槽口的封堵钢带500。该封堵钢带一