一種高強度輕型中空錨杆及其加工方法
2023-07-03 04:59:41
專利名稱：一種高強度輕型中空錨杆及其加工方法
技術領域：
本發明涉及一種隧道工程材料，更具體的說，本發明主要涉及一種高強度輕型中空錨杆及其加工方法。
背景技術：
隨著我國鐵路運輸行業的不斷發展，尤其是目前日益普及的高架鐵路，其基礎工程的驗收要求也越來越高，因此對各類工程材料的質量也提出了更高的要求，我國現行的鐵路標準中對中空錨杆的抗拉能力和延伸率等力學性能都提出了較高的要求，如鐵路標準中舉例的中空錨杆採用7毫米的壁厚，3. 14公斤每米，如按照現有的錨杆熱軋式的生產方式，要滿足鐵路標準中的強度要求，則只能通過加大鋼材的用量來實現，即採用較厚的鋼管作為熱軋原材料，此種方式生產的錨杆雖然滿足了鐵路標準中所規定的力學性能，卻因增加了中空錨杆的壁厚而導致其內部空間較小，影響了其使用性能，使得由中空錨杆內部注漿變的困難，注漿壓力衰減損失巨大，同時為保證中空錨杆強度而一味的增加其壁厚，也造成的大量鋼材的浪費，因此有必要針對前述缺陷對中空錨杆的生產技術做進一步的改進。
發明內容
本發明的目的之一在於解決上述不足，提供一種強度更高，且可減少生產鋼材用量的一種高強度輕型中空錨杆及其加工方法。為解決上述的技術問題，本發明採用以下技術方案本發明一方面提供了一種高強度輕型中空錨杆，包括呈中空的錨杆本體，錨杆本體的外表面上設置有連續或不連續的螺紋，所述的錨杆本體的壁厚為3至6. 9毫米，所述的錨杆本體的金屬材質平均金屬晶粒組織度為國際金屬材質金屬晶粒組織標準中的6至10 級。進一步的技術方案是所述的錨杆本體的壁厚為3. 5至4. 5毫米。更進一步的技術方案是所述的錨杆本體橫截面的最小直徑與最大直徑的比例為 1 1. 3 1. 7。再進一步的技術方案是所述的錨杆本體為由一端向另一端直線延伸的任意長度。本發明另一方面提供了一種上述的高強度輕型中空錨杆的加工方法，其特徵在於所述的方法按照如下步驟操作步驟一、採用加熱裝置將原材料加熱後，通過溫度感應裝置檢測出加熱後原材料的溫度並反饋至加熱裝置中；步驟二、當原材料的溫度達到800至1000攝氏度後，採用控制軋制裝置對原材料表面進行軋制加工，加工完成後即得到半成品；步驟三、採用熱處理裝置半成品進行最終冷卻處理，完成後即得到高強度輕型中空錨杆成品。
進一步的技術方案是所述按照步驟二的操作得到半成品後，通過溫度感應裝置檢測出半成品的實際溫度，並反饋至控制軋制裝置中，如實際溫度超出700至850攝氏度的區間值範圍內，則調整控制軋制裝置的軋制形變速度和冷卻水壓及水量，再重複步驟二。更進一步的技術方案是所述按照步驟三的操作得到高強度輕型中空錨杆成品後，通過溫度感應裝置檢測出高強度輕型中空錨杆成品的實際溫度，並反饋至熱處理裝置中，如實際溫度超出400至500攝氏度的區間值範圍內，則調整熱處理裝置的冷卻水壓和水量，再重複步驟三。更進一步的技術方案是所述的步驟一至步驟三在同一條生產線上一次性完成。更進一步的技術方案是所述的加熱裝置是超音頻感應加熱器。更進一步的技術方案是根據權利要求5至7任一所述的高強度輕型中空錨杆的加工方法，其特徵在於所述的原材料是無縫鋼管，所述的無縫鋼管的規格為25*4。與現有技術相比，本發明的有益效果之一是通過控制軋制的方式改善了錨杆本體的材質平均金屬晶粒組織，使其與同種或同類金屬按照現有方式生產的同一規格的中空錨杆相比，其力學性能提高了 25%至35%，因此本發明達到與現有符合鐵路標準的中空錨杆相同的力學強度，可節約鋼材用量的25%至35%，即採用其他規格的無縫鋼管作為原材料，在滿足鐵路標準對中空錨杆力學性能要求的前提下降低了材料壁厚，同時增大了中空錨杆的孔徑，有利於其在實際使用中進行注漿，還解決了錨杆的高力學性能與使用性能之間的矛盾，節約了工程的造價。
圖1為本發明一種實施例的結構示意圖；圖2為圖1的A-A剖視圖；圖3為本發明另一種實施例的工藝流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步闡述。如圖1、圖2所示，本發明的一種實施例是要說明一種高強度輕型中空錨杆，包括呈中空的錨杆本體1，錨杆本體1的外表面上設置有連續或不連續的螺紋，所述的錨杆本體 1的壁厚為3至6. 9毫米，所述的錨杆本體1的金屬材質平均晶粒組織度為國際金屬材質晶粒組織標準中的6至10級，錨杆本體1的金屬材質平均晶粒組織採用控制軋制、溫度反饋的形式進行生產，本發明的發明人經過試驗，認為當錨杆本體的金屬材質平均晶粒組織為 6至10級時，錨杆的韌性和力學強度較好，因此其在壁厚較薄的情形下也能保持良好的材質，因此，控制軋制的生產工藝是使錨杆具有更為優秀的力學強度的關鍵。需要說明的是， 錨杆本體的螺紋僅僅為方便其進入矛頭或巖層孔中，不是其抗拉支護等功能的關鍵結構， 因此即便錨杆本體1外表面的螺紋是不連續的，本發明也是可實施的。在按照上述的控制軋制生產出的錨杆本體1，使之呈現上述的金屬材質平均晶粒組織後，同時為保證本發明的輕質量，在前述所提到的錨杆本體1的壁厚最好設置為3. 5至 4. 5毫米，即可在實際使用中保持較好的力學強度。同理為，如需根據不同的使用場地，需要生產比上述錨杆本體1壁厚更厚的錨杆時，可將錨杆本體1的橫截面的最小直徑與最大直徑之間的比例設置為1 1.3 1.7，具體可根據不同的力學強度需求，可將錨杆本體1的橫截面最大直徑在上述比例範圍中任意選擇，同樣本發明可依照上述的壁厚數值範圍和比例範圍變換為多種相類似的實施方式。上述所提到的錨杆本體1為由一端向另一端直線延伸的任意長度，確切的說，本發明此種實施例所說明的錨杆本體1呈直線狀態，且其具體的長度可根據施工場所的具體情況進行確定，目前可以確定的是，錨杆本體1可設置為任意長度，且在實際使用中其力學強度及抗拉性能基本不會受到影響。本發明的另一種實施方式是要提供和說明一種用於生產本發明上述實施例中所描述的高強度輕型中空錨杆的加工方法，所述的方法按照如下步驟操作步驟一、採用加熱裝置將原材料加熱後，通過溫度感應裝置檢測出加熱後原材料的溫度並反饋至加熱裝置中；遵從控制軋制的方式，先期加熱反饋的目的為掌握錨杆原材料的溫度上升速度，避免因溫度過快或過慢上升而影響後期的軋制效果。步驟二、當原材料的溫度達到800至1000攝氏度後，採用控制軋制裝置對原材料表面進行軋制加工，加工完成後即得到半成品；參考如圖3所示，在按照該步驟得到半成品後，通過溫度感應裝置檢測出半成品的實際溫度，並反饋至控制軋制裝置中，如實際溫度超出700至850攝氏度的區間值範圍內，則調整控制軋制裝置的軋制形變速度和冷卻水壓及水量，再重複步驟二，前述操作方式為進行控制軋制技術生產的關鍵，通過不斷的溫度檢測反饋對軋制設備的各種參數進行調整，使錨杆本體1的金屬材質平均晶粒組織在進行材質檢測時所呈現出的效果較好，且力學強度較佳。按照如上步驟二的操作，繼續進行步驟三、採用熱處理裝置半成品進行最終冷卻處理，完成後即得到高強度輕型中空錨杆成品。繼續參考圖3所示，與步驟二大致相同，按照控制軋制的生產加工方式，在本步驟結束並得到高強度輕型中空錨杆成品後，通過溫度感應裝置檢測出高強度輕型中空錨杆成品的實際溫度，並反饋至熱處理裝置中，如實際溫度超出400至500攝氏度的區間值範圍內，則調整熱處理裝置的冷卻水壓和水量，再重複步驟三。這裡同樣通過溫度感應裝置的反饋，調整熱處理裝置的各種冷卻參數，提升錨杆的金屬材質平均晶粒組織度。還需要說明的是，前述所提到的本發明中所採用的熱處理裝置為水冷卻裝置。考慮到本實施方式中所描述的一種高強度輕型中空錨杆的加工方法中的步驟之間相間隔的時間很短，甚至可以說三個步驟是在毫無間隔時間的情形下一次性完成的，因此在實際生產過程中，可將上述所提到的加熱裝置、控制軋制裝置、熱處理裝置以及多個溫度感應裝置全部設置安裝在同一條生產線上，並通過PLC電氣控制箱或計算機等類似的控制設備對整條生產線的生產作業進行整體控制，使得上述三個步驟在同一條生產線上一次性完成，並採用控制設備整體把控錨杆由原材料到成品的整個過程，進一步提升錨杆成品的金屬材質平均晶粒組織度。本發明的發明人認為，此種實施方式的可以作為本發明比較優選的實施例之一。同時為保證本發明此種實施例的步驟一中的加熱工序能獲得更好的技術效果，在步驟一中所提到的加熱裝置，發明人在實驗中認為比較優選的是超音頻感應加熱器，採用此種加熱裝置可增加對錨杆原材料加熱時的可控性。而前述所提到的原材料則最好採用無縫鋼管，本發明的發明人參考現有技術中通用錨杆的截面大小，認為比較優選的無縫鋼管的規格是25*4，但需要說明的是，無縫鋼管僅僅為本發明優選的控制軋制原材料，本發明還可用於對其他類型鋼管的控制軋制加工，並通過適當的反饋調製，也可實現本發明上述的技術效果。還需要進行說明的是，在本說明書中所談到的「一個實施例」、「另一個實施例」、 「實施例」、等，指的是結合該實施例描述的具體特徵、結構或者特點包括在本申請概括性描述的至少一個實施例中。在說明書中多個地方出現同種表述不是一定指的是同一個實施例。進一步來說，結合任一實施例描述一個具體特徵、結構或者特點時，所要主張的是結合其他實施例來實現這種特徵、結構或者特點也落在本發明的範圍內。儘管這裡參照本發明的多個解釋性實施例對本發明進行了描述，但是，應該理解， 本領域技術人員可以設計出很多其他的修改和實施方式，這些修改和實施方式將落在本申請公開的原則範圍和精神之內。更具體地說，在本申請公開、附圖和權利要求的範圍內，可以對主題組合布局的組成部件和/或布局進行多種變型和改進。除了對組成部件和/或布局進行的變型和改進外，對於本領域技術人員來說，其他的用途也將是明顯的。
權利要求
1.一種高強度輕型中空錨杆，包括呈中空的錨杆本體(1)，錨杆本體(1)的外表面上設置有連續或不連續的螺紋，其特徵在於所述的錨杆本體(1)的壁厚為3至6. 9毫米，所述的錨杆本體(1)的金屬材質平均晶粒組織度為國際金屬材質晶粒組織標準中的6至10級。
2.根據權利要求1所述的高強度輕型中空錨杆，其特徵在於所述的錨杆本體(1)的壁厚為3. 5至4. 5毫米。
3.根據權利要求1所述的高強度輕型中空錨杆，其特徵在於所述的錨杆本體(1)橫截面的最小直徑與最大直徑的比例為1 1.3 1.7。
4.根據權利要求1所述的高強度輕型中空錨杆，其特徵在於所述的錨杆本體(1)為由一端向另一端直線延伸的任意長度。
5.一種權利要求1至4任一所述的高強度輕型中空錨杆的加工方法，其特徵在於所述的方法按照如下步驟操作步驟一、採用加熱裝置將原材料加熱後，通過溫度感應裝置檢測出加熱後原材料的溫度並反饋至加熱裝置中；步驟二、當原材料的溫度達到800至1000攝氏度後，採用控制軋制裝置對原材料表面進行軋制加工，加工完成後即得到半成品；步驟三、採用熱處理裝置半成品進行最終冷卻處理，完成後即得到高強度輕型中空錨杆成品。
6.根據權利要求5所述的高強度輕型中空錨杆的加工方法，其特徵在於所述按照步驟二的操作得到半成品後，通過溫度感應裝置檢測出半成品的實際溫度，並反饋至控制軋制裝置中，如實際溫度超出700至850攝氏度的區間值範圍內，則調整控制軋制裝置的軋制形變速度和冷卻水壓及水量，再重複步驟二。
7.根據權利要求5所述的高強度輕型中空錨杆的加工方法，其特徵在於所述按照步驟三的操作得到高強度輕型中空錨杆成品後，通過溫度感應裝置檢測出高強度輕型中空錨杆成品的實際溫度，並反饋至熱處理裝置中，如實際溫度超出400至500攝氏度的區間值範圍內，則調整熱處理裝置的冷卻水壓和水量，再重複步驟三。
8.根據權利要求5至7任一所述的高強度輕型中空錨杆的加工方法，其特徵在於所述的步驟一至步驟三在同一條生產線上一次性完成。
9.根據權利要求5至7任一所述的高強度輕型中空錨杆的加工方法，其特徵在於所述的加熱裝置是超音頻感應加熱器。
10.根據權利要求5至7任一所述的高強度輕型中空錨杆的加工方法，其特徵在於所述的原材料是無縫鋼管，所述的無縫鋼管的規格為25*4。
全文摘要
本發明公開了一種高強度輕型中空錨杆及其加工方法，包括呈中空的錨杆本體，錨杆本體的外表面上設置有連續或不連續的螺紋，所述的錨杆本體的壁厚為3至6.9毫米，所述的錨杆本體的金屬材質平均金屬晶粒組織度為國際金屬材質金屬晶粒組織標準中的6至10級。本發明達到與現有符合鐵路標準的中空錨杆相同的力學強度，可節約鋼材用量的25％至35％，即採用其他規格的無縫鋼管作為原材料，在滿足鐵路標準對中空錨杆力學性能要求的前提下降低了材料壁厚，同時增大了中空錨杆的孔徑，有利於其在實際使用中進行注漿，還解決了錨杆的高力學性能與使用性能之間的矛盾，節約了工程的造價。
文檔編號B21B37/74GK102562108SQ20121001295
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月16日 優先權日2012年1月16日
發明者吳航, 牛建文, 蔣亞, 謝志萍 申請人:成都現代萬通錨固技術有限公司