专利名称：带有一体成形凸缘的金属导管及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种带凸缘金属导管(一种在其一端部处带有凸缘的金属导管)和一种相关的制造方法。尤其是，本发明涉及一种在刚度、强度以及耐用性方面优越的带凸缘金属导管，和一种相关的制造方法。
背景技术：
对于诸如金属管柱这样的建筑材料、诸如旋转压入式金属管桩这样的工程材料来说、以及诸如液体输送管道这样的工业材料来说，非常罕见使用简单的管状金属导管结构。一般来说，对于前述目的中之一来说，一个单独制成的凸缘部分被焊接在所述管状金属导管的一个敞口端部上，来形成一根带凸缘金属导管。
例如，在将带凸缘导管用于诸如液体输送导管这样的工业材料的情况下，凸缘部分被焊接在金属导管主体的一个敞口端部上，并且向外突起。所述凸缘部分随后通过紧固件对接在另外一根带凸缘金属导管上的相同形状凸缘部分上。
在将带凸缘金属导管用作金属管柱的情况下，凸缘部分也被焊接在金属导管主体的的一个敞口端部上，并且向外突起。所述带凸缘金属导管可以通过利用螺栓将所述凸缘部分固定在一个基板上而用作金属管柱。
在将金属导管用作旋转压入式金属管桩的情况下，一个盘状构件被焊接在金属导管主体的一个敞口端部上，来形成一个旋转挖掘叶片。
此外，已知一种通过利用一个锥形辊来对一根金属导管的一敞口端部进行滚轧而在该金属导管的端部处连续地形成一个凸缘部分，作为所述导管的一个延展部分。在这种带凸缘金属导管中，凸缘部分是一个位于所述金属导管端部处的塑性变形盘状或者截锥状部分，其通过对所述金属导管的一个敞口端部进行冷加工(滚轧)而连续地形成。
但是，根据背景技术的金属导管已经预先经受一种特殊预处理，来通过热加工(滚轧)增大敞口端部的厚度。此外，在背景技术中，具有连续成形的凸缘部分的金属导管无法在不使用一个独立紧固装置的条件下使用。还有，具有连续成形的凸缘部分的金属导管无法通过利用螺栓将凸缘部分固定到基板上而被用作一根金属管柱。换句话说，在背景技术中，并不知晓将具有一个通过冷滚轧处理获得的连续成形凸缘部分的金属导管用作常规凸缘，其中常规凸缘具有螺纹孔，以便容许利用螺栓将所述带凸缘导管固定到其它构件上。
也并不知晓将通过在一种冷滚轧工艺中将金属导管的一个敞口端部制成一个盘状凸缘或者一个截锥状凸缘而获得的带凸缘金属导管用作一个即将通过形成于凸缘上的孔利用螺栓固定在其它构件或者结构上的凸缘部分。这种金属导管无法以前述方式使用的原因在于，所述带凸缘金属导管上的凸缘部分在刚度、强度以及耐用性方面不足以通过形成于凸缘部分上的孔利用螺栓固定在其它构件或者结构上。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种带凸缘导管，其中凸缘部分和金属导管部分均由一个整体单件结构形成，这种带凸缘导管具有足够的刚度、强度以及耐用性，以便通过形成于所述凸缘部分上的孔利用螺栓将该凸缘部分固连在其它构件或者结构上。本发明中的凸缘部分指的是位于所述金属导管的端部处的盘状或者截锥状部分，该盘状或者截锥状部分通过对所述金属导管的一个敞口端部进行冷加工(滚轧)而连续地形成。换句话说，所述凸缘部分是一个塑性变形部分，并且所述凸缘部分和金属导管部分均由一个整体单件结构形成。
在下文中，由一个整体单件结构形成的整体式凸缘部分和金属导管部分被简称为一个“一体成形凸缘”。所述凸缘的宽度(凸缘宽度)指的是所述凸缘的最内侧端部与其外侧端部(周边)之间的距离。如果所述凸缘呈截锥状，那么所述凸缘的宽度还对应于一个截锥的母线。所述凸缘的内侧端部指的是一个位于金属导管弯曲部分的外表面处的位置，所述弯曲部分位于金属导管主体与凸缘之间。所述金属导管的外径在所述弯曲部分处变得最小。
根据本发明，无需将一个单独制备的凸缘部件焊接到导管主体上，或者执行一种预处理来增大导管上即将执行塑性冷加工(滚轧)处理的部分(下文中称作导管主体上的“待加工部分”)的厚度。
本发明的另外一个目的在于提供一种带有一体成形凸缘的带凸缘导管，所述凸缘具有至少一个通孔，用于接收至少一根螺栓，从而使得所述凸缘可以用作一个金属导管联接件。
本发明的再一个目的在于提供一种带有一个用于旋转压入式金属管桩的一体成形凸缘的带凸缘金属导管。这种带凸缘金属导管通过在所述带凸缘导管上的凸缘部分的一部分上形成一个切槽并且随后弯曲具有所述切槽的那部分凸缘制备而成。
本发明人已经发现，当通过冷加工形成所述一体成形凸缘时，如果待加工部分的长度超过一个特定长度，那么会发现加工应变现象(由于加工而硬化)增加。此外，为了在凸缘中形成一个较厚部分，并且为了提高硬度、屈服强度以及屈服率，凸缘长度的增大受到抑止。前述发现已经引导本发明能够提供一种在刚度、强度以及耐用性方面优越的带凸缘导管，和一种在后面进行总结性描述的相关制造方法。
根据一个实施例，本发明涉及一种带凸缘导管，包括一个导管主体部分；一个凸缘部分；以及一个位于所述导管主体部分与凸缘部分之间的弯曲部分，其中所述导管主体部分、弯曲部分以及凸缘部分均由一个整体单件结构形成，所述弯曲部分的最小内径小于所述导管主体部分的内径，并且所述凸缘部分具有一个厚度大于所述导管主体部分厚度的第一部分和一个厚度小于所述导管主体部分厚度的第二部分。
根据另外一个实施例，本发明涉及一种带凸缘金属导管，包括一个金属导管主体部分；一个凸缘部分；以及一个位于所述金属导管主体部分与凸缘部分之间的弯曲部分，其中所述金属导管主体部分、弯曲部分以及凸缘部分均由一个整体单件结构形成，所述弯曲部分的最小内径是所述金属导管主体部分内径的0.7至0.95倍，所述凸缘部分具有一个厚度大于所述金属导管主体部分厚度的第一部分和一个厚度小于所述金属导管主体部分厚度的第二部分，所述凸缘部分的最大厚度是所述金属导管主体部分厚度的1.15至2倍；并且所述凸缘部分的顶表面的最大硬度是所述金属导管主体部分的外表面硬度的1.15至2倍。
根据本发明中的一种方法，一种制造带凸缘金属导管的方法包括下述步骤利用至少一个辊对一个金属导管主体的一敞口端部进行加工；和通过加工使得所述金属导管主体发生延展来形成一个凸缘部分和一个弯曲部分，其中所述金属导管主体的敞口端部上待加工部分的长度是所述凸缘部分宽度的1.3至2.7倍。
本发明的其它应用范围将从下文给出的详细描述中明了。但是，必须明白的是，尽管表示了本发明的优选实施例，但是这些详细描述和具体示例仅为例证目的而给出，因为对于本技术领域中那些熟练人员来说，通过这些详细描述，将会明了在本发明的实质和范围之内的各种变型和改进。
通过下面给出的详细描述以及附图，将更为全面地理解本发明，其中这些描述和附图仅为例证目的而给出，由此不对本发明构成限制，其中图1是一个本发明中的带凸缘金属导管的纵向剖视图；图2(a)、2(b)和2(c)示出了一种用于通过冷加工(滚轧)制造本发明中的带凸缘金属导管的工艺；图3示出了金属导管主体上的待加工部分的长度与凸缘宽度之间的关系；图4(a)是一个示意图，描绘了本发明中的带凸缘金属导管上的厚度测量部位；图4(b)示出了本发明中的带凸缘金属导管上的厚度测量结果；图5示出了测量位置与(凸缘厚度)/(金属导管主体厚度)的比率之间的关系；图6(a)是一个示意图，描绘了本发明中的带凸缘金属导管上的维氏硬度测量位置；
图6(b)示出了本发明中的带凸缘金属导管上的维氏硬度测量结果；图7示出了本发明中的带凸缘金属导管上的凸缘硬度比率，即(凸缘部分的维氏硬度值)/(金属导管主体的维氏硬度值)；图8(a)是一个侧视图，示出了一个本发明中的带凸缘金属导管上的截锥状凸缘部分；图8(b)是一个沿着图8(a)中线I-I的纵向剖视图；图9(a)是一个侧视图，示出了一个本发明中的带凸缘金属导管上的倾斜凸缘部分；图9(b)是一个沿着图9(a)中线II-II的纵向剖视图；图10(a)是一个透视图，示出了一种将本发明中用作金属管柱的带凸缘金属导管固定在地基上的方式；图10(b)是一个剖视图，示出了一种将本发明中用作金属管柱的带凸缘金属导管固定在地基上的方式；图11(a)是一个透视图，示出了一种将本发明用作金属管柱的带凸缘金属导管固定在地基上的方式，其中所述带凸缘金属导管在凸缘上带有孔；图11(b)是一个剖视图，示出了一种将本发明中用作金属管柱的带凸缘金属导管固定在地基上的方式，其中所述带凸缘金属导管在凸缘上带有孔；图12(a)是一个透视图，示出了一种将本发明中的带凸缘金属导管上的凸缘部分用作一个用于液体输送导管的联接装置的示例；图12(b)是一个剖视图，示出了一种将本发明中的带凸缘金属导管上的凸缘部分用作一个用于液体输送导管的联接装置的示例；
图13(a)是一个透视图，示出了一种将本发明中的带凸缘金属导管用作一个金属管桩的示例；图13(b)是一个沿着图13(a)中线III-III的纵向剖视图；图14(a)-14(d)示出了当本发明中的带凸缘金属导管上的凸缘部分被用作一个金属管桩时，如何成形一个用于金属管桩的叶片；而图15(a)-15(c)示出了当本发明中的带凸缘金属导管上的凸缘部分被用作一个金属管桩时，如何成形一个叶片的更为优选示例。
具体实施例方式
在下面的描述中将参照附图更为具体地对本发明进行表述。一个用于本发明的金属导管主体可以选自于电阻焊接导管、对接焊接导管以及无缝导管。还必须提及的是，根据本发明的金属导管主体最好由钢制成；但是，同样也可以使用其它金属材料。
下面将参照图2对一种本发明中用于制造带凸缘金属导管的方法进行描述，所述带凸缘金属导管至少在其一个敞口端部处具有一个整体成形的盘状或者截锥状凸缘。
利用锥状辊11和13对一个金属导管主体3进行冷加工(滚轧)，来形成一个盘状凸缘2。首先，利用一个夹持装置10将一个金属导管主体3夹持住，从而使得可以如图2(a)中示出的那样利用一个辊对该金属导管主体上的待加工部分L进行冷加工(滚轧)。一对锥状加工辊11和13被插入金属导管主体3的一个敞口端部之内。还有，各个锥状加工辊11和13均可以环绕与锥状加工辊的轴同轴的支撑轴12旋转，另外，每个锥状加工辊11和13均可绕着金属导管主体3的轴线14进行旋转，并且还可以沿着附图中的G方向(沿着所述导管的轴向)从金属导管主体3的所述敞口端部向该金属导管主体3内部的待加工部分L前移。随着锥状加工辊11和13沿着G方向从金属导管主体3的所述敞口端部向待加工部分L前移，它们将环绕它们各自的轴线(支撑轴12的轴线)和金属导管主体轴线14进行旋转。金属导管主体3的一个敞口端部(前导部分)逐步向外延展，来如图2(b)中示出的那样形成一个截锥。随着形成于金属导管主体轴线14与各个支撑轴12之间的夹角逐步增大，同时所述加工辊环绕它们各自轴线和金属导管主体轴线14进行旋转，金属导管主体3的所述敞口端部更为外扩。最后，通过将所述加工辊的支撑轴倾斜至这样的程度，即各个锥状加工辊11和13的表面如图2(c)中所示变得水平来成形一根带凸缘金属导管1，在金属导管主体3的端部处形成一个盘状凸缘2。
必须注意的是，能够同时执行所有前述工艺，即环绕它们各自轴线和金属导管主体轴线14旋转锥状加工辊11和13、沿着方向G前移锥状辊11和13、以及逐步增大形成于金属导管主体轴线14与各个锥状加工辊11和13的支撑轴12之间的夹角，从而使得金属导管主体3的一个敝口端部能够外扩来形成盘状凸缘2。
但是，也可以在完成图2(b)中所示工艺之后，回退所述那对锥状加工辊11和13，并且随后将锥状加工辊11和13的各个支撑轴12倾斜，以便使得锥状加工辊11和13的各个上表面面对着垂直于金属导管主体轴线14的导管。接着，使得锥状加工辊11和13的各个上表面压靠在形成于金属导管主体3的一个敝口端部上的截锥的敞口端部上，同时使得所述锥状加工辊环绕它们各自轴线和金属导管主体轴线14进行旋转，来均匀地形成盘状凸缘2。
针对锥状加工辊11和13的排布方式和数目来说，没有任何具体限制。例如，可以设置一对锥状加工辊11和13，以便环绕金属导管主体轴线14对称，或者可以使用不止两个锥状加工辊。但是，通常优选的是使用四个加工辊，从而使得形成于这些锥状加工辊的两个相邻支撑轴12之间的夹角相同。
下面将对一根带凸缘金属导管1进行描述，其至少在金属导管主体3的一个敞口端部处具有一个整体成形的盘状(图2(c))或者截锥状(图2(b))凸缘。
制备十一根具有一体成形凸缘的不同带凸缘金属导管，其中金属导管主体3上的待加工部分L的长度范围从20毫米至120毫米。图1示出了所制备的带凸缘金属导管1的纵向剖视图。使用一种满足日本工业规格标准JIS G 3444的STK400的金属导管(STK400钢管)。金属导管主体3的厚度大约为4.5毫米，外径大约为114.3毫米。这十一根所制备带凸缘导管的凸缘宽度范围从18毫米至57毫米。
针对金属导管主体3上的待加工部分L的长度与带凸缘金属导管1上的凸缘2的凸缘宽度W之间的关系来说，对这十一根带凸缘金属导管进行研究。利用一把游标卡尺对金属导管主体3上的待加工部分L的长度和凸缘2的凸缘宽度W进行测量。
图3示出了金属导管主体3上的待加工部分L的长度与通过冷加工形成的凸缘2的凸缘宽度W之间的关系。图3示出了成形一体成形凸缘2的冷加工部位，凸缘2的凸缘宽度W短于金属导管主体3上的待加工部分L的长度。在待加工部分L的长度等于或者大于60毫米和/或凸缘宽度W等于或者大于40毫米的区域中，弯曲斜率减小，表示L与W之间的关系变得缓和。这样就表示在该区域中凸缘宽度W变得更难以增大。
对宽度为57毫米的凸缘的厚度进行测量。在图4(a)中示出了所测量凸缘的一个示意性半剖视图。利用一个测微计在8个位置处对所述凸缘的厚度进行测量。具体来说，在下述位置处对所述凸缘的厚度进行测量(1)金属导管主体3；(2)凸缘2的径向内侧端部(凸缘内端部7)；(3)从凸缘2的径向外侧端部(凸缘外端部6)向内5毫米处；(4)从凸缘外端部6向内10毫米处；(5)从凸缘外端部6向内20毫米处；(6)从凸缘外端部6向内30毫米处；(7)从凸缘外端部6向内40毫米处；(8)从凸缘外端部6向内50毫米处。
图4(b)示出了厚度测量结果，而图5示出了测量位置与(凸缘厚度)/(金属导管主体厚度)的比率之间的关系。凸缘厚度在从凸缘外端部6向内30毫米处，即大约位于凸缘外端部6与凸缘内端部7之间的中点处(凸缘中点5)，最大。在从凸缘外端部6向内10毫米处，厚度小于金属导管主体3的厚度。
鉴于前述结果，发现当通过冷加工成形所述一体成形凸缘时，在待加工部分L的长度等于或者大于60毫米和/或凸缘宽度W等于或者大于40毫米的区域中，尤其是在凸缘宽度W大于45毫米的区域中，凸缘宽度W的增大受到明显抑止。此外，凸缘2具有一个较厚部分和一个较薄部分，它们分别大于和小于金属导管主体3的厚度，并且在径向中点区域中厚度(t)的增大明显。换句话说，当(待加工部分L的长度)＞(凸缘宽度W)×1.3时，在所述径向中点区域中厚度(t)的增大变得明显。
还有，通过利用前述锥状加工辊11和13来对一个STK400金属导管主体3的一敞口端部和一个SGP100A金属导管主体3的一敞口端部进行冷加工，带凸缘金属导管1具有一个宽度为60毫米的一体成形凸缘2。SGP100A金属导管主体对应于一种按照日本工业规格标准JIS G 3452的SGP100A形成的钢管主体。STK400钢管和SGP100A钢管均在金属导管主体3中具有相同厚度(4.5毫米)和相同直径(114.3毫米)。在图6(a)中示出了所制备带凸缘导管的示意图，其中凸缘厚度的细节没有示出。
按照JIS Z 2244针对金属导管主体3、凸缘内端部7、凸缘中点5以及凸缘外端部6的外表面和内表面进行维氏硬度测量。凸缘2的外表面对应于原始金属导管主体3的外表面(在经受冷加工之前的金属导管主体)，其也是凸缘2的上(顶)表面。凸缘2的内表面对应于原始金属导管主体3的内表面，其也是凸缘2的下(底)表面。
在下述区域对凸缘部分的维氏硬度进行测量(1)从凸缘外端部6向内10毫米的最外侧区域；(2)从凸缘内端部7向外10毫米的最内侧区域；以及(3)具有10毫米径向宽度的中点区域，包括位于其中心处的凸缘中点5。沿着所述导管的长度方向，在一个背离凸缘2的底表面超过30毫米的位置处对金属导管主体3的维氏硬度进行测量。
图6(b)示出了维氏硬度测量结果。图7示出了金属导管类型、测量位置与凸缘2的维氏硬度与金属导管主体3的维氏硬度的比率，即被称作凸缘硬度比率的(凸缘部分的维氏硬度值)/(金属导管主体的维氏硬度值)，之间的关系。
根据图7，发现在通过冷加工成形一体成形凸缘2的情况下，在待加工部分L的长度等于或者大于60毫米并且凸缘的宽度W等于或者大于40毫米的区域中，尤其是在凸缘宽度大于45毫米的区域中，凸缘宽度W的增大受到明显抑止。此外，凸缘2具有一个较厚部分和一个较薄部分，它们分别大于和小于金属导管主体3的厚度。还有，在所述径向中点区域中厚度(t)的增大明显。最后，由于通过冷加工而发生硬化，所以在整个凸缘上所述凸缘硬度比率变得大于1.0。换句话说，发现在满足下述条件的情况下，即(待加工部分L的长度)＞(凸缘宽度W)×1.3时，在所述径向中点区域中厚度(t)的增大变得明显，并且所述凸缘表面的硬度变得高于金属导管主体3的表面硬度。
由SGP 100A钢管制成的带凸缘金属导管1的凸缘硬度比率大于由STK400制成的凸缘钢管的凸缘硬度比率，这表明原始钢管的材料越软，那么通过冷加工发生硬化就越明显。这样就导致一个较高的凸缘硬度比率。
当通过对一个金属导管主体的一敞口端部进行冷加工来制造一根带凸缘金属导管，从而使得待加工部分L的长度变得等于或者大于60毫米时，凸缘宽度W变得等于或者大于40毫米，尤其是凸缘宽度W变得大于45毫米，或者满足下述条件，(待加工部分L的长度)＞(凸缘宽度W)×1.3时，所制得的带凸缘金属导管可以在刚度、强度以及耐用性方向优越。因此，能够通过形成于所制得的带凸缘金属导管的凸缘部分上的孔利用螺栓将所述凸缘部分接合到另外一个凸缘部分或者一个基板上。
所制得的带凸缘金属导管1具有一个凸缘2，该凸缘2一部分的厚度大于金属导管主体3的厚度。如前所述，所制得的带凸缘金属导管1还具有优越的硬度和屈服率。还发现，这种带凸缘金属导管的特征在于其形状。具体来说，正如图1或者图4中所示，带凸缘金属导管1在弯曲部分4处具有一个颈缩部，该颈缩部桥接在金属导管主体3与凸缘2之间。在该位置处，最小的内径小于金属导管主体3的内径。在一个背离凸缘2的底表面为20毫米或者更少的区域中，带凸缘金属导管1的外径和内径分别小于金属导管主体3的外径和内径。
以前述方式制成的带有一体成形凸缘的金属导管1具有一个厚度大于金属导管主体3厚度的部分的原因在于，在通过冷加工促使所述导管主体发生塑性变形的同时，会在凸缘2的最外侧区域中发生键联(binding)，这样会朝向凸缘2的内侧端部产生一个压缩应力。由于最外侧区域发生键联而导致的压缩应力会随着凸缘2的宽度增大而变大。这样就使得当金属导管主体3上的待加工部分L的长度处于合适范围中时，所述凸缘的中点区域的厚度增加，并且形成一个颈缩部。
还有，对下述因素或者项目进行研究，即(凸缘的最大厚度)/(金属导管主体的内径)、(弯曲部分的最小内径)/(金属导管主体的内径)、(凸缘的最大维氏硬度)/(金属导管主体的维氏硬度)、在金属导管主体的外径范围从60至400毫米的情况下确保足够刚度和强度的凸缘宽度范围、以及(待加工部分的长度)/(凸缘宽度)。下面将对研究结果进行描述。
对于(凸缘的最大厚度)/(金属导管主体的厚度)的比率来说，优选的是1.15或者更高，这样能够改善凸缘的刚度和耐用性。该比率的值通常不超过2。所述凸缘的厚度可以利用一个测微计进行测量。凸缘2的最大厚度可以被确定为凸缘2的凸缘外端部6与凸缘内端部7之间的凸缘中点5的厚度，或者通过以规则的间距测量出多个点处的厚度，比如间隔5.0毫米或者10毫米来测量。
(弯曲部分的最小内径)/(金属导管主体的内径)的比率最好位于0.95至0.70之间。该比率意味着在凸缘2和金属导管主体3之间形成一个颈缩部7，这样能够使得本发明中的带凸缘金属导管1在刚度和抵抗巨大扭转或弯曲应力的性能方面得到改善。
(凸缘部分的最大维氏硬度)/(金属导管主体的维氏硬度)的比率最好等于或者大于1.15。这是一个用于通过增大凸缘的强度达到令人满意的质量和功能的指标，比如耐用性。凸缘2的维氏硬度通过在凸缘2的成形过程中进行冷加工发生硬化而增大。因此，金属导管主体中的材料越软，(凸缘的最大维氏硬度)/(金属导管主体的维氏硬度)的比率变得越大。换句话说，金属导管主体的维氏硬度越小，(凸缘的最大维氏硬度)/(金属导管主体的维氏硬度)的比率越高。但是，所述比率的值几乎不会超过2。
根据日本工业规格标准JIS Z 2244，针对凸缘2的外表面和内表面对凸缘2的维氏硬度进行测量。这种测量在多个位置处进行，比如在下述区域处进行(1)从凸缘外端部6向内10毫米的最外侧区域；(2)从凸缘内端部7向外10毫米的最内侧区域；(3)具有10毫米径向宽度的中点区域，包括位于其中心处的凸缘中点5。当然，这种测量也可以在不止5个点处进行。测量值中的最大值将是凸缘的最大维氏硬度。
针对在金属导管主体的外径范围从60至400毫米的情况下确保足够刚度和强度的凸缘宽度范围来说，凸缘宽度W必须等于或者大约40毫米，优选的是等于或者大于45毫米。凸缘宽度W的上限由在冷加工的同时在所述凸缘的外侧端部处发生龟裂的宽度加以限定。这一点取决于金属导管主体3的厚度和材料。但是，通常在凸缘宽度W超过120毫米时开始发生龟裂。当考虑通过对凸缘2进行冷加工的刚度、强度和可成形性时，凸缘宽度W的范围最好是从45毫米至60毫米。
(待加工部分的长度)/(凸缘宽度)的比率的优选值位于1.32至2.7之间，这样能够使得(凸缘的最大厚度)/(金属导管主体的厚度)的比率为1.15或者更高，使得(弯曲部分的最小内径)/(金属导管主体的内径)的比率位于0.95至0.70之间，并且使得(凸缘部分的最大维氏硬度)/(金属主体部分的维氏硬度)的比率等于或者大于1.15。根据金属导管主体3的强度、厚度以及外径，待加工部分L的长度最好位于70毫米至120毫米之间。
下面将对本发明中的带凸缘金属导管1的多种示例进行描述。
本发明中的带凸缘金属导管1包括一个凸缘2和一个整体式金属导管主体3。凸缘2和金属导管主体3通过对金属导管主体3的一个敞口端部进行冷加工由一个整体(一体式)结构一体形成。换句话说，本发明中的带凸缘金属导管1上的凸缘2并非通过将一个单独制备的构件焊接在金属导管主体3上而形成。凸缘2直接由金属导管主体3的一个敞口端部形成。因此，凸缘2具有一个通过冷加工形成的结构，其中金属导管主体3的所述敞口端部发生塑性变形来形成凸缘2。
必须注意的是，本发明中的带凸缘金属导管1上的凸缘2也可以呈如图8(a)和8(b)中示意性示出的截锥形状，或者可以呈如图9(a)和9(b)中的夹角θ示意性示出的斜截锥形状。
如图10(a)和10(b)中所示，本发明中的带凸缘金属导管1可以通过将凸缘2的上表面与基板24固定起来而被用作一个金属管柱。在图10(b)中，基板24利用地脚螺栓25固定在地基23上。基板24压持住带凸缘金属导管1上的凸缘2，来将所述金属管柱固定起来。
本发明中的带凸缘金属导管可以具有这样一个强度，即足以通过在凸缘2上成形孔之后利用螺栓和螺母将其接合在另外一个构件或者另外一根带凸缘金属导管上。图11(a)和11(b)示出了通过在凸缘2上成形孔将本发明中的带凸缘金属导管1用作一根金属管柱20的示例。金属管柱20的底部22是一个盘状凸缘2，其通过对金属导管主体3的一个敞口端部进行冷加工而形成(一体成形凸缘)。该盘状凸缘2具有一个通过机加工而形成的螺栓插入孔21，该盘状凸缘2用作一块固定板22。金属管柱20上的固定板22(底部)被放置在地基23上的基板24上，从而使得固定于地基23中的地脚螺栓25可以插入固定板22和基板24上的螺栓插入孔21之内。通过拧紧螺母26和地脚螺栓25，金属管柱20可以被固定在地基23上。固定板22的刚度良好，并且能够在不被损坏的条件下将金属管柱20牢固地固定在地基23上，即使向金属管柱20的底部施加巨大的弯曲力或者提升力亦是如此。
也可以通过在多个金属管柱中每一个的两端上成形出具有螺栓插入孔21的固定板22，利用螺栓和螺母将这些金属管柱20彼此接合起来。利用本发明中的带凸缘金属导管1的金属管柱20在固定板22处以及其周围的强度和刚度非常好，风摆幅度很小，并且疲劳强度很高。利用本发明的金属管柱还确保了在固定板22与金属导管主体3之间呈直角，这样可以确保非常笔直地利用螺栓将大量的金属管柱相互接合起来。
图12(a)和12(b)示出了本发明的另外一种示例，其中本发明中的带凸缘金属导管1被用于一根液体输送导管30。液体输送导管30具有一个通过在盘状凸缘2上设置螺栓孔31而形成的凸缘32，其中盘状凸缘2通过冷加工而形成(一体成形凸缘)。经由垫圈33利用螺栓34和螺母35通过联接相邻液体输送导管30上的凸缘2，大量在两端处带有凸缘32的液体输送导管30可以被接合起来，形成一条不透水的液体输送管线。
利用本发明中的带凸缘金属导管的液体输送导管在凸缘强度方面非常好，联接部可以避免受损和防止泄漏，即使施加内部压力和地震外力亦是如此。厚的凸缘可以向该凸缘提供很高的刚度，并且由于颈缩部导致的金属导管3上的狭窄外径和内径可以提供良好的弯曲强度。利用本发明的液体输送导管还具有精确的凸缘形状，和位于凸缘平面与金属导管主体3的纵轴之间的精确夹角，这就使得能够轻易地防止液体从利用螺栓接合起来的联接部发生泄漏。
由于本发明中的带凸缘金属导管1具有一个在强度和刚度方面良好的凸缘2，所以还能够通过使得凸缘2用作一个固定于金属管桩的前导端部上的叶片，使用带凸缘金属导管1作为一个金属管桩。凸缘2可以通过在其一部分上形成一个切槽而转变成一个叶片，所述切槽从凸缘2的外侧端部6向上延伸至弯曲部分4。接着，所述凸缘分别在所述切槽的两侧向上和向下弯曲。
图13是本发明中的改良的带凸缘金属导管1的示意图，用于被用作一个旋转压入式金属管桩40。通过在凸缘2的一部分上形成一个切槽并且随后通过分别向上和向下弯曲该切槽的两侧，带凸缘金属导管1上的凸缘2可以转变成一个叶片41。图13中的凸缘具有三个形成于其上的切槽；但是，将会明白的是，可以设置或多或少的切槽。
图14示出了用于制造旋转压入式金属管桩40的工艺。如图14(a)中所示，一个切槽42被制成差不多到达凸缘2上的弯曲部分4，该切槽42呈直线状、弯曲状、V形或者U形。接着，如图14(b)中所示，切槽42的两侧，即沿着旋转方向的前导端部P和拖尾端部R，分别被沿着箭头X和箭头Y的方向弯曲，来如图14(c)和图14(d)中所示那样形成旋转压入式金属管桩上的叶片41的挖掘叶片部43和挖掘导向部44。形成于挖掘叶片部43与挖掘导向部44之间的间隙45可以有利于通过挖掘叶片部43将泥土和砂石排出至叶片41的上表面。由此，有效地避免了在金属导管主体的外表面与泥土和砂石之间形成气隙。挖掘叶片部43的前导端部P最好沿着旋转方向面朝内侧。由此，如图15中示出的那样，使得凸缘2上的切槽42沿着旋转方向面朝内侧。
在利用本发明中的带凸缘金属导管制得的旋转压入式金属管桩中，在被压入坚硬地层内的同时叶片几乎不发生变形，因为叶片具有很高的强度和刚度。如果挖掘性能下降，那么最好将叶片的仰角限制在某些范围之内。
叶片的底表面位于金属导管主体1的外侧。因此，叶片在泥土和砂石中的滑动距离大于金属导管主体1外表面的滑动距离，这样会导致快速磨损。还有，在挖掘的同时叶片的底表面从泥土和砂石接收到的压力远远高于金属导管主体3接收到的压力。在挖掘开始阶段，金属导管主体3接收到的压力非常小。因此，与金属导管主体3本身相比，所述叶片的底表面更易于被泥土和砂石磨损。由此，通过增大所述叶片的厚度和维氏硬度来避免所述叶片由于磨损而变薄非常重要。
利用本发明中的带凸缘金属导管1的金属管桩非常适用于旋转压入式金属管桩，因为所述叶片具有一个厚度大于金属导管主体的部分，并且具有很高的维氏硬度。也就是说，本发明中的带凸缘金属导管1上的凸缘2的最大厚度至少是金属导管主体3的厚度的1.15倍。还有，所述叶片的最大维氏硬度至少是金属导管主体的维氏硬度的1.15倍，这样可以明显抑止所述叶片发生磨损。还有，带凸缘金属导管1在弯曲部分4处具有一个颈缩部，由于进入金属管桩内的泥土和砂石会被压缩在该颈缩部处，所以有助于针对沿着竖直方向施加的载荷增大支撑力。当本发明中的带凸缘金属导管1被用于旋转压入式金属管桩时，由于凸缘被用作一个叶片，所以凸缘2的宽度最好等于或者大于50毫米。
如果需要较长的金属桩，那么为了进一步旋转压入，可以额外焊接另外一个金属导管。替代性地，在使用利用了本发明中的带凸缘金属导管1的旋转压入式金属管桩的情况下，如果叶片被成形在该旋转压入式金属管桩的两个端部上，那么能够轻易地制备出更长的桩。也就是说，将位于另外一个桩底端处的叶片简单地焊接或者以其它方式紧固在位于目前工作的桩顶端处的叶片上。
前述本发明中的带凸缘金属导管1还可以被用于其它用途。例如，图13中示出的金属管桩可以被用作钻井机械。
根据带凸缘金属导管的用途和目的，可以进行多种改进。例如，如果需要耐腐蚀性，可以对所述金属导管进行电镀或者应用其它涂层。此外，如果需要良好的外观，可以使用不锈钢导管。还可以将钛、铝、铜或者其它金属用作所述导管主体的材料。
本发明可以提供一种具有凸缘的带凸缘金属导管，其中所述凸缘与金属导管主体一体成形，宽大并且在刚度、强度以及耐用性方面优越，和一种用于制造这种带凸缘金属导管的方法。与常规带凸缘导管相比，本发明中的带凸缘金属导管在形状精度上优越，因为本发明中的带凸缘金属导管通过对金属导管主体的一个敞口端部进行滚轧操作而形成，并且因此不会由于热扭变而发生变形，其中所述常规带凸缘导管通过将凸缘部分焊接到一个金属导管主体上而形成。
至此对本发明进行了描述，显然，可以以多种方式对它们进行变型。这些变型不能被看作脱离了本发明的实质和范围，并且由于对于本技术领域的熟练人员来说是显而易见的，所以希望将所有这些改进包括在所附权利要求的保护范围之内。
权利要求
1.一种带凸缘导管，包括导管主体部分；凸缘部分；以及位于所述导管主体部分与凸缘部分之间的弯曲部分，其中，所述导管主体部分、弯曲部分以及凸缘部分均由一个整体单件结构形成，所述弯曲部分的最小内径小于所述导管主体部分的内径，并且所述凸缘部分具有一个厚度大于所述导管主体部分厚度的第一部分和一个厚度小于所述导管主体部分厚度的第二部分。
2.根据权利要求1的带凸缘导管，其特征在于，所述凸缘部分的最大厚度是所述导管主体部分厚度的至少1.15倍。
3.根据权利要求1的带凸缘导管，其特征在于，所述弯曲部分的最小内径是所述导管主体部分内径的0.7至0.95倍。
4.根据权利要求2的带凸缘导管，其特征在于，所述弯曲部分的最小内径是所述导管主体部分内径的0.7至0.95倍。
5.根据权利要求1的带凸缘导管，其特征在于，所述凸缘部分的顶表面的最大硬度是所述导管主体部分的外表面硬度的至少1.15倍。
6.根据权利要求1的带凸缘导管，其特征在于，所述凸缘部分的宽度范围从40毫米至120毫米。
7.根据权利要求6的带凸缘导管，其特征在于，所述导管主体部分的外径范围从60毫米至400毫米，而所述凸缘部分的宽度范围从45毫米至60毫米。
8.根据权利要求1的带凸缘导管，其特征在于，所述凸缘部分呈盘状或者截锥状。
9.根据权利要求1的带凸缘导管，其特征在于，所述凸缘部分具有至少两个通孔，这些孔中的每一个均用于在其中接收一根螺栓。
10.根据权利要求1的带凸缘导管，其特征在于，所述凸缘部分在其一部分上具有一个切槽，该切槽从所述凸缘部分的外侧端部向上延伸至所述弯曲部分，并且在所述切槽的两侧向上和向下弯曲。
11.根据权利要求1的带凸缘导管，其特征在于，所述凸缘部分利用至少一根螺栓连接在一个相邻带凸缘导管上的凸缘部分上，并且各个所述凸缘部分均具有至少一个通孔，用于接收所述至少一根螺栓。
12.根据权利要求1的带凸缘导管，其特征在于，所述凸缘部分利用至少一根螺栓连接在一个相邻带凸缘导管上的凸缘部分上，各个所述凸缘部分均具有至少一个通孔，用于接收所述至少一根螺栓，并且在这些凸缘部分之间设置有一个垫圈，用以在它们之间进行密封并且形成一个不透水结构。
13.根据权利要求1的带凸缘导管，其特征在于，所述凸缘部分利用至少一根螺栓连接在地基上，所述凸缘部分具有至少一个通孔，用于接收所述至少一根螺栓。
14.一种带凸缘金属导管，包括金属导管主体部分；凸缘部分；以及位于所述金属导管主体部分与凸缘部分之间的弯曲部分，其中，所述金属导管主体部分、弯曲部分以及凸缘部分均由一个整体单件结构形成，所述弯曲部分的最小内径是所述金属导管主体部分内径的0.7至0.95倍，所述凸缘部分具有一个厚度大于所述金属导管主体部分厚度的第一部分和一个厚度小于所述金属导管主体部分厚度的第二部分，所述凸缘部分的最大厚度是所述金属导管主体部分厚度的1.15至2倍；并且所述凸缘部分的顶表面的最大硬度是所述金属导管主体部分的外表面硬度的1.15至2倍。
15.根据权利要求14的带凸缘金属导管，其特征在于，所述凸缘部分的宽度范围从40毫米至120毫米。
16.根据权利要求15的带凸缘金属导管，其特征在于，所述金属导管主体部分的外径范围从60毫米至400毫米，而所述凸缘部分的宽度范围从45毫米至60毫米。
17.根据权利要求14的带凸缘金属导管，其特征在于，所述凸缘部分呈盘状或者截锥状。
18.根据权利要求14的带凸缘金属导管，其特征在于，所述凸缘部分具有至少两个通孔，这些孔中的每一个均用于在其中接收一根螺栓。
19.根据权利要求14的带凸缘金属导管，其特征在于，所述凸缘部分在其一部分上具有一个切槽，该切槽从所述凸缘部分的外侧端部向上延伸至所述弯曲部分，并且在所述切槽的两侧向上和向下弯曲。
20.根据权利要求14的带凸缘金属导管，其特征在于，所述凸缘部分利用至少一根螺栓连接在一个相邻带凸缘导管上的凸缘部分上，并且各个所述凸缘部分均具有至少一个通孔，用于接收所述至少一根螺栓。
21.根据权利要求14的带凸缘金属导管，其特征在于，所述凸缘部分利用至少一根螺栓连接在一个相邻带凸缘导管上的凸缘部分上，各个所述凸缘部分均具有至少一个通孔，用于接收所述至少一根螺栓，并且在这些凸缘部分之间设置有一个垫圈，用以在它们之间进行密封并且形成一个不透水结构。
22.根据权利要求14的带凸缘导管，其特征在于，所述凸缘部分利用至少一根螺栓连接在地基上，所述凸缘部分具有至少一个通孔，用于接收所述至少一根螺栓。
23.一种制造带凸缘金属导管的方法，包括下述步骤利用至少一个辊对一个金属导管主体的一敞口端部进行加工；和通过加工使得所述金属导管主体发生延展来形成一个凸缘部分和一个弯曲部分，其中，所述金属导管主体的敞口端部上待加工部分的长度是所述凸缘部分宽度的1.3至2.7倍。
24.根据权利要求23的方法，其特征在于，所述至少一个辊包括至少一对锥状辊，各个辊均被安装在一根支撑轴上，并且能够环绕所述支撑轴的轴线发生旋转、环绕所述金属导管主体的纵轴进行旋转、以及沿着一个前移方向从所述金属导管主体的敞口端部朝向所述导管内部的待加工部分移动，并且各根支撑轴与所述金属导管主体的纵轴之间的夹角可以发生改变，所述方法还包括下述步骤使得所述辊环绕所述支撑轴的轴线、环绕所述金属导管主体的纵轴进行旋转，并且使得所述所述辊沿着一个前移方向从所述金属导管主体的敞口端部朝向所述导管内部的待加工部分移动；和改变各根所述支撑轴与所述金属导管主体的纵轴之间的夹角。
25.根据权利要求23的方法，其特征在于，所述待加工部分的长度等于或者大于60毫米，并且所述凸缘部分的宽度等于或者大于40毫米。
26.根据权利要求23的方法，还包括下述步骤将所述弯曲部分制成具有一个小于所述金属导管主体内径的最小内径；和将所述凸缘部分制成具有一个厚度大于所述金属导管主体厚度的第一部分和一个厚度小于所述金属导管主体厚度的第二部分。
27.根据权利要求23的方法，其特征在于，所述金属导管主体的敞口端部在进行所述加工步骤之前具有一个大体均匀的厚度，并且所述加工步骤在不会增大所述金属导管主体的敞口端部厚度的条件下执行。
全文摘要
一种带凸缘导管，包括一个导管主体部分、一个凸缘部分、以及一个位于所述导管主体部分与凸缘部分之间的弯曲部分。所述导管主体部分、弯曲部分以及凸缘部分均由一个整体单件结构形成。所述弯曲部分的最小内径小于所述导管主体部分的内径。所述凸缘部分具有一个厚度大于所述导管主体部分厚度的第一部分和一个厚度小于所述导管主体部分厚度的第二部分。所述凸缘导管具有足够的刚度、强度和耐用性，用以通过形成于所述凸缘部分上的孔利用螺栓将该凸缘部分固连到另外一个构件或者结构上。
文档编号B21D41/00GK1734150SQ200510075530
公开日2006年2月15日 申请日期2005年6月2日 优先权日2004年6月10日
发明者近藤哲己 申请人:新日本制铁株式会社