双层一体式复合输送管及其制作方法与流程

1.本发明涉及建筑设备技术领域，尤其是一种双层一体式复合输送管及其制作方法。


背景技术：

2.混凝土泵车是利用压力将混凝土沿管道连续输送的机械。
3.要想混凝土输送管得到更好的耐磨性，一般会选择增加管壁厚度，来提高输送管的寿命，但是在混凝土泵车中，如果混凝土输送管太重或尺寸过大，会造成泵车车臂过载，增大安全隐患，所以对混凝土输送管的重量和尺寸有一定的要求。
4.目前市场上的混凝土输送管中，单层淬火管淬火不均匀，容易淬透管壁，缺乏安全性，炸管和爆管现象频发，为了增加寿命只能增加管壁厚度，选材局限性大；所以，在控制混凝土输送管重量和尺寸的条件下，采用内外双层金属管代替单层金属管，实现外层强度高，内层耐磨性好的使用效果；目前的双层管大多选用内外两层管压制获得，在选材上就存在了很大的局限性，由于越耐磨的材料韧性越差，并且混凝土输送管的管壁较薄，所以在安装或输送过程中受到外力碰撞、臂架上升时管壁碰击脚手架或建筑物时，容易击碎内层的耐磨层，出现掉块、卷皮等现象，致使混凝土输送管提前损坏。
5.当耐磨层的余量不足1mm时，在混凝土输送时的冲击下更容易脱落，其使用寿命大大缩短。
6.申请号201110340248.9的中国专利公开了一种混凝土输送管及其制造方法，利用分别熔炼的外层材料离心浇铸制得外层管坯，然后将内层材料离心浇铸到外层管坯内得到双层管坯，最后进行退火和热处理，得到成品混凝土输送管，以解决混凝土输送管在使用过程中出现的内层剥落、起皮等工艺性问题；由于外层材料和内层材料均离心浇铸制得，容易造成外层材料壁厚不均匀，在浇铸内层材料时，还容易出现内外层材料的穿插混合，导致外层出现高碳、高合金区域，产品质量不均匀，而为了提高管壁厚度的均匀性，还需要金加工、车外径和内径等操作，致使工艺繁琐复杂，成本大大提高。


技术实现要素：

7.针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种双层一体式复合输送管及其制作方法，采用内层材料直接熔炼到外层管内壁的方式使内外层冶金结合，再经过热轧直接得到成品管，简化工艺的同时提高寿命，避免输送管安装或输送过程中受到外力碰撞时出现掉块、卷皮等现象。本发明采用的技术方案是：本发明提供一种双层一体式复合输送管的制作方法，包括以下步骤：a）选用钢管作为外层管；b）将耐磨材料作为内层材料熔炼到外管内壁形成内层管，使得内层管与外层管冶
金结合，制得整体的双金属圆钢；c）将双金属圆钢热轧处理制得双金属复合输送管；d）将双金属复合输送管内壁高频淬火处理，得到成品双金属复合输送管。
8.进一步地，所述步骤b）具体为：b1）将耐磨材料加热熔化；b2）将外层管预热；b3）将耐磨材料浇入外层管内；b4）在浇注过程中冷却定型，得到整体的双金属圆钢。
9.进一步地，外层管材料为低碳钢，内层材料为高碳钢或弹簧钢。
10.进一步地，在所述步骤b1）中，外层管材料为低碳钢，耐磨材料由铁、铬、镍、锰、硅、钙、钼、钒、铜以及铌元素配制而成，其中铬的含量占18%
‑
26%。进一步地，在所述步骤b2）中，外层管预热至600℃
‑
1000℃。
11.进一步地，在所述步骤b3）中，浇注时长5
‑
8min，浇注时耐磨材料的温度1460℃
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1520℃。
12.进一步地，在所述步骤b3）中，浇注前，向外层管内放入不与耐磨材料相融合的定位棒，使定位棒的轴心与外层管的轴心重合，浇注完毕后取出定位棒，在双金属圆钢中心形成定位孔。
13.进一步地，所述定位棒为石墨棒或碳棒。
14.进一步地，还包括步骤e）：将成品双金属复合输送管两端焊接法兰。
15.本发明还提供一种双层一体式复合输送管，由双层一体式复合输送管的制作方法制得。
16.本发明的优点：本发明采用焊管或钢管等易焊接、抗冲击材料直接作为外层管，需要多大外径和管壁厚度可直接选用对应的规格，其选材更加便利，外层管不存在壁厚差，厚度更均匀，从而选用高耐磨材料熔炼到预热后的外层管内，让两种材料表层冶金结合更快更好，使得内外层管之间无间隙结合，得到双金属圆钢的内外层的同心度一致，提前放入的定位棒在浇注冷却后即可取出，省略了热轧前期的钻孔操作，最后经过热轧制得成品双金属复合输送管的内外管壁厚度均匀，想要进一步提高耐磨性只需要再增加内层管的厚度即可，利用较少工艺步骤得到较强结合的双层一体式复合输送管，成本大大降低，在受到外力碰撞时内层管的损坏率降低，抗冲击能力和使用寿命大大提高。
附图说明
17.图1为本发明的流程图。
具体实施方式
18.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
19.请参阅附图1，本发明提供一种双层一体式复合输送管的制作方法，包括以下步骤：
a）选用钢管作为外层管；b）将耐磨材料作为内层材料熔炼到外管内壁形成内层管，使得内层管与外层管冶金结合，制得整体的双金属圆钢；c）将双金属圆钢热轧处理制得双金属复合输送管；d）将双金属复合输送管内壁高频淬火处理，得到成品双金属复合输送管；e）将成品双金属复合输送管两端焊接法兰。
20.其中，外层管材料为低碳钢，内层材料为高碳钢或弹簧钢。
21.对于外层材料的选用，由于外层管为钢管，具体可以为焊缝钢管或无缝钢管，其管壁厚度均匀且能够直接使用，在内层的耐磨材料熔炼时，不会出现内外层材料穿插混合的情况，所以对外层管的选材上只要满足高强度、易焊接、抗冲击即可，例如20#，16mn、q355、q235、q345、st52等。
22.对于内层耐磨材料的选用，现有的高耐磨材料也可使用，例如45mn2、55mn、65mn、65mncr、70#等。
23.由于内层材料直接熔炼到外层管内形成双金属圆钢，之后直接热轧形成尺寸达标的双金属复合输送管，省略了诸如车加工等工序，简化工艺步骤，并且内外层管的复合效果好，抗冲击性能大大提升；由于外层材料为低碳钢，内层材料为高碳钢或弹簧钢，所以制得的双金属复合输送管内壁做高频淬火处理时，外层材料不受影响，而内层材料在耐磨性上能够得到较大的提升；对比现有技术中内外层管套装后热轧成型的双层管，其内外层之间的复合效果更好，内外层之间不存在缝隙，由于内层管需要达到耐磨标准，所以越耐磨的材料越脆，熔炼热轧后的双层管能提高受撞击时的共振性，从而降低内层管破碎和掉块的概率，也避免热轧或冷拔成型的双层管中内层管厚度不足1mm时受混凝土冲击容易掉落的问题出现；对比现有技术中内外层管离心浇铸后热处理得到的双层管，既能保证内外层的机械性能，又能避免内外层之间的材质穿插混合，还能避免出现局部高碳高合金区域，双层管的整体质量得到提升；对比现有技术中利用胶粘、辅剂粘接、水泥浆粘接内外层管的双层管，内层管和外层管之间没有缝隙，避免了产品椭圆度高、同心度差、缝隙填充不满存在气泡而影响双层管质量的问题。
24.在本技术中，所述步骤b）具体为：b1）将耐磨材料加热熔化；b2）将外层管预热；b3）将耐磨材料浇入外层管内；b4）在浇注过程中冷却定型，得到整体的双金属圆钢。
25.具体地，使用现有技术中常用的电炉对耐磨材料进行加热熔化；耐磨材料可以选择如弹簧钢、轴承钢等直接化入外层管内；或者可以根据需要自制熔炼合金，由含铁、铬、镍、锰、硅、钙、钼、钒、铜以及铌元素配制而成，其中铬的含量占18%
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26%；例如，c: 3.5%
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4%、mn:0.4 %
‑
0.9%、i:0.6%
‑
1.0%、v:0.5%
‑
1.0%、mo:0.8%
‑
1.3%、ni:1%
‑
1.5%、nb:0.01%
‑
0.05%、cu:0.5%
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1.0%、cr:23%
‑
26%、p:0.1%、s:0.06%，其余为fe；
c:2.8%
‑
3.3%、mn:1.0%
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1.5%、si:1.0%
‑
1.5%、v:3%
‑
3.5%、mo:0.5%
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1.0%、 ni:0.5%
‑
1.0 5%、cu:1.0%
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1.5%、cr:18%
‑
23%、p:0.05%
‑
0.1%、s:0.06%
‑
0.1%，其余为fe。
26.熔炼合金熔制的过程为：1500℃时投入fe间隔一段时间，降至1400℃投入cr，然后升温至1580℃,间隔一段时间，降至1400℃投入ni，然后升温至1580℃间隔一段时间，投入浇口棒与以前的废品，然后升温至1560℃，间隔一段时间后除渣，除渣完毕依次放入mn、si、mu、cu等其他元素，维持温度区间1480℃
‑
1520℃，间隔一段时间后搅拌均匀。
27.熔炼前，先对外层管内表面除锈、除渣、除尘，然后预热至600℃
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1000℃，预热的同时转动外层管，使其受热均匀，预热外层管能够确保耐磨材料加入时能使两种材质充分结合；根据不同外层管的长度和重量，控制浇注时长5
‑
8min，浇注时耐磨材料的温度1460℃
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1520℃；在浇注前先投入一次除渣包，然后加入熔炼好的耐磨材料，等待30
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50秒使两种材料表层熔炼到一起后继续加入耐磨材料，并同时投入除渣包2
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3次，以使杂质能够漂浮在表面，提高冶金结合效果；采用低温结合，使得内层材料在浇注过程中定型，大大节约了工艺时间。
28.由于直接浇注后的双金属圆钢在热轧前期需要钻孔操作，钻孔难度大耗时长，所以浇注前，向外层管内放入不与耐磨材料相融合的定位棒，使定位棒的轴心与外层管的轴心重合，浇注完毕后取出定位棒，在双金属圆钢中心形成定位孔，省略热轧工艺中的钻孔操作，方便热轧；具体地，定位棒为石墨棒或碳棒；石墨棒具有较高的熔点和较大的韧性，在耐磨材料浇注过程中始终处于外层管中心，并且石墨棒与内层材料不融合，故得到双金属圆钢之后，直接将石墨棒取出即可，反复使用，节约成本；石墨棒的直径根据热轧铸锭的直径选用，无特殊要求，相比于直接对耐磨材料穿孔处理大大降低了工艺难度。
29.为了进一步说明，下面结合实施例对本发明提出的双层一体式复合输送管的制作方法进行详细描述；实施例1：选用外径φ110、内径φ70、壁厚20mm的q235作为外层管；选用65mncr作为耐磨材料；将65mncr耐磨材料用电炉加热熔化；将q235外层管预热至800℃；将φ20的石墨棒插入外层管内，将1460℃熔化后的65mncr耐磨材料在浇入q235外层管内，制得双金属圆钢；去除石墨棒部分；将剩余双金属圆钢做热轧处理后将双金属复合输送管内壁高频淬火处理，得到φ133、外层厚度2mm、内层厚度3mm的一体式复合输送管；将一体式复合输送管两端焊接法兰，制得一体式复合输送直管；随机选取10根一体式复合输送直管测试抗冲击性能和硬度，分别距离输送直管一端100mm（以下称测试点一）、中间点（以下称测试点二）、距离另一端100mm处（以下称测试点三）为测试点，测试内层管硬度和内层管出现起皮、掉块、裂缝等损伤时的外层管所受冲击力，得到结论：内层管硬度65hrc；测试点一处外层管平均受冲击力为452mpa时内层管出现损伤、测试点二处外层管平均受冲击力为450mpa时内层管出现损伤、测试点三处外层管平均受冲击力为450mpa时内层管出现损伤；整根输送管平均抗冲击力为450.7mpa。
30.实施例2：选用外径φ110、内径φ70、壁厚20mm的q235作为外层管；选用45mn2作为耐磨材料；将45mn2耐磨材料用电炉加热熔化；将q235外层管预热至1000℃；将φ20的石墨棒插入外层管内，将1490℃熔化后的45mn2耐磨材料在浇入q235外层管内，制得双金属圆钢；去除石墨棒部分；将剩余双金属圆钢做热轧处理后将双金属复合输送管内壁高频淬火处理，得到φ133、外层厚度2mm、内层厚度2.4mm的一体式复合输送管；将一体式复合输送管两端焊接法兰，制得一体式复合输送直管；随机选取10根一体式复合输送直管测试抗冲击性能和硬度，分别距离输送直管一端100mm（以下称测试点一）、中间点（以下称测试点二）、距离另一端100mm处（以下称测试点三）为测试点，测试内层管硬度和内层管出现起皮、掉块、裂缝等损伤时的外层管所受冲击力，得到结论：内层管硬度62hrc；测试点一处外层管平均受冲击力为451mpa时内层管出现损伤、测试点二处外层管平均受冲击力为451mpa时内层管出现损伤、测试点三处外层管平均受冲击力为451mpa时内层管出现损伤；整根输送管平均抗冲击力为451mpa。
31.实施例3：选用外径φ110、内径φ70、壁厚20mm的q235作为外层管；选用自制合金钢作为耐磨材料，材料成分为c:3.8%、mn:0.6%、i:0.7%、v:0.7%、mo: 1.0%、ni:1.2%、nb:0.02%、cu:0.8%、cr:23%、p:0.1%、s:0.06%，其余为fe；将耐磨材料用电炉加热熔化；将q235外层管预热至1100℃；将φ20的石墨棒插入外层管内，将1510℃熔化后的耐磨材料在浇入q235外层管内，制得双金属圆钢；去除石墨棒部分；将剩余双金属圆钢做热轧处理后将双金属复合输送管内壁高频淬火处理，得到φ140、外层厚度2mm、内层厚度2.4mm的一体式复合输送管；将一体式复合输送管两端焊接法兰，制得一体式复合输送直管；随机选取10根一体式复合输送直管测试抗冲击性能和硬度，分别距离输送直管一端100mm（以下称测试点一）、中间点（以下称测试点二）、距离另一端100mm处（以下称测试点三）为测试点，测试内层管硬度和内层管出现起皮、掉块、裂缝等损伤时的外层管所受冲击力，得到结论：内层管硬度65hrc；测试点一处外层管平均受冲击力为460mpa时内层管出现损伤、测试点二处外层管平均受冲击力为459mpa时内层管出现损伤、测试点三处外层管平均受冲击力为460mpa时内层管出现损伤；整根输送管平均抗冲击力为459.7mpa。
32.综上所述，本技术提供的复合输送管抗冲击性能更好，工艺更加简单，节省了加工成本，减少因外层管受碰击出现的内层管损伤，避免出现复合输送管提前损坏、从而影响使用的问题。
33.另一方面，本发明还提供一种双层一体式复合输送管，由双层一体式复合输送管的制作方法制得，由此得到的复合输送管具有较好的耐磨性和较高的抗冲击性。
34.最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。