一种复合结构壁大口径螺旋焊接钢管的制作方法

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1.本实用新型涉及钢管焊接技术领域，尤其是涉及一种复合结构壁大口径螺旋焊接钢管。

背景技术：

2.目前的大口径钢管用来作为供水管道的较多，且大部分是埋地的。所以钢管自身除了满足管道内部流通介质的内压，还要满足外部载荷的压力，以及防止自身重量引起的鸭蛋形变形，这就需要钢管的壁厚很厚，其实，钢管的主要目的是输送流体，满足内部压力，满足这项要求时钢管的壁厚不需要太厚，例如：3米直径的供水管满足内压时的壁厚＝pd/zk(σs)＝(0.6mpa*3000mm)/(2*0.85*177.5mpa)＝5.96mm，上式中，p：内压力，d：管道内径，σs：许用应力，k：焊缝系数(螺旋焊管)，上述计算中许用应力取2倍安全系数。从上述计算中可以得知，3000mm直径内部压力0.6mpa时钢管壁厚仅5.96mm即可，但实际应用中为了防止钢管的自重变形及埋地时外压引起的变形，往往都要增加壁厚，实际工程中，3m直径，0.6mpa的供水管壁厚都在25mm以上，严重浪费材料，其实防止钢管自重变形及埋地外压引起的变形，可以用增加管壁截面惯性矩的办法，虽然增加壁厚也是增加管壁截面惯性矩的方法，但只是呈正比倍数关系，而不是几何倍数关系，另外，超大口径的钢管，当壁厚大于25mm时，因钢厂的钢板材料无法呈钢卷状态交货，只能是单张平钢板状态交货，所以钢管的加工方式是先单块钢板卷圆，焊对接直缝，制成单节钢管，单节钢管长度一般是3m长，然后多个单节钢管对接焊，制成标准长度的管节，这种方法生产效率低，并且直焊缝受力效果比螺旋焊缝差，焊缝系数低，所需要的钢板厚度比同规格的螺旋焊管大，浪费材料。
3.本技术人在先申请了一件名称为：一种双壁螺旋焊管及其制造方法，申请号为：202110902131.9的专利，并于今年初开始投入产品试制，在试制过程中发现，钢管内外管壁的焊缝在一条直线上形成焊缝重合，易形成应力集中，另外在卷制试验过程中，螺旋焊缝处的竖向加强环是并排两条，如图1所述，强度太高，给卷圆加工带来困难，也增加了材料成本。
4.本技术人在试制及研究过程中发现双壁复合结构螺旋钢管，在卷圆过程中由于管壁的截面惯性矩非常大，卷圆力要求大，而卷圆力全部是靠钢带向前的推进力形成的，而推进力是靠作用在钢带上下的驱动辊轴上下压紧钢带，依靠辊轴上下压紧钢带，形成的摩擦力推进钢带，要求推进力非常大时，就要求上下辊轴夹紧钢带的压力非常大，通过计算及实际试验表明，对钢带的压紧力很大时，钢带内的竖向加强筋会产生失稳弯曲现象，复合钢带则会被压扁，如图2所示，这时如果增加竖向加强筋的厚度来解决该问题，则卷圆力就会增加，钢带推进力就会增加，对钢带的压紧力就会增大，竖向加强筋就会承受更大的压力，还是会被压溃，致使生产加工无法实现。

技术实现要素：

5.实用新型目的：为了克服背景技术的不足，本实用新型目的是公开一种复合结构
壁大口径螺旋焊接钢管。
6.技术方案：本实用新型所公开的复合结构壁大口径螺旋焊接钢管，由双层复合钢带螺旋状卷焊形成；所述双层复合钢带包括等宽、平行、错开设置的第一钢带层和第二钢带层，所述第一钢带层和第二钢带层之间设有至少两条与之垂直的加强筋，所述加强筋分别设置于第一钢带层与第二钢带层竖直方向重合部分两侧侧向端部，并与钢带层共同延伸排布，所述第一钢带层与第二钢带层的另外两个侧边分别向两侧的加强筋外侧延伸相同长度形成焊边，所述第一钢带层、第二钢带层以及两侧边端部的加强筋相互焊接形成双层复合钢带。
7.进一步的，所述加强筋设于第一钢带层和第二钢带层侧边端部后，加强筋的外侧边突出钢带层，在所述双层复合钢带卷焊时，一侧加强筋的突出部分与一侧加强筋的突出部分与卷圆一圈后到达钢带间接合位置的另一侧钢带的焊边搭接，与钢带层形成焊接口。
8.通过此焊接坡口可以将相接触的加强筋以及相邻的钢带层焊接在一起，且能够做到焊后管壁平滑。
9.进一步的，钢带层两侧的加强筋之间同时间隔设有多条加强筋，对第一钢带层和第二钢带层内部进行支撑，所有加强相互平行共同延伸排布。
10.进一步的，钢带层内部增设的加强筋采用穿透焊与钢带层焊接为一体。
11.进一步的，在不采用穿透焊的情况下，所述第一钢带层由多条分体钢带并列排布焊接形成，相邻分体钢带的接缝处均对应一条加强筋，双层复合钢带卷焊时，所述第一钢带层位于管道外壁。
12.对相邻分体钢带的接缝处进行焊接时，可同时与对应的加强筋进行焊接，实现三者的固定，使得结构更加稳固。
13.同时，由于分体钢带之间存在焊缝，卷焊成管道时即形成连续的螺旋状焊缝，该螺旋状焊缝并不利于水流快速通过，所以双层复合钢带卷焊时，所述第一钢带层位于管道外壁，使得螺旋状焊缝位于管外壁。
14.进一步的，所述第一钢带层和第二钢带层内侧设置剪刀钉。
15.进一步的，所述第一钢带层和第二钢带层之间设置钢筋。
16.进一步的，所述第一钢带层和第二钢带层的空隙内填充有混凝土。
17.进一步的，所述加强筋为型钢，如：h型钢或槽钢或角钢钢棒或细钢管或钢筋或波形钢。
18.上述复合结构壁大口径螺旋焊接钢管的制造方法，包括以下步骤：
19.s1、从钢卷上放出第二钢带，水平放置形成第二钢带层；
20.s2、从多个竖向钢卷上放出加强筋，垂直于第二钢带层放置，其中最外侧的两条加强筋，一条置于第二钢带层侧边端部，另一条加强筋置于距离第二钢带层另一侧端部一段距离处，加强筋底部与第二钢带层焊接；
21.s3、从钢卷上放出与第二钢带等宽的第一钢带，与第二钢带对应水平错开放置于加强筋上形成第一钢带层，s2中提及的两条加强筋分别对应距离第一钢带层一侧端部一段距离处，及第一钢带层的另一侧边端部，并焊接固定形成双层复合钢带；
22.s4、将双层复合钢带用螺旋钢焊管加工设备螺旋状弯曲卷圆，对管内外两处焊缝持续焊接，钢管持续成型。
23.其中，s3中置于第一钢带层和第二钢带层侧边端部的加强筋外侧边突出钢带层，s4在卷圆时，当钢带卷圆完成一圈轨迹，与未卷圆的钢带的边缘接触时，一侧加强筋的突出部分与另一侧的焊搭接，与钢带层形成焊接口，对管内外两处焊接口焊接固定。
24.s3中除两侧加强筋外的其余加强筋采用穿透焊与第二钢带层焊接为一体。
25.s3中第一钢带层包括多条并列排布的分体钢带，分别由钢卷放出置于加强筋上，相邻分体钢带接缝均对应一条加强筋，形成焊缝，通过焊缝对三者进行焊接固定。
26.s4中在双层复合钢带制成后，进入递送推进装置的上下压辊，分别压于第一钢带层和第二钢带层外侧，该上下压辊对应第一钢带层和第二钢带层的焊边处分别设有压力加强轮，所述压力加强轮与压辊分别压于焊边的内外面，以增加推进装置与双层复合钢带的接触面，增大推进力，并保证钢带截面在压力和推进力下不变形。
27.有益效果：与现有技术相比，本实用新型的优点为：
28.1、本实用新型设计的螺旋焊接钢管的内管壁与外管壁焊缝不重合，避免了应力集中，增大了钢管的强度。
29.2、本实用新型设计的螺旋焊接钢管在制造过程中焊接口处只需要一个加强筋，使得钢材用量减少。
30.3、本实用新型螺旋焊接钢管在推进过程中，得益于复合钢带结构左右两侧单层钢板焊边的设计，以及与之对应的推进结构中，压力加强轮的加入，因为压力加强轮的压力施加在单层钢板上，不必担心复合钢带被压变形，使得推进力增大，并保证钢带截面在压力和推进力下不变形。
31.4、本实用新型双层复合钢带内增加多条加强筋时，可以直接采用穿透焊技术将加强筋与钢带层固定，使得两个钢带层均可以采用整条钢带，无需分条。
32.5、同样宽度的双层结构的复合钢带，本专利的结构，比原来已申请专利的矩形截面的复合钢带，截面惯性矩大大减小，可以大大减小生产设备的动力，同时减少设备结构方面的强度要求，降低设备造价。
附图说明
33.图1为在先申请202110902131.9的焊接坡口结构图；
34.图2为在先申请202110902131.9的复合钢带过渡挤压变形后结构图；
35.图3为本实用新型复合结构壁大口径螺旋焊接钢管结构图；
36.图4为本实用新型双层复合钢带延伸方向截面图；
37.图5为本实用新型双层复合钢带内部加强筋截面图；
38.图6为本实用新型双层复合钢带分体钢带结构图；
39.图7为本实用新型采用穿透焊制造流程图；
40.图8为本实用新型采用分体钢带制造流程图；
41.图9为本实用新型压力加强轮结构图；
42.图10为本实用新型钢管切断后的剖面图
43.图11为本实用新型图10中a处焊接口放大结构图。
具体实施方式
44.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步详细描述。
45.如图3所示的复合结构壁大口径螺旋焊接钢管，由双层复合钢带螺旋状卷焊形成。
46.如图4所示，所述双层复合钢带包括等宽、平行、错开设置的第一钢带层1和第二钢带层2，所述第一钢带层1和第二钢带层2之间设有两条与之垂直的加强筋3，所述加强筋3分别设置于第一钢带层1与第二钢带层2竖直方向重合部分两侧侧向端部，并与钢带层共同延伸排布，所述第一钢带层1与第二钢带层2的另外两个侧边分别向两侧的加强筋3外侧延伸相同长度形成焊边4，所述第一钢带层1、第二钢带层2以及两侧边端部的加强筋3相互焊接形成双层复合钢带。
47.如图11所示，所述加强筋3设于第一钢带层1和第二钢带层2侧边端部后，加强筋3的外侧边突出钢带层，在所述双层复合钢带卷焊时，一侧加强筋的突出部分与一侧加强筋的突出部分与卷圆一圈后到达钢带间接合位置的另一侧钢带的焊边搭接，与钢带层形成焊接口5，通过焊接口5即可对钢带卷焊成型。
48.如图5所示，钢带层两侧的加强筋3中间还设有一个加强筋3，对第一钢带层1和第二钢带层2内部进行支撑，所有加强筋3相互平行共同延伸排布。考虑到钢带层内部增设的加强筋3不便与第一钢带层1进行固定，本实施例采用穿透焊与钢带层焊接为一体。
49.如图6所示，若不采用穿透焊工艺，考虑到内部加强筋3与钢带层不便焊接，则需要将所述第一钢带层1分为多条分体钢带101并列排布焊接，相邻分体钢带101的接缝处均对应一条加强筋3。为了避免该连续的焊缝对排水产生不利影响，在上述双层复合钢带卷焊时，所述第一钢带层1位于管道外壁，使得焊缝产生于管道外壁。
50.所述第一钢带层1和第二钢带层2内侧设置剪刀钉，并设置钢筋，在空隙内填充有混凝土。所述加强筋3为型钢，如h型钢或槽钢或角钢钢棒或细钢管或钢筋或波形钢等。
51.如图7所示，上述复合结构壁大口径螺旋焊接钢管的制造方法，包括以下步骤：
52.s1、从钢卷上放出第二钢带，水平放置形成第二钢带层2。
53.s2、从多个竖向钢卷上放出加强筋3，垂直于第二钢带层2放置，其中最外侧的两条加强筋3，一条置于第二钢带层2侧边端部，另一条加强筋3置于距离第二钢带层2另一侧端部一段距离处，在两侧的加强筋3中间还增设一个加强筋，共同延伸排布，加强筋3底部与第二钢带层2焊接。
54.s3、从钢卷上放出与第二钢带等宽的第一钢带，与第二钢带对应水平错开放置于加强筋3上形成第一钢带层1，s2中提及的两条加强筋3分别对应距离第一钢带层1一侧端部一段距离处，及第一钢带层1的另一侧边端部，并焊接固定形成双层复合钢带，除两侧加强筋3外的其余加强筋3采用穿透焊与第二钢带层2焊接为一体，其中，第一钢带层1和第二钢带层2侧边端部的加强筋3外侧边突出钢带层；若此步骤不用穿透焊工艺，考虑到内部加强筋3与钢带层不便焊接，则将第一钢带层1分为采用两条分体钢带101并列排布，分别由钢卷放出置于加强筋3上，相邻分体钢带101接缝均对应一条加强筋3，形成焊缝，通过焊缝对三者进行焊接固定，流程如图8所示。
55.s4、在双层复合钢带制成后，进入递送推进装置的上下压辊，分别压于第一钢带层1和第二钢带层2外侧，如图9所示，该上下压辊对应第一钢带层1和第二钢带层2的焊边4处分别设有压力加强轮6，所述压力加强轮6与压辊分别压于焊边4的内外面，再通过加工设备
螺旋状弯曲卷圆，对管内外两处焊缝持续焊接，钢管持续成型。在卷圆时，当钢带卷圆完成一圈轨迹，与未卷圆的钢带的边缘接触时，一侧加强筋的突出部分与另一侧的焊边搭接，与钢带层形成焊接口5，对管内外两处焊接口5焊接固定，如图10和11所示。

技术特征：

1.一种复合结构壁大口径螺旋焊接钢管，其特征在于：由双层复合钢带螺旋状卷焊形成；所述双层复合钢带包括等宽、平行、错开设置的第一钢带层(1)和第二钢带层(2)，所述第一钢带层(1)和第二钢带层(2)之间设有至少两条与之垂直的加强筋(3)，所述加强筋(3)分别设置于第一钢带层(1)与第二钢带层(2)竖直方向重合部分两侧侧向端部，并与钢带层共同延伸排布，所述第一钢带层(1)与第二钢带层(2)的另外两个侧边分别向两侧的加强筋(3)外侧延伸相同长度形成焊边(4)，所述第一钢带层(1)、第二钢带层(2)以及两侧边端部的加强筋(3)相互焊接形成双层复合钢带。2.根据权利要求1所述的复合结构壁大口径螺旋焊接钢管，其特征在于：所述加强筋(3)设于第一钢带层(1)和第二钢带层(2)侧边端部后，加强筋(3)的外侧边突出钢带层，在所述双层复合钢带卷焊时，一侧加强筋的突出部分与卷圆一圈后到达钢带间接合位置的另一侧钢带的焊边搭接，与钢带层形成焊接口(5)。3.根据权利要求1所述的复合结构壁大口径螺旋焊接钢管，其特征在于：钢带层两侧的加强筋(3)之间同时间隔设有多条加强筋(3)，对第一钢带层(1)和第二钢带层(2)内部进行支撑，所有加强筋(3)相互平行共同延伸排布。4.根据权利要求3所述的复合结构壁大口径螺旋焊接钢管，其特征在于：钢带层内部增设的加强筋(3)采用穿透焊与钢带层焊接为一体。5.根据权利要求3所述的复合结构壁大口径螺旋焊接钢管，其特征在于：所述第一钢带层(1)由多条分体钢带(101)并列排布焊接形成，相邻分体钢带(101)的接缝处均对应一条加强筋(3)，双层复合钢带卷焊时，所述第一钢带层(1)位于管道外壁。6.根据权利要求1所述的复合结构壁大口径螺旋焊接钢管，其特征在于：所述第一钢带层(1)和第二钢带层(2)内侧设置剪刀钉。7.根据权利要求1所述的复合结构壁大口径螺旋焊接钢管，其特征在于：所述第一钢带层(1)和第二钢带层(2)之间设置钢筋。8.根据权利要求1所述的复合结构壁大口径螺旋焊接钢管，其特征在于：所述第一钢带层(1)和第二钢带层(2)的空隙内填充有混凝土。9.根据权利要求1所述的复合结构壁大口径螺旋焊接钢管，其特征在于：所述加强筋(3)为型钢，如：h型钢或槽钢或角钢钢棒或细钢管或钢筋或波形钢。

技术总结

本实用新型公开了一种复合结构壁大口径螺旋焊接钢管，由双层复合钢带螺旋状卷焊形成；双层复合钢带包括等宽、平行、错开设置的第一钢带层和第二钢带层，所述第一钢带层和第二钢带层之间设有至少两条与之垂直的加强筋，所述加强筋分别设置于第一钢带层与第二钢带层竖直方向重合部分两侧侧向端部，并与钢带层共同延伸排布，所述第一钢带层与第二钢带层的另外两个侧边分别向两侧的加强筋外侧延伸相同长度形成焊边，所述第一钢带层、第二钢带层以及两侧边端部的加强筋相互焊接形成双层复合钢带；还公开了其制造方法。本实用新型设计的螺旋焊接钢管的内管壁与外管壁焊缝不重合，避免了应力集中，增大了钢管的强度，制作时节省材料，卷圆动力要求低。卷圆动力要求低。卷圆动力要求低。