一種用于薄壁無縫管端部增厚的方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明為一種用于為薄壁無縫管端部增厚的方法和裝置，該裝置包括：管端加熱裝置、加載裝置、薄壁管夾持固定裝置以及控制系統(tǒng)。本發(fā)明所提供的方法和裝置融合壓力焊和釬焊技術(shù)，利用焊接方法實現(xiàn)薄壁無縫鋼管端部增厚，解決了利用熱鐓擠工藝增厚時，容易失穩(wěn)的技術(shù)缺陷，以獲得平整光滑的結(jié)合面。薄壁無縫管與接頭連接處變形小，結(jié)合強(qiáng)度高，該裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，操作簡便，具有很高的可靠性和實用性。
【專利說明】一種用于薄壁無縫管端部增厚的方法和裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無縫鋼管連接工藝【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種用于為薄壁無縫管端部管壁增厚的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]無縫鋼管具有中空截面，大量用作輸送流體的管道，如輸送石油、天然氣、煤氣、水及某些固體物料的管道等。鋼管與圓鋼等實心鋼材相比，在抗彎抗扭強(qiáng)度相同時，重量較輕，是一種經(jīng)濟(jì)截面鋼材，廣泛用于制造結(jié)構(gòu)件和機(jī)械零件。無縫鋼管在進(jìn)行端部連接時可以采用法蘭連接，或者先對鋼管進(jìn)行端部鐓擠，使端部管壁增厚，也可以通過在鋼管端部堆焊的形式來增加壁厚，然后進(jìn)行連接。由于法蘭連接容易產(chǎn)生氣密性方面的問題，采用堆焊的方式來增厚的管壁，其強(qiáng)度比較低，所以對用于輸送流質(zhì)物料的無縫鋼管多采用管端鐓擠的方式來使管壁增厚，通過墩粗模具進(jìn)行冷墩或熱墩，使無縫管沿軸向方向縮短，壁厚增厚。
[0003]薄壁無縫鋼管自問世以來，以其重量輕、成本低、換熱效率高而深受各界用戶的青睞，尤其是在石油化工業(yè)中應(yīng)用更為廣泛。由于薄壁無縫管的管壁很薄，其受到較大軸向載荷時，管壁容易失穩(wěn)，產(chǎn)生皺褶或扭曲等破壞，所以不宜采用鐓擠的方式來增加薄壁無縫管的壁厚。既然無法對薄壁無縫管采用鐓擠的方式來增加壁厚，我們可以通過在薄壁管外部增設(shè)接頭管來增加管端壁厚。
[0004]當(dāng)前無法檢索到任何一種有效的方法或工藝能夠解決這類問題。為了解決這類問題，需要設(shè)計出一種能夠使薄壁無縫管承受較大載荷，并且管壁不會產(chǎn)生扭曲或變形的方法和裝置來增加薄壁無縫管端部管壁的壁厚。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了一種用于為薄壁無縫管端部管壁增厚的方法和裝置，其融合壓力焊與釬焊等相關(guān)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)使薄壁無縫管承受較大載荷，并且管壁不會產(chǎn)生扭曲或變形，有效增加壁厚的目的要求，并且能夠達(dá)到較高的使用強(qiáng)度，很好的解決了傳統(tǒng)的熱墩方式易導(dǎo)致薄壁管管壁褶皺和扭曲變形的問題。
[0006]為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種用于為薄壁無縫管端部管壁增厚的方法，將接頭套在薄壁無縫管上，接頭內(nèi)側(cè)的焊料層與薄壁無縫管外壁過盈配合，用感應(yīng)加熱線圈對所需焊合的部位進(jìn)行加熱，使溫度升至焊料的熔點，然后通過壓力機(jī)對接頭進(jìn)行軸向加載，使接頭管壁變厚，軸向載荷轉(zhuǎn)化為徑向的載荷，在徑向載荷作用下，熔融的焊料分子能夠很好地擴(kuò)散進(jìn)入薄壁無縫管外壁，最終實現(xiàn)接頭與薄壁無縫管的緊密結(jié)合；一種用于為薄壁無縫管端部管壁增厚的裝置，所述裝置包括:管端加熱裝置、加載裝置、薄壁管夾持固定裝置以及控制系統(tǒng)，其中，所述管端加熱裝置包括內(nèi)感應(yīng)加熱線圈、外感應(yīng)加熱線圈，所述加載裝置包括壓力機(jī)、環(huán)形推板、芯棒，所述薄壁管夾持固定裝置包括固定擋板、鎖緊螺母，所述控制系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、壓力傳感器、壓力數(shù)據(jù)采集模塊、溫度傳感器、溫度數(shù)據(jù)采集模塊，薄壁無縫管通過固定擋板中部的通孔，薄壁管端部露在固定擋板外部，所需加裝的接頭套在薄壁無縫管端部，內(nèi)、外感應(yīng)加熱線圈設(shè)于薄壁管管端外表面與接頭焊料層內(nèi)表面接合處，外感應(yīng)加熱線圈可拆卸，內(nèi)感應(yīng)加熱線圈嵌入在芯棒中，在加載時芯棒對薄壁管管壁起支撐作用，固定擋板與鎖緊螺母配合使用，用來固定無縫薄壁管，所述壓力傳感器設(shè)于環(huán)形推板與接頭左端面相接合處，壓力傳感器外連壓力數(shù)據(jù)采集模塊，所述溫度傳感器設(shè)于接頭右端面與固定擋板相接合處，溫度傳感器外連溫度數(shù)據(jù)采集模塊，壓力、溫度數(shù)據(jù)采集模塊將數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。
[0007]進(jìn)一步地，所述管端加熱裝置包括內(nèi)感應(yīng)加熱線圈、外感應(yīng)加熱線圈，內(nèi)感應(yīng)加熱線圈可隨芯棒一起從薄壁管中取出，卸載后，外感應(yīng)加熱線圈可拆卸下來。
[0008]進(jìn)一步地，所述固定擋板左側(cè)為方形擋板，用于承載壓力機(jī)施加的橫向載荷，右側(cè)設(shè)有開槽的錐形螺紋，與所述鎖緊螺母配合使用，用于固定薄壁無縫管，以防止其水平移動。
[0009]進(jìn)一步地，所述壓力傳感器設(shè)于環(huán)形推板與接頭左端面相接合處，壓力機(jī)通過環(huán)形推板為接頭軸向加載，壓力傳感器測得載荷，通過壓力數(shù)據(jù)采集模塊將數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)而控制壓力機(jī)，從而達(dá)到保壓的效果。
[0010]進(jìn)一步地，所述溫度傳感器設(shè)于接頭右端面與固定擋板相接合處，用于測量接頭焊料層的溫度，溫度傳感器測得焊料層的溫度，通過溫度數(shù)據(jù)采集模塊將數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)而控制內(nèi)、外感應(yīng)加熱線圈，從而達(dá)到加熱保溫的效果。
[0011]進(jìn)一步地，所述接頭的管壁分為內(nèi)、外兩層，內(nèi)層為焊料層，內(nèi)層焊料的熔點低于外層材料，接頭的內(nèi)徑與薄壁無縫管外徑過盈配合。
[0012]進(jìn)一步地，所述芯棒的尺寸與薄壁管內(nèi)壁尺寸相配合，芯棒材料耐高溫，并具有一定耐壓性，在對薄壁管的管壁起支撐作用。
[0013]本發(fā)明具有如下的有益效果:本發(fā)明所述用于為薄壁無縫管端部管壁增厚的方法和裝置，其優(yōu)點在于，本發(fā)明設(shè)計的方法和裝置融合了壓力焊和釬焊等技術(shù)，有效解決了薄壁無縫管管壁較薄，無法承受大載荷的問題，避免了管壁增厚過程中產(chǎn)生管壁褶皺和扭曲變形等問題，并且能夠使其達(dá)到較高的使用強(qiáng)度，很好地解決了之前技術(shù)所不能克服的缺陷。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明各部件的結(jié)構(gòu)位置示意圖。
[0015]圖2是固定擋板結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖3是芯棒結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0018]如圖1、2、3所示，本發(fā)明所述裝置具體包括:管端加熱裝置、加載裝置、薄壁管夾持固定裝置以及控制系統(tǒng)。
[0019]管端加熱裝置包括內(nèi)感應(yīng)加熱線圈11和外感應(yīng)加熱線圈10，內(nèi)感應(yīng)加熱線圈11嵌入芯棒12內(nèi)部，外感應(yīng)加熱線圈10套在接頭4外側(cè)并靠緊固定擋板9，內(nèi)、外感應(yīng)加熱線圈(11、10)同時為接頭4與薄壁無縫管8接合處加熱，使接頭4的焊料層達(dá)到熔融狀態(tài)。
[0020]加載裝置包括壓力機(jī)1、環(huán)形推板13和芯棒12，環(huán)形推板13固定在壓力機(jī)I的推板上，能夠在壓力機(jī)I的動力作用下為接頭4進(jìn)行軸向加載，芯棒12設(shè)在薄壁管內(nèi)部，芯棒12的尺寸與薄壁無縫管8的管腔尺寸相配合，在壓力機(jī)I對接頭4加載時，芯棒12對薄壁無縫管8的管壁起支撐作用，芯棒12中部凸臺的右端面與薄壁管的左端面對齊，卸載后，先將芯棒12從薄壁管中抽出，再拆卸已焊接好的薄壁無縫管8與接頭4。
[0021]薄壁管夾持固定裝置包括固定擋板9和鎖緊螺母7，固定擋板9左側(cè)為方形擋板，接頭4的右端面貼緊固定擋板9的左端面，由固定擋板9承載壓力機(jī)I施加的橫向載荷，固定擋板9右側(cè)設(shè)有開槽的錐形螺紋，與所述鎖緊螺母7配合使用，用于固定薄壁無縫管8，以防止其水平移動。
[0022]控制系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)14、壓力傳感器3、壓力數(shù)據(jù)采集模塊2、溫度傳感器6和溫度數(shù)據(jù)采集模塊5，壓力傳感器3設(shè)于環(huán)形推板13與接頭8左端面相接合處，加載過程中，壓力傳感器3實時測得載荷，通過壓力數(shù)據(jù)采集模塊2將數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)14，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)14進(jìn)而控制壓力機(jī)1，從而達(dá)到加載和保壓的效果，溫度傳感器6設(shè)于接頭4右端面與固定擋板9相接合處，溫度傳感器6測得焊料層的溫度，通過溫度數(shù)據(jù)采集模塊5將數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)14，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)14進(jìn)而控制內(nèi)、外感應(yīng)加熱線圈(11、10)，從而達(dá)到加熱保溫的效果。
[0023]本發(fā)明所述用于為薄壁無縫管端部管壁增厚的方法及裝置的實現(xiàn)方式如下:將薄壁無縫管8右端插入固定擋板9的通孔中，使薄壁無縫管8左端需要焊接部位露出固定擋板9，將芯棒12插入薄壁無縫管8，使芯棒12中部凸臺的右端面與薄壁管的左端面對齊，旋轉(zhuǎn)鎖緊螺母7，使其向左移動，固定擋板9右側(cè)開槽處收緊，薄壁無縫管8即被固定，外感應(yīng)加熱線圈10套在接頭4外壁一側(cè)，接頭4與薄壁無縫管8過盈配合，先將接頭4預(yù)熱，然后將接頭4套在薄壁無縫管8左端，接頭4與外感應(yīng)加熱線圈10的右端都緊靠固定擋板9的左端面，內(nèi)、外感應(yīng)加熱線圈(11、10)開始加熱，當(dāng)溫度達(dá)到接頭4焊料層的熔點時，壓力機(jī)I開始對接頭4進(jìn)行軸向加載，達(dá)到設(shè)定載荷后，保壓保溫一段時間，使焊料與薄壁無縫管8的管壁材料充分?jǐn)U散，停止加熱后，繼續(xù)保壓一段時間，直至薄壁無縫管8與接頭4完全冷卻，兩者即被焊合，然后卸載取件。
[0024]當(dāng)然，以上僅是本發(fā)明的具體應(yīng)用范例，對本發(fā)明的保護(hù)范圍不構(gòu)成任何限制。除上述實施例外，本發(fā)明還可以有其它實施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于為薄壁無縫管端部管壁增厚的方法，其特征在于，將接頭(4)套在薄壁無縫管(8)上，接頭(4)內(nèi)側(cè)的焊料層與薄壁無縫管(8)外壁過盈配合，用感應(yīng)加熱線圈對所需焊合的部位進(jìn)行加熱，使溫度升至焊料的熔點，然后通過壓力機(jī)(I)對接頭(4)進(jìn)行軸向加載，使接頭(4)管壁變厚，軸向載荷轉(zhuǎn)化為徑向的載荷，在徑向載荷作用下，熔融的焊料分子能夠很好地擴(kuò)散進(jìn)入薄壁無縫管(8)外壁，最終實現(xiàn)接頭(4)與薄壁無縫管(8)的緊密結(jié)合；一種用于為薄壁無縫管端部管壁增厚的裝置，其特征在于，所述裝置包括:管端加熱裝置、加載裝置、薄壁管夾持固定裝置以及控制系統(tǒng)，其中，所述管端加熱裝置包括內(nèi)感應(yīng)加熱線圈(11)、外感應(yīng)加熱線圈(10)，所述加載裝置包括壓力機(jī)(I)、環(huán)形推板(13)、芯棒(12)，所述薄壁管夾持固定裝置包括固定擋板(9)、鎖緊螺母(7)，所述控制系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(14)、壓力傳感器(3)、壓力數(shù)據(jù)采集模塊(2)、溫度傳感器(6)、溫度數(shù)據(jù)采集模塊(5)，薄壁無縫管(8)通過固定擋板(9)中部的通孔，薄壁管端部露在固定擋板(9)外部，所需加裝的接頭(4)套在薄壁無縫管(8)端部，內(nèi)、外感應(yīng)加熱線圈(11、10)設(shè)于薄壁管管端外表面與接頭(4)焊料層內(nèi)表面接合處，外感應(yīng)加熱線圈(10)可拆卸，內(nèi)感應(yīng)加熱線圈(11)嵌入在芯棒(12)中，在加載時芯棒(12)對薄壁管管壁起支撐作用，固定擋板(9)與鎖緊螺母(7)配合使用，用來固定無縫薄壁管(8)，所述壓力傳感器(3)設(shè)于環(huán)形推板(13)與接頭(4)左端面相接合處，壓力傳感器(3)外連壓力數(shù)據(jù)采集模塊(2)，所述溫度傳感器(6)設(shè)于接頭(4)右端面與固定擋板(9)相接合處，溫度傳感器(6)外連溫度數(shù)據(jù)采集模塊(5)，壓力、溫度數(shù)據(jù)采集模塊(2、5 )將數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(14 )。
2.如權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于，所述管端加熱裝置包括內(nèi)感應(yīng)加熱線圈、外感應(yīng)加熱線圈(11、10)，內(nèi)感應(yīng)加熱線圈(11)可隨芯棒(12)—起從薄壁管中取出，卸載后，外感應(yīng)加熱線圈(10)可拆卸下來。
3.如權(quán)利要求 1所述裝置，其特征在于，所述固定擋板(9)左側(cè)為方形擋板，用于承載壓力機(jī)(I)施加的橫向載荷，右側(cè)設(shè)有開槽的錐形螺紋，與所述鎖緊螺母(7)配合使用，用于固定薄壁無縫管(8)，以防止其水平移動。
4.如前述任一項權(quán)利要求所述裝置，其特征在于，所述壓力傳感器(3)設(shè)于環(huán)形推板(13)與接頭(4)左端面相接合處，壓力機(jī)(I)通過環(huán)形推板(13)為接頭(4)軸向加載，壓力傳感器(3)測得載荷，通過壓力數(shù)據(jù)采集模塊(2)將數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(14)，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(14)進(jìn)而控制壓力機(jī)(I )，從而達(dá)到加載和保壓的效果。
5.如前述任一項權(quán)利要求所述裝置，其特征在于，所述溫度傳感器(6)設(shè)于接頭(4)右端面與固定擋板(9)相接合處，用于測量接頭(4)焊料層的溫度，溫度傳感器(6)測得焊料層的溫度，通過溫度數(shù)據(jù)采集模塊(5)將數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(14)，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(14)進(jìn)而控制內(nèi)、外感應(yīng)加熱線圈(11、10)，從而達(dá)到加熱保溫的效果。
6.如前述任一項權(quán)利要求所述裝置，其特征在于，所述接頭(4)的管壁分為內(nèi)、外兩層，內(nèi)層為焊料層，內(nèi)層焊料的熔點低于外層材料，接頭(4)的內(nèi)徑與薄壁無縫管(8)外徑過盈配合。
7.如前述任一項權(quán)利要求所述裝置，其特征在于，所述芯棒(12)的尺寸與薄壁管內(nèi)壁尺寸相配合，芯棒(12)材料耐高溫，并具有耐壓性，在固定薄壁管和加載時對薄壁管的管壁起支撐作用。
8.一種用于為薄壁無縫管端部管壁增厚的方法和裝置，其特征在于，采用上述任一項權(quán)利要求所述方法或裝置。
【文檔編號】B23K37/00GK103639609SQ201310645230
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月5日
【發(fā)明者】朱光明, 常征, 辛恒遠(yuǎn), 田立超, 白光超, 咸曉玲, 徐棚棚 申請人:山東理工大學(xué)