CN1014262B - 钢铁管件对接法 - Google Patents

Abstract

本发明是涉及钢铁管件的一种连接工艺，它先将管件的端部分别加工成相互配合的内、外锥面，锥面上有承推凸缘，再在锥面处涂粘洁剂，然后对管件内锥面的外部加热，管口相对、施加一定力实现对接。它连接可靠，能满足管路连接的全部技术性能要求，不损害管内防腐涂层；对接工艺简单，提高工效十余倍，降低施工费用。

Description

本发明是涉及钢铁管件的一种连接工艺。

目前国内外对用于运输流体的钢铁管件，如输油、输水之类管路，通常都需要在管路内壁涂以防腐蚀层，其连接方法主要有两种形式，一是通过高温加热。使金属熔化而凝结的焊接法，二是以机械力结合的螺纹联接法。现有技术中的不足之处在于：1.对焊接法，无论是气焊还是电焊，它们都属于高温加工，一般焊接周围管壁温度达1400℃以上，局部出现金属熔化状态，很容易破坏管内的防腐蚀涂层，因此在焊接后需要进行焊后加工，如清除焊渣，补涂防腐层等工作。一般无缝钢管每根长12米，对管径大的管路，虽空间位置狭小，但工人总还可以进入管内作业，其操作困难程度、工作环境条件等可想而知，费时费事;而对于内径小于人体横断面的管路，人根本钻不进去，通常只得在焊缝附近再专门开一个工艺孔，从这个孔里掏出焊渣、刮掉被焊接时高温破坏而失效的防腐材料，重新补充防腐涂层后，再用螺塞等措施将工艺口封起来，稍不注意封口处就会发生泄漏。防腐涂料一般为环氧树脂加各种添加剂调配而成。耐温性能几乎都在400℃以下，管内的涂层工作通常都由施工单位在施工现场进行，单班每日完全3公里以上不成问题，而现场焊接的工效则太低，单班每天只能焊接十几根。至多几十根钢管约半公里长。致使施工不协调、严重影响工程进度。2.对螺纹联接法，最主要的是密封性差，一般只能用于10个大气压力以下的管路连接，对位差大、压力高的流体输送管路，难以满足密封要求;另外对于口径较大的管件，如200mm以上的钢管，螺纹制作。联接旋紧则都很困难。螺纹联接方式中还有法兰盘加密封垫圈的螺栓联接法，其可靠性欠佳，当联接承受负荷后，受多种因素影响，垫圈会变形、变薄，螺栓变长而导致联接松动、流体泄漏、故障率高。

这两种联接方法都难以满足管路铺设工程发展的技术要求。

本发明的目在于避免现有技术中的不足之处，而提供一种连接可靠、工效高的钢铁管件对接方法。

可以通过以下措施来实现本发明的目的。利用粘接、镶套、嵌卡和金属热胀冷缩、弹性变形及预应力原理，先将管件端部分别加工成相互配合的内、外锥面，锥面上有承推凸缘;再在锥面处涂粘结剂;然后对管件内锥面的外部加热，管口相对施加一定压力实现对接。

下面结合附图、实施例对本发明的内容作进一步详述。

图1、钢管自身对接示意图

图2、采用对接环钢管连接示意图;

图3、管头带凸缘结构示意图

图4、带弹力过桥的开口弹性对接环结构示意图

图5、轴向受力状况示意图

图6、径向受力状况示意图

图中：（1）内锥面管端管件;（2）外锥面管端管件;（3）整体对接环;（4）弹性开口环;（5）弹力锁紧过桥;（A）前锥面;（B）后锥面;（C）承推凸缘;（D）内接口面;（E）外接口面。

首先，应将用于连接的管件（1、2、3、4）的端部分别加工成相互配合的阶梯状内或外锥面，锥面上应有承推凸缘（C），锥面的锥角γ＝1∶10～20，承推凸缘（C）位于管壁厚度一半处为好，它将锥面分隔成前锥面（A）和后锥面（B），每个锥面（A、B）的长度保证10mm以上为好，承推凸缘的高度h按150·D·α+（0.05～0.10）mm取值，但h值不得小于0.5mm，以保证对接安 装时的弹动效应，有利于施工作业。式中D为管材内径，α为该材料的线膨胀系数，150，（0.05～0.10）为经验数据，其取值依管径D相应调整，D大时可取大值，反则亦反。对同一公称尺寸的内外锥面应均可相互配合，每个用于连接的管件上还有内接口面（D）、外接口面（E），提高连接可靠性。相互配合的内、外锥面及锥面上的承推凸缘，在保证连接强度的前提下也可采用其它结构形式。对管件的整形加工可采用挤压、车削铣削或磨削等方式进行，加工精度达

5左右即可，如在轧制钢管时用压力加工法将所有出产的管端都加工成上述本方案的锥形端头，如附图中件（1）、（2）、（3）、（4）所示，将这些在专业厂内、事前加工好的管件，运往施工现场即可涂料对接，这样加工成本、铺设费用待可大幅度下降;铺设速度可明显提高。对管径500mm以上的管件，可采取如图2所示的对接环方式进行对接，此时钢管均为外锥面结构，对接环为背向双内锥面结构，外锥面上承推凸缘的位置由外接口深h₂＝2～5mm，顺序推算确定。为增强连接予紧力，也可将带内锥面的端头制成如图3所示凸缘结构，凸缘高度b一般在2～5毫米为宜。对管径小或因某种特殊需要，承推凸缘高度h按上式计算过盈量太大，单靠温差套镶效果难以推入时，可采用如图4所示带弹力过桥（5）的开口弹性对接环（4）结构。此时对接环内部结构同图2所示，为背向双内锥面结构，只是环上有2～3mm宽的开口，注意保证合口变形量应在弹性范围之内，弹力锁紧过桥（5）跨接在开口对接环的上方，桥高h₃≥100mm，其材质、宽度、厚度与开口对接环大体一致。

铺设管路时，在管件外锥面的前锥面（A）及内接口面（D）处涂防腐密封剂之类，在后锥面（B）处涂粘结剂。用于（A、D）密封面的涂料如辽宁产“环氧树脂P型混合成膜剂”或其它类似产品，这种涂料具有密封、防腐两种性能，与用于管内壁的防腐涂料一致。后锥面（B）为粘结面可涂常用于修补内燃机气缸体的环氧树脂胶之类现有产品，其粘结效果都比较理想。

对管件加热，只对管件内锥面的外部表面加热，使其产生热胀，视管件大小加热到180°～280℃即可。对直径较大的管件酌情可省略加热工序，利用弹性变形，直接推入，在施工现场，采用酒精喷灯或汽焊大号焊炬之类进行加热，均能取得较好效果，最简单的测温方法，用蓝色粉笔在被加热处附近划上线形，当粉笔线条由蓝变成白色时温度大致在200°～250℃。

经加热处理的管件与其它待接管件，管口相对，施加一定压力进行对接。对一般管件施加轴向力即可实施对接。借助锥面的导向作用和两种涂料尚未干固的润滑作用，较为省力，将承推凸缘推过棱线。听到声响，即表示到位，对接正确。对直径一米以上的粗大管件，只要把待接的管件吊起、两管口对正，包括与对接环对正，在放下的过程中，管件延伸平直而压入到位，实现对接。

在对接的过程中，管件加热温度传导到内壁时下降，约为160°～170℃，温度正适于涂料、粘结剂固化。加热部位冷缩、紧固联接，并在锥面作用下使两承推面互相压紧，隔绝密封面和粘结面，提高接缝密封，粘结效果。在此过程中可能有少量密封剂、粘结剂被挤向内、外接口处，这些被挤出的涂料，又正好可补填内外接口处由于冷缩后引起的缝隙。

对接后的接口，包括内外接口面、前后锥面和承推凸缘面，其联接强度不存在问题。作用于外锥面上的力与内锥面冷缩后产生的预紧力相同，其分布力为q，合力为p，p又可分为正压力N和切向力F，如图5所示。

N＝cosγ·p    F＝sinγ·p

力N直接压紧密封锥面和粘结锥面，F使承推凸缘表面压紧，因此接口的抗拉强度取决于密封剂或粘结剂的粘合强度。粘结剂的粘结强度1kg/mm²，当承推凸缘起作用时，按最小接触宽度2mm，最小面积计算F′_粘结＝2πDkgf;其它锥面增大的面积约为5～10倍，故接口总粘结力F_粘＝（10～20）πDkgf。承推凸缘受表面挤压强度和该台阶的抗剪强度的限制，挤压环面0.5πD，（σ_挤压）＝20kgf/mm²可承力F_挤＝0.5×20πD＝10πDkgf;剪切面为10πD，则F_剪＝10πD·（τ），一般碳素钢（γ）＝10kg/mm，则F_剪＝100πDkgf，按一般强度条件分析应考虑承推环面上的挤压强度，但对于管件对接这一具体情况，是挤压面上有粘结剂，不易挤坏，只起到卡环作用，总的承载能力应按剪切面核算，故接口总承载能力F_总＝（ (10+20)/(Z) +100）πD＝115πDkgf。电焊 焊缝（σ）＝10kg/mm²，按管壁厚10mm计算F_焊总＝100πDkgf。说本方案的联接强度高。密封性可以满足70个大气压的接管技术要求。

在输送流体运转中，在对接锥面范围内，各个横断面是近似镶套的组合，该镶套过盈量为涂层厚度，约为0.1～0.3mm。镶套预紧应力的存在，改善了组合圆筒内部承受压力时的工作状况。如图6（a）所示。P₃为单位面积预紧应力，对受拉伸作用的外圆筒，其切线方向的应力

${\mathrm{\sigma \; ＇}}_{\tau }=\frac{P_3{R}^2{}_3}{R^2{}_1{\mathrm{-\; R}}^2{}_3}+\frac{P_3{R}^2{}_1{R}^2{}_3}{R^2{\mathrm{(R}}^2{}_1{\mathrm{-\; R}}^2{}_3)}$

对受压缩作用的内筒，其切线方向的应力

${\mathrm{\sigma ＂}}_{\tau }=\frac{P_3{R}^2{}_3}{R^2{}_3{\mathrm{-\; R}}^2{}_2}+\frac{P_3{R}^2{}_3{R}^2{}_2}{R^2{\mathrm{(R}}^2{}_3{\mathrm{-\; R}}^2{}_2)}$

设管内流体压力为P₂，不考虑预紧力P₃对该应力分布时，其切线方向的应力

${\sigma }_{\tau }=\frac{P_2{R}^2{}_2}{R^2{}_1{\mathrm{-\; R}}^2{}_2}\mathrm{(1\; +}\frac{R^2{}_1}{R^2})$

式中R是计算管层的外壁半径，其分布如图6（b）所示。它比无预应力时减少了内管应力。而这一组合件的破坏恰恰是从内管内壁开始，直到塑变达到外管外表面失效（破裂）。这正说明采用本方案对接管件运转时的强度不但没降低而是有所提高。

本发明相对现有技术具有如下优点：

1.连接可靠，满足管路连接的全部技术性能要求;不损害管内防腐涂层。

2.对接工艺简单，改善管路铺设施工条件、降低劳动强度，提高工效十余倍，只需几分钟便可完成一次对接工作。

3.管路铺设施工费用下降。

Claims (2)

1、一种涉及钢铁管件的对接方法，它先将管件的端部分别加工成相互配合的内、外锥面，锥面上有承推凸缘，其特征在于：它在锥面处涂粘结剂；然后对管件内锥面的外部加热，管口相对、施加一定力实现对接。

2、如权利要求1所述的对接方法，其特征在于：先将管件的端部加工成：锥角γ＝1.10～20，承推凸缘（C）位于管壁厚度一半处，并将锥面分隔成前端面（A）和后锥面（B），每个锥面（A、B）长10mm以上，承推凸缘高度h＝150·D·α+（0.05～0.10≮0.5mm，相互配合的阶梯状内外锥面;再在管件外锥面的前锥面（A）处涂防腐密封剂之类，在后锥面（B）处涂粘结剂;然后对管件内锥面的外部表面加热到180°～280℃时，管口相对、施加一定压力进行对接。

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