一种混凝土泵送 i史备用锥管及其制造方法 技术领域 本发明涉及工程作业装置， 具体涉及一种混凝土泵送设备用锥管及其制造 方法。 背景技术 随着混凝土泵送技术的快速发展， 施工效率进一步提高， 工程项目周期缩 短， 人们对泵车寿命及使用稳定性提出了更高的要 求， 而设备关键部位的材料 性能改善显得尤为重要。 锥管作为影响泵车寿命及使用稳定性的关键部 件， 目 前多釆用内表面堆焊来提高耐磨性。 这种制备工艺的产品能耗高、 成本高、 质 量差、 环境污染严重、 市场竟争力弱， 同时复杂的堆焊工序中不可避免地存在 结合界面位置和厚度不能精确控制及壁厚不均 勾的问题。 此外， 堆焊锥管还存 在大量严重威胁泵送设备寿命及施工稳定性的 安全隐患： （ 1 )堆焊所得锥管内 表面粗糙、 多焊瘤焊渣、 焊接紋路深， 因此流道阻力大， 易引起堵管， 影响工 程施工进度， 即使釆用机械手纵向焊缝， 仍难达到减少内表面焊瘤和流道阻力 的满意结果； （2 ) 堆焊工序复杂、 能耗大、 作业时间长、 可控性差， 难以保证 焊层厚度及均勾性； （3 )锥管两端最易磨损部位因焊不满而导致寿命� �短； （4 ) 堆焊层厚度有限， 堆焊过厚容易造成堆焊层的脱落与堵管现象， 因此通过增加 焊层厚度以进一步提高耐磨性的工作难以实现 。 本发明的发明人尚未发现能满足混凝土泵送设 备需要的双层锥管的出现。 发明内容 针对现有技术存在的问题， 发明人提出一种混凝土泵送设备用锥管， 以克 服现有的堆焊锥管的堆焊工艺复杂难控、 流道阻力大的缺陷。 根据本发明的混凝土泵送设备用锥管包括内管 和外管， 内管和外管由不同 的金属材料形成， 内管的硬度高于外管， 外管的韧性高于内管， 从而在满足锥 管性能要求的前提下还极大地简化了锥管的成 型工艺， 而且相对于通过堆焊工 艺加工成型的锥管来说，本发明的锥管的制造 过程中对环境的污染小、能耗低。 可用于内层管的材料有多种， 包括： 中碳低合金钢、 高碳低合金钢， 耐磨 铸钢， 耐磨铸铁或工具钢； 外管可以用普通碳钢、 低碳合金钢。 在一种具体实施方式中， 内层锥管釆用中碳低合金钢， 淬透性好， 热处理 后硬度高、 耐磨性好。 外管釆用普通碳钢， 其含碳量氏， 热处理后硬度仍然艮 低、 韧性好、 抗冲击能力强， 能对内管起到很好的保护作用。 制造本发明的双层锥管的方法可以有多种。 在一种方法中， 先将两种材料 通过铸造或模压的方法形成单层锥形管， 然后通过一定的方式进行复合形成双 层锥管， 最后将产品整体淬火。 复合的方式包括冷拔、 胶结、 挤压复合、 冶金 结合等。 另一种方法是先将两个单层直管复合为双层管 ， 然后经过感应加热和 借助锥形模的扩口成型， 获得所需锥度的双层锥管， 最后经过淬火工艺， 改善 锥管的啟观结构。 后一种方法是优选的， 因为， 釆用这种方式， 内、 外管能实 现无间隙紧密配合。 所得双层复合锥管是不等壁厚的， 因为小端为易损端， 复 合锥管口径大的一端 （简称为大端） 壁厚较薄， 口径小的一端 （简称为小端） 壁厚较厚， 符合等寿命设计原理， 节约原材料。 无论上述哪种方法， 都需要对复合后的锥管进行淬火处理。 淬火的目的是 使得淬透性较好的内管形成硬度很高的马氏体 和贝氏体组织， 而淬透性弱的外 管则为珠光体和铁素体组织， 硬度低、 韧性好， 抗冲击能力强。 在一种具体实施方式中， 内管材料选用 3-12 mm厚度的 55SiMn钢， 外管 材料选用 2-6 mm厚度的 20钢； 先通过复合拉拔机将内外管复合在一起， 然后 通过锥管机感应加热成型，得到所需的锥度， 锥管总厚度控制在 5- 16 mm之间。 在另一种具体实施方式中， 内管材料选用耐磨铸铁或耐磨铸钢，铸造成型 ； 外管材料选用 20钢， 模压成型， 在内外两管之间加入一个注胶层。 在另一种具体实施方式中， 内管材料选用 55SiMn, 外管材料选用 20钢； 以铜箔为中间层材料，釆用冷拔-液固相扩散� �合的方法实现内外管之间的冶金 复合及成型。 本发明提出的不等壁复合锥管， 内管和外管分别釆用的两种材料利用各自 的性能优势进行分层组合， 能够克服各自的缺点， 充分发挥组合材料的优点。 复合锥管的内管淬透能力强， 表面光滑、 硬度高、 耐磨性好， 外管硬度低、 韧 性好， 抗冲击能力强， 能够对内管起到很好的保护作用， 从而同时满足了泵送 设备对锥管耐磨性与韧性的综合要求。 优选工艺安排实现了内外层的无间隙紧 密配合， 且大端薄， 小端厚的壁厚设计符合等寿命设计原理， 节约原材料。 附图说明 构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明 的进一步理解， 本发明的示 意性实施例及其说明用于解释本发明， 并不构成对本发明的不当限定。 在附图 中： 图 1是本发明复合锥管的典型实施例的示意图； 图 2是本发明复合锥管的另一实施例的示意图； 以及 图 3是本发明复合锥管的另一实施例的示意图。 具体实施方式 需要说明的是， 在不冲突的情况下， 本申请中的实施例及实施例中的特征 可以相互组合。 下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发 明。 为了制造出满足混凝土泵送设备要求的锥管， 发明人做了很多尝试。 在一 种尝试方案中， 先分别通过模压成型加工出所需厚度、 锥度和直径的内、 外锥 管， 然后将内管压入外管。 这种方式虽然能获得双层锥管， 但是内、 外管之间 的密合性不佳， 艮容易留有空隙。 而且， 为了获得结合良好的双层管， 需要精 确控制内外管的管径。 在另一种实施方式中， 通过铸造成型获得有锥度的内管； 通过模压成型获 得有锥度的外管， 然后将内管压入外管， 形成双层复合锥管。 受铸造工艺限制， 内管必须保证大于 5 mm的厚度， 因为太薄会导致铸造时金属液体没有流动到 模型底部就冷凝， 产生各种铸造缺陷， 得不到所需尺寸的工件， 复合后的锥管 总厚度在 10 - 16mm之间。 这种制造方法需要消耗较大量的内管材料。 在另一种实施方式中， 先通过模压成型获得有锥度的内层锥管， 然后以内 管为模具对外管进行模压成型， 达到了内外管复合同时还形成所需锥度的双重 效果， 之后再对复合后的锥管进行淬火处理。 该种制造方法工艺难度较大。 在另一种实施方式中， 通过模压形成有锥度的外层锥管， 将所得外管放入 型腔， 用耐磨铸铁或铸钢浇铸内管材料， 形成局部冶金结合， 复合后淬火处理。 但是， 该工艺中浇铸工序难度大， 效率低， 成本高， 工作环境恶劣。 在上述各制造方法中， 如果内层锥管通过模压成型， 内层锥管可以选用 45Mn2或 55SiMn或工具钢等材料； 如果内层锥管通过铸造成型， 内层锥管材 料可以选用耐磨铸铁或耐磨铸钢， 例如釆用高铬铸铁、 高铬铸钢。 釆用模压成 型的外层锥管可以釆用普通碳钢， 例如 20钢。 发明人通过大量的材料选择和管材厚度选择， 虽然也能获得双层复合锥 管， 发现通过上述方法很难高效率地生产出参数、 性能稳定的混凝土泵送设备 用双层锥管。 在本发明的一种最佳方案中， 通过下述工艺制造双层锥管：

( 1 ) 复合拉拔： 先将加工好的均为直管的内管和外管进行复合 拉拔， 得 到双层复合直管。

( 2 )感应加热成型： 将步骤（ 1 ) 中获得的双层直管经过锥管机的感应线 圏进行感应加热， 加热之后立即推过一个实心锥形模具 （相当于锥管机的芯 模）， 该模具的形状和尺寸与内管的内部空间相当。 模具的布置应使得与双层 直管同轴线。 模具小头端最好靠近感应线圏的末端， 使得双层直管被加热后可 以立即被推到模具的小头端。 当整个直管被推过模具之后， 再从模具的反方向 推动已经成型的双层锥管， 使其与模具脱开， 即可获得所需锥度且无间隙配合 的双层复合锥管。 需要注意的是， 实心锥形模具小头端的直径需略大于内管小 头端的内径， 以使锥管冷却变形后仍满足设计要求。

( 3 ) 整体淬火： 将获得的复合锥管整体淬火， 淬透性强的内管形成硬度 很高的马氏体和贝氏体组织， 淬透性弱的外管为低硬度的珠光体和铁素体组 织。 釆用该方法， 通过感应线圏可以快速加热复合直管， 降低其变形抗力， 再 由外力推至实心锥状扩孔凸模， 实现复合锥管的成型。 通过改变扩孔凸模的尺 寸和锥度， 能快速生产出不同尺寸长度和锥度的锥管。 由于是对等壁复合直管 进行的同轴扩孔成型， 所得锥管大端壁厚薄于小端， 这种不等厚的内管正好适 应在使用过程中锥管小端的磨损严重的现象， 既延长了锥管的使用寿命， 又节 约了材料。 实施例 1 如图 1所示， 内管 2选用中碳低合金钢， 外管 1釆用普通低碳钢， 先将两 种符合设计要求的钢管经过拉拔复合， 得到双层复合钢管， 再将复合管通过锥 管机感应加热成型， 得到所需的锥度， 并实现锥管内外层无间隙紧密结合。 双 层复合锥管是不等壁厚的， 大端薄， 小端厚。 最后将产品整体淬火， 使淬透性 较好的内管形成马氏体和贝氏体组织， 得到较高的硬度和耐磨性， 而淬透性弱 的外管则为珠光体和铁素体组织， 硬度低、 韧性好， 抗冲击能力强。 实施例 2 内管材料选用厚度大于 5 mm的耐磨铸铁、 耐磨铸钢， 铸造成锥型； 外管 材料选用 20 钢， 模压成型； 然后将内管压入外管， 形成双层复合锥管。 受铸 造工艺限制， 内管必须保证大于 5 mm的厚度， 因为太薄会导致铸造时金属液 体没有流动到模型底部就冷凝， 产生各种铸造缺陷， 得不到所需尺寸的工件， 成型后的双层复合锥管总厚度在 10mm之上，一般处于 10 - 16 mm之间。然后， 对成型后的复合锥管进行淬火处理， 热处理后， 锥管的内管耐磨性好， 外管韧 性好。 实施例 3 外管选用 20钢，模压成厚度为 2-6 mm的单层锥管，将所得外管放入型腔， 用耐磨铸铁或铸钢浇铸内管材料， 形成局部冶金结合， 复合后淬火处理。 或者 将模压成型的外管放入型腔后， 内管选用高铬铸铁、 高铬铸钢材料， 釆用离心 铸造的方法得到局部冶金结合的双层复合锥管 。 然后， 对成型后的双层复合锥 管进行淬火处理， 热处理后， 锥管的内管耐磨性好， 外管韧性好。 实施例 4 如图 2所示， 内管 2材料选用耐磨铸铁或耐磨铸钢， 铸造成型， 然后对内 管后进行淬火处理， 使具有良好的耐磨性； 外管 1材料选用 20钢， 模压成型。 考虑到铸造内管表面粗糙度及变形造成镶套困 难的问题， 内外管之间可以加入 一个厚度约为 2mm的注胶层 5 , 将内、 外管粘结在一起形成复合锥管。 注胶层 材料例如为环氧树脂类， 将注胶浆釆用弹簧复位注胶器或注胶机等注入 到内外 两层管之间。 实施例 5 如图 2所示， 内管 2材料选用 55SiMn, 外管 1材料选用 20钢， 内外管分 别成型； 以铜箔为中间层 5材料， 釆用冷拔-液固相扩散复合的方法实现内外管 之间的冶金复合及成型。 然后， 对成型后的复合锥管进行淬火处理， 热处理后， 锥管的内管耐磨性好， 外管韧性好。 图 3示出带连接法兰的复合锥管。 连接法兰 3、 4在内壁设有耐磨套 41 , 内管 2和外管 1之间的接合面在端部处的直径大于在该端的� �接法兰 3、 4 的内壁直径， 该接合面对应于连接法兰的相应的止口端面。 综上所述， 釆用本发明的技术方案， 具有如下效果：

1. 摒弃传统工艺中的堆焊环节， 显著简化锥管制备流程， 缩短作业时间， 提高生产效率， 降低生产成本； 成型工艺可控性强， 节省人力物力， 有利于实 现生产自动化；

2. 锥管的内管表面光滑、 流道阻力小， 有效解决了釆用堆焊工艺制造的锥 管内表面由于焊瘤、 焊渣等焊接质量问题引起的流道阻力大以致堵 管的难题；

3. 本工艺以满足工程实际中的管道允许应力为基 材设计原则，通过不同选 材和热处理工艺， 能够设计不同的内、 外管组织和厚度， 从而充分满足泵送设 备用锥管的机械性能要求， 克服了传统工艺中堆焊厚度有限， 堆焊过厚易造成 堆焊层的脱落与堵管的问题；

4. 复合锥管制作工艺可靠性高， 尺寸控制精确， 所得内外管均为成分、 性 能稳定、 均勾的单一整体材料， 避免了复杂的堆焊工序中结合界面的位置和厚 度不能精确控制、 壁厚不均等不足。 以上所述仅为本发明的优选实施例而已， 并不用于限制本发明， 对于本领 i或的技术人员来说， 本发明可以有各种更改和变化。 凡在本发明的 ^"神和原则 之内， 所作的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本发明的保护范围之 内。