金屬繩的制作方法

專利名稱：金屬繩的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種金屬繩，具體而言，本發明涉及到通過提高分布在金屬繩整個長度范圍內的焊接點的強度來提高金屬繩的抗張強度。
背景技術：
現在，人們一直盡可能地避免采用焊接點將金屬繩的兩端連接起來。這是因為金屬繩的焊接點會在該金屬繩內形成一個不易彎曲的區域，這樣就會影響到該金屬繩的彎曲。此外，金屬繩上的焊接點還將形成一個弱強度區域，甚至于影響到其機械性能，例如抗張強度。在金屬繩的焊接區域內產生斷裂所需的力通常為在沒有焊接區域的金屬繩部分上產生斷裂所需力的60％以下。
此外，還應該注意到另一個重要的方面當采用多根金屬繩來加固同步皮帶或用于電梯皮帶上時。當一根金屬繩在負載過程中斷裂時，就可能產生“震動效應”(Shock-effect)或“級聯效應”(Cascade-effect)，這種作用通常會使相鄰的所有金屬繩、甚至是整個皮帶產生斷裂。同樣，當采用多圈金屬繩來加固環形皮帶時，也是如此。這就是在這些領域內不允許有焊接點存在的另一個原因。
當將金屬繩應用到聚合物或橡膠基體內時，焊接點的不易彎曲區域的另一缺點在于在焊接區域，由于焊接點不易彎曲，因此，當該金屬繩彎曲時，該焊接點就可能沿橫向在聚合物或橡膠內移動。這樣就可能將基體剪斷。
為避免在繩索內出現焊接點，可以要求將沒有焊接點的金屬繩以預定的長度投放市場。這種規定的長度將會顯著增加金屬繩的價格。這種金屬繩的制造商將面對浪費增加的問題，因為長度不夠的金屬繩或半成品是不能銷售或使用的。

發明內容
本發明提供一種金屬繩，該金屬繩能夠克服或緩解金屬繩及采用這種金屬繩的物品的價格上漲和機械性能降低的問題。
根據本發明，該金屬繩包括至少兩股。其中至少一股包括一個焊接點，有焊接點的這股具有一個斷裂延伸率，該斷裂延伸率至少為沒有焊接點的金屬繩股的斷裂延伸率的30％，最好超過35％，或者超過40％。
有焊接點的繩股其破斷力為沒有焊接點的繩股之破斷力的30％以上，最好為35％以上或40％以上。
位于金屬繩股上的焊接點的直徑比繩股直徑的1.2倍小，最好比1.1倍小。位于金屬繩股上的焊接點的直徑比繩股直徑的0.8倍大，最好比繩股直徑的0.9倍大。在最佳的情況下，該焊接點的直徑基本與繩股直徑相等。
作為本發明之主題的金屬繩必須包括至少兩個繩股，但是，該金屬繩最好包括2股以上，例如3、4、5、6、7、8、9或更多股。所有這些繩股都是相同的，或者，也可通過采用不同的繩股結構、不同數量的長絲或不同的長絲直徑來形成這些繩股。
對于該金屬繩的每個徑向橫截面而言，至少有一個繩股，最好有一個以上的繩股在其橫截面內沒有焊接點。
在更加優選的情況下，在作為本發明之主題的金屬繩的每個徑向橫截面上，僅有一個金屬繩股是有焊接點的。
在該金屬繩內，在該金屬繩股的焊接位置上，該金屬繩的其它股沒有中斷，而且在該金屬繩股的焊接點附近不包含(其它)焊接點。
其它繩股最好在該金屬繩的長度范圍內沒有焊接點，其中該金屬繩(在下文中稱之為“焊接部分”)包括其中一個金屬繩股的焊接點。該焊接部件具有一定的焊接部分長度L，該長度L為該金屬繩的捻距的2倍。該焊接部分的長度也可以是該金屬繩之捻距的2.5倍或5倍，甚至10倍。
可通過在焊接和制造步驟中仔細選取設定值而使這種焊接點具有較高的彈性。
能夠提供一種具有較高彈性的焊接點的方法可通過下述方式來完成-使需要被焊接在一起的金屬繩的兩端具有實質上扁平的橫截面；-在需要被焊接在一起的金屬繩股的兩端上，減小繩股的捻距Ls；該捻距Ls可被局部減小到小于繩股原始捻距的75％的程度，或減小到小于該繩股原始捻距的65％或50％的程度。
-在焊接過程中，根據繩股的特性設定焊接參數；這些焊接參數為焊接時間，焊接電流，焊接壓力及被固定在金屬繩股上的電極之間的距離；需要焊接在一起的兩端在距待焊接繩股之端部有一預定距離處被兩電極夾住。該距離最好盡可能地小，例如為2毫米，同時，該距離還要足以將繩股焊接在一起。在預定的時間段內利用預定的壓力將這兩端壓在一起，同時，一個特定的電流從一個電極經該繩股流向另一電極。
-焊接后，根據該繩股參數選擇退火參數。退火操作最好利用電流來完成。兩個退火電極在距焊接點有一基本相同的預定距離的位置上被固定到每個繩股上，在預定的時間段內，預設的電流將從一個退火電極經繩股流向另一退火電極。
所謂焊接部分的長度可至少包括兩個金屬繩股之端部的長度，這兩個金屬繩股的端部具有減小的捻距，這是在制造步驟中形成的。焊接點最好大體設置在焊接部分長度的中間位置上。因此，金屬繩的焊接部分長度至少等于金屬繩的長度，該金屬繩包括具有捻距減小的兩端。
焊接電極之間的距離和退火電極之間的距離最好小于捻距減小的那些長度部分的總和。
這些焊接點具有下述優點它們可進一步應用到繩索結構的加工操作中，不論是雙捻或單捻操作。
作為本發明之主題的金屬繩可具有任意的繩股結構，而且該結構包括至少兩股，每股都包括至少兩根金屬長絲。但是，某些結構會從本發明受益更多。
最好采用“n×m-”式結構，例如3×3，7×3，4×7，7×4，7×7或7×19，n應被理解為該繩股內的股數，而且每股都具有m根長絲。應該理解每個繩股都可包括不同的長絲，例如具有不同的直徑，由不同的合金制成，或者具有不同的涂層。
另外，最好采用“m1+(n×m2)-”式結構。在一個由m1根長絲構成的芯股周圍設置有n個由m2根長絲構成的繩股。例如，對于一個3+5×7-的繩索而言，該繩索包括一個由3根長絲構成的芯股，在該芯股周圍設置有5個分別由7根長絲構成的繩股。長絲m1和m2可以具有相同或不同的直徑。例如，可以采用一個19+8*7式的繩索。該繩索的光學繩索直徑為1.7毫米。這種金屬繩索是利用這樣一種芯股制成的包括一根直徑為0.19毫米的核芯長絲，在該核芯長絲周圍，有18根直徑為0.16毫米的長絲被扭絞成兩層。在該芯股周圍，扭絞有8個繩股，每個繩股都包括一個直徑為0.16毫米的中芯長絲，在該中芯長絲周圍扭絞有6根直徑為0.15毫米的長絲。作為另外一個實例，還可以采用一種具有(0.25+6*0.23)+6*(0.23+6*0.21)或(0.25+6*0.23)+6*(0.22+6*0.22)式繩索結構的繩索。作為又一個實例，還可以采用一種具有(7*0.22)+6*(0.22+6*0.21)或(7*0.22)+6*(0.21+6*0.19)式繩索結構的繩索。應該理解每個繩股都可包括多根長絲，這些長絲例如可具有不同的直徑、由不同的合金制成或具有不同的涂層。
作為本發明之主題的金屬繩其光學繩索直徑最好小于14毫米，例如小于12毫米或小于9毫米，甚至小于7毫米，例如小于5毫米或小于4毫米，甚至于小于2.5毫米，例如小于2毫米或小于1.7毫米。該光學繩索直徑就是最小虛圓的直徑，該最小虛圓環繞著該繩索的徑向橫截面。
這些繩股可用于制成本發明的金屬繩索，而且其光學繩股直徑最好小于5毫米，例如小于4毫米或小于2.5毫米，甚至于小于1.75毫米，例如小于0.6毫米。該光學繩股直徑就是環繞著該繩股的徑向橫截面的最小虛圓的直徑。
這些金屬長絲的直徑最好小于1.15毫米，例如小于1.05毫米或小于0.85毫米，甚至小于0.7毫米，例如小于0.5毫米，或者小于0.3毫米，甚至小于0.25毫米，例如小于0.21毫米。但是，通常情況下，這些金屬長絲的直徑不小于0.04毫米。
作為本發明之主題的金屬繩優選由鋼合金制成，最好由含碳量高于0.275％或高于0.4％或高于0.6％的碳鋼或不銹鋼制成。
作為本發明之主題的金屬繩具有下述優點位于繩股級的焊接點不會使該金屬繩形成一個不易彎曲的區域，如果存在這樣的區域，那么就會影響該金屬繩的使用(例如彎曲)或對采用該金屬繩的產品的使用產生影響。
此外，由于對于金屬繩的每個徑向橫截面而言，最好僅有少數幾股或僅有一股被焊接，因此該金屬繩的強度不會太弱。該繩索在焊接繩股所在的位置上其抗張強度至少應為該金屬繩索上沒有焊點的金屬繩股的抗張強度之和。作為本發明的主題并包括有焊接繩股的金屬繩在破斷時的力通常是一個沒有繩股焊點的相同金屬繩的破斷力的50％以上，例如60％以上。
作為本發明的主題并包括有一焊接繩股的金屬繩在每個徑向橫截面內或在焊接部分長度內，在破斷時的延伸率通常是一個沒有繩股焊點的相同金屬繩的延伸率的50％以上，例如60％以上，甚至70％以上，例如80％以上，90％以上。由于一般情況下要為繩索的載荷設置一個很高的安全系數，因此存在一個或幾個繩股焊接點不會增加危險。包括與在整個橫截面內被焊接的金屬繩在破斷時的延伸率相比，僅有一個或幾個繩股焊接點的金屬繩在破斷時的延伸率要大一些。
由于作為本發明之主題的金屬繩克服了現有技術的缺陷，因此繩索制造商也能夠減少浪費，而且還可以以更加經濟的方式制造出繩索。
因此，作為本發明之主題的金屬繩例如可用于對如聚氨酯這樣的聚合物皮帶或橡膠皮帶進行加強，所述皮帶如同步皮帶、提升皮帶或升降皮帶、傳送帶、沿縱向或垂直方向具有凸肋或沒有凸肋的V形皮帶，或者也可以用于提升鋼繩、控制纜繩或汽車領域例如輪胎，或窗口式電梯纜繩上。由于本發明的金屬繩具有較高的破斷力，因此，與在整個橫截面內設置有焊接點的繩索相比，可以在更大的載荷范圍內降低出現級聯效應的可能性。


下面將參照附圖對本發明加以詳細說明，其中圖1示意性地示出了根據本發明的金屬繩；圖2示意性地示出了沿圖1所示之金屬繩的平面AA′所做的徑向剖視圖；圖3和4為圖1所示的繩索和所用的繩股的載荷-延伸率曲線。
圖5示出了用于制造本發明之金屬繩的方法的流程圖；圖6示出了一個包括有一個以上的本發明之金屬繩的聚合物帶。
具體實施例方式
圖1示意性地示出了作為本發明之主題的金屬繩。金屬繩100由含碳量為0.7％的鋼材制成并具有一種“(0.21+6×0.19)+6×(0.19+6×0.175)”式的結構。該金屬繩包括7個繩股(101a，101b，101c，101d，101e，101f和101g)。繩股101a包括一個直徑為0.21毫米的核芯長絲102，在該核芯長絲周圍環繞有6根直徑為0.19毫米的長絲103。其它外部繩股101b，101c，101d，101e，101f和101g均具有一根直徑為0.19毫米的核芯長絲102和6根直徑為0.175毫米的環繞長絲103。
該金屬繩101的捻距104為12.5毫米。繩股101a的捻距為6.3毫米，外部繩股101b，101c，101d，101e，101f和101g的捻距均為8毫米。中心繩股101a和金屬繩本身沿同一方向(S或Z方向)加捻，而繩股101b，101c，101d，101e，101f和101g則均沿相反的方向(Z或S)加捻。
如圖2所示，圖中示出了沿圖1所示之金屬繩的平面AA′所做的徑向剖面，繩股101d具有一個焊接點105，而其它繩股(101a，101b，101c，101e，101f和101g)則在該截面內沒有焊接點。如圖1所示，在位于焊接點105的兩側附近，繩股101d具有一個區域或長度106，該繩股在該區域或該長度范圍內具有較高的扭矩。
外部繩股在區域106內的捻距通常為8毫米，而繩股101d的捻矩則為5毫米。
繩股101d通過絞合操作(Cabling operations)接合到該金屬繩內并限定了該繩索的焊接部分的長度107，對于本實施例而言，該長度107等于金屬繩的捻矩。在由長度107限定的區域內，繩股101a，101b，101c，101e，101f和101g沒有焊接點。焊接點的直徑基本等于繩股的光學直徑，即0.54毫米。
圖3和4示出了繩股和繩索的載荷-延伸率曲線，在該曲線中，橫坐標表示延伸率，由％表示；縱坐標表示施加的力(由牛頓表示)。
圖3示出了如圖1所示設置有焊接點的繩股101d的載荷-延伸率曲線31，該曲線與一個沒有焊接點的基準繩股的載荷-延伸率曲線32進行比較。應該注意到曲線31中的焊接繩股在斷裂時的延伸率是基準繩股在斷裂時的延伸率的41.8％。
圖4清楚示出了圖1和圖2所示的金屬繩，該金屬繩包括一個帶有焊接點的繩股，其載荷-延伸率曲線已經在圖3中示出，該金屬繩具有一個載荷-延伸率曲線41，該曲線41與一個不包含焊接點的類似金屬繩的載荷-延伸率曲線42基本相同。繩股帶有焊接點的繩索在斷裂時的延伸率(曲線41)是繩股不帶有焊接點的金屬繩在斷裂時的延伸率的69％，而繩股帶有焊接點的金屬繩其破斷力是沒有焊接點的金屬繩之破斷力的90％。
圖5示意性地示出了一種用于制造本發明之金屬繩的方法。例如，繩股可能會斷裂，或者用于提供這種繩股的卷軸可能耗空。或者，用于提供繩股的長絲在繩股的制造過程中可能斷裂。在這樣的情況下，根據本發明，繩股的兩端需要被連接在一起。
在步驟501中，使兩個端部51具有明顯較小的捻距，例如在長度52的范圍內，例如在60毫米的長度范圍內，用5毫米的捻距替代原始的8毫米捻距。
在步驟502中，使兩個端部51在其外表面上具有一個基本扁平的外部橫截面54。
兩個焊接電極55在距截面53有一距離56的位置上被分別固定到各個端部51上，其中距離56小于長度52(步驟503)。
在焊接步驟504中，利用一個預定的壓力將兩個端部51在橫截面53處相互連接在一起。電極55在預定的時間段內將一個規定的電流通入繩股內，從而對繩股進行焊接。
接著，在退火步驟505中對焊接點進行退火處理。兩個退火電極56分別在焊接點的兩側固定到繩股上。退火電極與焊縫中點之間的距離57最好小于長度52。焊接電極也可以被用作退火電極，但并非必須如此。在預定的時間段內，預定的電流流過該焊點。
接下來，對已經被焊接在一起的繩股進行絞合或捆綁處理，目的是形成本發明的金屬繩58。
本發明的金屬繩可用于制成一個包括有多個根據本發明的金屬繩和一個聚合物基體(例如聚氨酯)的皮帶。
如圖6所示，本發明的金屬繩61可被嵌裝在一個聚氨酯基體62內。金屬繩61a在某一個用于制成繩索61a的繩股上有一個焊點63。這種皮帶可被用作電梯皮帶或用于其它領域內。
權利要求
1.一種金屬繩，其包括至少兩個金屬繩股，其特征在于至少一個繩股被焊接，所述焊接繩股在破斷時的延伸率是沒有焊接的相同繩股在破斷時的延伸率的30％以上。
2.根據權利要求1的金屬繩，其特征在于所述焊接繩股在破斷時所需的力是一個沒有焊接的相同繩股在破斷時所需力的30％以上。
3.根據權利要求1或2的金屬繩，其特征在于所述焊接繩股的焊接點的直徑小于所述焊接繩股的光學繩股直徑的1.2倍。
4.根據權利要求1至3之一的金屬繩，其特征在于對于所述金屬繩的每個徑向橫截面而言，至少一個所述的金屬繩股沒有焊接點。
5.根據權利要求1至4之一的金屬繩，其特征在于對于所述金屬繩的每個徑向橫截面而言，僅有一個金屬繩股具有焊接點。
6.根據權利要求5的金屬繩，其特征在于所述金屬繩具有一個焊接部分，該焊接部分具有一焊接部分長度，所述的其它繩股在所述焊接部分內沒有焊接點，所述焊接部分至少為所述金屬繩之捻距的2.5倍。
7.根據權利要求1至6之一的金屬繩，其特征在于所述金屬繩的光學繩索直徑小于14毫米。
8.根據權利要求7的金屬繩，其特征在于所述金屬繩的光學繩索直徑小于2.5毫米。
9.根據權利要求1至8之一的金屬繩，其特征在于所述金屬繩股的光學繩股直徑小于5毫米。
10.根據權利要求9的金屬繩，其特征在于所述金屬繩股的光學繩股直徑小于0.9毫米。
11.根據權利要求1至10之一的金屬繩，其特征在于所述金屬繩股包括多個金屬長絲，所述長絲的直徑小于1.15毫米。
12.根據權利要求11的金屬繩，其特征在于所述金屬繩股包括多個金屬長絲，所述長絲的直徑小于0.25毫米。
13.根據權利要求1至12之一的金屬繩，其特征在于所述金屬繩為鋼絲繩。
14.根據權利要求1至13之一的金屬繩，其特征在于所述金屬繩的破斷力是一個不含有焊接繩股的相同金屬繩的破斷力的50％以上。
15.根據權利要求1至14之一的金屬繩，其特征在于所述金屬繩在破斷時的延伸率是一個不含有焊接繩股的相同金屬繩在破斷時的延伸率的80％以上。
16.將根據上述權利要求之一的金屬繩用于對聚合物皮帶或橡膠皮帶進行加固。
17.將根據上述權利要求之一的金屬繩應用于電梯皮帶或提升皮帶上。
18.將根據上述權利要求之一的金屬繩應用于同步皮帶上。
19.將根據上述權利要求之一的金屬繩應用于提升纜繩或控制纜繩或窗口式電梯纜繩上。
全文摘要
一種金屬繩(100)包括至少兩個金屬繩股(101A－G)。至少一個繩股(101D)具有焊接點，所述具有焊接點的繩股在破斷時的延伸率為一個沒有焊接點的相同繩股在破斷時的延伸率的30％以上。
文檔編號B23K13/01GK1656283SQ03811828
公開日2005年8月17日 申請日期2003年5月6日 優先權日2002年5月23日
發明者斯泰恩·凡科佩爾諾萊, 貝爾特·范德貝肯 申請人:貝克特股份有限公司