金属绳
发明领域
本发明涉及一种金属绳，具体而言，本发明涉及到通过提高分布在金属绳整个长度范围内的焊接点的强度来提高金属绳的抗张强度。
发明背景
现在，人们一直尽可能地避免采用焊接点将金属绳的两端连接起来。这是因为金属绳的焊接点会在该金属绳内形成一个不易弯曲的区域，这样就会影响到该金属绳的弯曲。此外，金属绳上的焊接点还将形成一个弱强度区域，甚至于影响到其机械性能，例如抗张强度。在金属绳的焊接区域内产生断裂所需的力通常为在没有焊接区域的金属绳部分上产生断裂所需力的60％以下。
此外，还应该注意到另一个重要的方面：当采用多根金属绳来加固同步皮带或用于电梯皮带上时。当一根金属绳在负载过程中断裂时，就可能产生“震动效应”(Shock-effect)或“级联效应”(Cascade-effect)，这种作用通常会使相邻的所有金属绳、甚至是整个皮带产生断裂。同样，当采用多圈金属绳来加固环形皮带时，也是如此。这就是在这些领域内不允许有焊接点存在的另一个原因。
当将金属绳应用到聚合物或橡胶基体内时，焊接点的不易弯曲区域的另一缺点在于：在焊接区域，由于焊接点不易弯曲，因此，当该金属绳弯曲时，该焊接点就可能沿横向在聚合物或橡胶内移动。这样就可能将基体剪断。
为避免在绳索内出现焊接点，可以要求将没有焊接点的金属绳以预定的长度投放市场。这种规定的长度将会显著增加金属绳的价格。这种金属绳的制造商将面对浪费增加的问题，因为长度不够的金属绳或半成品是不能销售或使用的。
发明内容
本发明提供一种金属绳，该金属绳能够克服或缓解金属绳及采用这种金属绳的物品的价格上涨和机械性能降低的问题。
根据本发明，该金属绳包括至少两股。其中至少一股包括一个焊接点，有焊接点的这股具有一个断裂延伸率，该断裂延伸率至少为没有焊接点的金属绳股的断裂延伸率的30％，最好超过35％，或者超过40％。
有焊接点的绳股其破断力为没有焊接点的绳股之破断力的30％以上，最好为35％以上或40％以上。
位于金属绳股上的焊接点的直径比绳股直径的1.2倍小，最好比1.1倍小。位于金属绳股上的焊接点的直径比绳股直径的0.8倍大，最好比绳股直径的0.9倍大。在最佳的情况下，该焊接点的直径基本与绳股直径相等。
作为本发明之主题的金属绳必须包括至少两个绳股，但是，该金属绳最好包括2股以上，例如3、4、5、6、7、8、9或更多股。所有这些绳股都是相同的，或者，也可通过采用不同的绳股结构、不同数量的长丝或不同的长丝直径来形成这些绳股。
对于该金属绳的每个径向横截面而言，至少有一个绳股，最好有一个以上的绳股在其横截面内没有焊接点。
在更加优选的情况下，在作为本发明之主题的金属绳的每个径向横截面上，仅有一个金属绳股是有焊接点的。
在该金属绳内，在该金属绳股的焊接位置上，该金属绳的其它股没有中断，而且在该金属绳股的焊接点附近不包含(其它)焊接点。
其它绳股最好在该金属绳的长度范围内没有焊接点，其中该金属绳(在下文中称之为“焊接部分”)包括其中一个金属绳股的焊接点。该焊接部件具有一定的焊接部分长度L，该长度L为该金属绳的捻距的2倍。该焊接部分的长度也可以是该金属绳之捻距的2.5倍或5倍，甚至10倍。
可通过在焊接和制造步骤中仔细选取设定值而使这种焊接点具有较高的弹性。
能够提供一种具有较高弹性的焊接点的方法可通过下述方式来完成：
-使需要被焊接在一起的金属绳的两端具有实质上扁平的横截面；
-在需要被焊接在一起的金属绳股的两端上，减小绳股的捻距Ls；该捻距Ls可被局部减小到小于绳股原始捻距的75％的程度，或减小到小于该绳股原始捻距的65％或50％的程度。
-在焊接过程中，根据绳股的特性设定焊接参数；这些焊接参数为焊接时间，焊接电流，焊接压力及被固定在金属绳股上的电极之间的距离；需要焊接在一起的两端在距待焊接绳股之端部有一预定距离处被两电极夹住。该距离最好尽可能地小，例如为2毫米，同时，该距离还要足以将绳股焊接在一起。在预定的时间段内利用预定的压力将这两端压在一起，同时，一个特定的电流从一个电极经该绳股流向另一电极。
-焊接后，根据该绳股参数选择退火参数。退火操作最好利用电流来完成。两个退火电极在距焊接点有一基本相同的预定距离的位置上被固定到每个绳股上，在预定的时间段内，预设的电流将从一个退火电极经绳股流向另一退火电极。
所谓焊接部分的长度可至少包括两个金属绳股之端部的长度，这两个金属绳股的端部具有减小的捻距，这是在制造步骤中形成的。焊接点最好大体设置在焊接部分长度的中间位置上。因此，金属绳的焊接部分长度至少等于金属绳的长度，该金属绳包括具有捻距减小的两端。
焊接电极之间的距离和退火电极之间的距离最好小于捻距减小的那些长度部分的总和。
这些焊接点具有下述优点：它们可进一步应用到绳索结构的加工操作中，不论是双捻或单捻操作。
作为本发明之主题的金属绳可具有任意的绳股结构，而且该结构包括至少两股，每股都包括至少两根金属长丝。但是，某些结构会从本发明受益更多。
最好采用“n×m-”式结构，例如3×3，7×3，4×7，7×4，7×7或7×19，n应被理解为该绳股内的股数，而且每股都具有m根长丝。应该理解：每个绳股都可包括不同的长丝，例如具有不同的直径，由不同的合金制成，或者具有不同的涂层。
另外，最好采用“m1+(n×m2)-”式结构。在一个由m1根长丝构成的芯股周围设置有n个由m2根长丝构成的绳股。例如，对于一个3+5×7-的绳索而言，该绳索包括一个由3根长丝构成的芯股，在该芯股周围设置有5个分别由7根长丝构成的绳股。长丝m1和m2可以具有相同或不同的直径。例如，可以采用一个19+8*7式的绳索。该绳索的光学绳索直径为1.7毫米。这种金属绳索是利用这样一种芯股制成的：包括一根直径为0.19毫米的核芯长丝，在该核芯长丝周围，有18根直径为0.16毫米的长丝被扭绞成两层。在该芯股周围，扭绞有8个绳股，每个绳股都包括一个直径为0.16毫米的中芯长丝，在该中芯长丝周围扭绞有6根直径为0.15毫米的长丝。作为另外一个实例，还可以采用一种具有(0.25+6*0.23)+6*(0.23+6*0.21)或(0.25+6*0.23)+6*(0.22+6*0.22)式绳索结构的绳索。作为又一个实例，还可以采用一种具有(7*0.22)+6*(0.22+6*0.21)或(7*0.22)+6*(0.21+6*0.19)式绳索结构的绳索。应该理解：每个绳股都可包括多根长丝，这些长丝例如可具有不同的直径、由不同的合金制成或具有不同的涂层。
作为本发明之主题的金属绳其光学绳索直径最好小于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。该光学绳索直径就是最小虚圆的直径，该最小虚圆环绕着该绳索的径向横截面。
这些绳股可用于制成本发明的金属绳索，而且其光学绳股直径最好小于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。该光学绳股直径就是环绕着该绳股的径向横截面的最小虚圆的直径。
这些金属长丝的直径最好小于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，通常情况下，这些金属长丝的直径不小于0.04毫米。
作为本发明之主题的金属绳优选由钢合金制成，最好由含碳量高于0.275％或高于0.4％或高于0.6％的碳钢或不锈钢制成。
作为本发明之主题的金属绳具有下述优点：位于绳股级的焊接点不会使该金属绳形成一个不易弯曲的区域，如果存在这样的区域，那么就会影响该金属绳的使用(例如弯曲)或对采用该金属绳的产品的使用产生影响。
此外，由于对于金属绳的每个径向横截面而言，最好仅有少数几股或仅有一股被焊接，因此该金属绳的强度不会太弱。该绳索在焊接绳股所在的位置上其抗张强度至少应为该金属绳索上没有焊点的金属绳股的抗张强度之和。作为本发明的主题并包括有焊接绳股的金属绳在破断时的力通常是一个没有绳股焊点的相同金属绳的破断力的50％以上，例如60％以上。
作为本发明的主题并包括有一焊接绳股的金属绳在每个径向横截面内或在焊接部分长度内，在破断时的延伸率通常是一个没有绳股焊点的相同金属绳的延伸率的50％以上，例如60％以上，甚至70％以上，例如80％以上，90％以上。由于一般情况下要为绳索的载荷设置一个很高的安全系数，因此存在一个或几个绳股焊接点不会增加危险。包括与在整个横截面内被焊接的金属绳在破断时的延伸率相比，仅有一个或几个绳股焊接点的金属绳在破断时的延伸率要大一些。
由于作为本发明之主题的金属绳克服了现有技术的缺陷，因此绳索制造商也能够减少浪费，而且还可以以更加经济的方式制造出绳索。
因此，作为本发明之主题的金属绳例如可用于对如聚氨酯这样的聚合物皮带或橡胶皮带进行加强，所述皮带如同步皮带、提升皮带或升降皮带、传送带、沿纵向或垂直方向具有凸肋或没有凸肋的V形皮带，或者也可以用于提升钢绳、控制缆绳或汽车领域例如轮胎，或窗口式电梯缆绳上。由于本发明的金属绳具有较高的破断力，因此，与在整个横截面内设置有焊接点的绳索相比，可以在更大的载荷范围内降低出现级联效应的可能性。
附图说明
下面将参照附图对本发明加以详细说明，其中：
图1示意性地示出了根据本发明的金属绳；
图2示意性地示出了沿图1所示之金属绳的平面AA′所做的径向剖视图；
图3和4为图1所示的绳索和所用的绳股的载荷-延伸率曲线。
图5示出了用于制造本发明之金属绳的方法的流程图；
图6示出了一个包括有一个以上的本发明之金属绳的聚合物带。
具体实施方式
图1示意性地示出了作为本发明之主题的金属绳。金属绳100由含碳量为0.7％的钢材制成并具有一种“(0.21+6×0.19)+6×(0.19+6×0.175)”式的结构。该金属绳包括7个绳股(101a，101b，101c，101d，101e，101f和101g)。绳股101a包括一个直径为0.21毫米的核芯长丝102，在该核芯长丝周围环绕有6根直径为0.19毫米的长丝103。其它外部绳股101b，101c，101d，101e，101f和101g均具有一根直径为0.19毫米的核芯长丝102和6根直径为0.175毫米的环绕长丝103。
该金属绳101的捻距104为12.5毫米。绳股101a的捻距为6.3毫米，外部绳股101b，101c，101d，101e，101f和101g的捻距均为8毫米。中心绳股101a和金属绳本身沿同一方向(S或Z方向)加捻，而绳股101b，101c，101d，101e，101f和101g则均沿相反的方向(Z或S)加捻。
如图2所示，图中示出了沿图1所示之金属绳的平面AA′所做的径向剖面，绳股101d具有一个焊接点105，而其它绳股(101a，101b，101c，101e，101f和101g)则在该截面内没有焊接点。如图1所示，在位于焊接点105的两侧附近，绳股101d具有一个区域或长度106，该绳股在该区域或该长度范围内具有较高的扭矩。
外部绳股在区域106内的捻距通常为8毫米，而绳股101d的捻矩则为5毫米。
绳股101d通过绞合操作(Cabling operations)接合到该金属绳内并限定了该绳索的焊接部分的长度107，对于本实施例而言，该长度107等于金属绳的捻矩。在由长度107限定的区域内，绳股101a，101b，101c，101e，101f和101g没有焊接点。焊接点的直径基本等于绳股的光学直径，即0.54毫米。
图3和4示出了绳股和绳索的载荷-延伸率曲线，在该曲线中，横坐标表示延伸率，由％表示；纵坐标表示施加的力(由牛顿表示)。
图3示出了如图1所示设置有焊接点的绳股101d的载荷-延伸率曲线31，该曲线与一个没有焊接点的基准绳股的载荷-延伸率曲线32进行比较。应该注意到：曲线31中的焊接绳股在断裂时的延伸率是基准绳股在断裂时的延伸率的41.8％。
图4清楚示出了图1和图2所示的金属绳，该金属绳包括一个带有焊接点的绳股，其载荷-延伸率曲线已经在图3中示出，该金属绳具有一个载荷-延伸率曲线41，该曲线41与一个不包含焊接点的类似金属绳的载荷-延伸率曲线42基本相同。绳股带有焊接点的绳索在断裂时的延伸率(曲线41)是绳股不带有焊接点的金属绳在断裂时的延伸率的69％，而绳股带有焊接点的金属绳其破断力是没有焊接点的金属绳之破断力的90％。
图5示意性地示出了一种用于制造本发明之金属绳的方法。例如，绳股可能会断裂，或者用于提供这种绳股的卷轴可能耗空。或者，用于提供绳股的长丝在绳股的制造过程中可能断裂。在这样的情况下，根据本发明，绳股的两端需要被连接在一起。
在步骤501中，使两个端部51具有明显较小的捻距，例如在长度52的范围内，例如在60毫米的长度范围内，用5毫米的捻距替代原始的8毫米捻距。
在步骤502中，使两个端部51在其外表面上具有一个基本扁平的外部横截面54。
两个焊接电极55在距截面53有一距离56的位置上被分别固定到各个端部51上，其中距离56小于长度52(步骤503)。
在焊接步骤504中，利用一个预定的压力将两个端部51在横截面53处相互连接在一起。电极55在预定的时间段内将一个规定的电流通入绳股内，从而对绳股进行焊接。
接着，在退火步骤505中对焊接点进行退火处理。两个退火电极56分别在焊接点的两侧固定到绳股上。退火电极与焊缝中点之间的距离57最好小于长度52。焊接电极也可以被用作退火电极，但并非必须如此。在预定的时间段内，预定的电流流过该焊点。
接下来，对已经被焊接在一起的绳股进行绞合或捆绑处理，目的是形成本发明的金属绳58。
本发明的金属绳可用于制成一个包括有多个根据本发明的金属绳和一个聚合物基体(例如聚氨酯)的皮带。
如图6所示，本发明的金属绳61可被嵌装在一个聚氨酯基体62内。金属绳61a在某一个用于制成绳索61a的绳股上有一个焊点63。这种皮带可被用作电梯皮带或用于其它领域内。
