CN101652596B - 无缝弯管、具有无缝直管的焊接接头以及它们的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供无缝弯管及具有无缝直管的焊接接头以及它们的制造方法。该无缝弯管由弯曲部和其两端的直管部构成，其两管端部的内径大于弯曲部的内径，该焊接接头的焊接于无缝弯管中的一端或两端侧的无缝直管的管端部内径与该无缝弯管的内径相同，在一管端或两管端具有无缝直管。由此，不使无缝弯管的壁厚增加至超过所需、而且也不必在制造无缝弯管之后从内侧切削其管端部，就能够获得适用于管线管的构件。

Description

无缝弯管、具有无缝直管的焊接接头以及它们的制造方法
技术领域
本发明涉及构成管线的一个构件的无缝弯管、在无缝弯管的管端具有无缝直管的焊接接头、以及它们的制造方法。
背景技术
作为铺设用于输送石油、天然气等流体的管线管所采用的管，不仅使用直管，也使用弯管(曲管)。通常，弯管在铺设有管线管的现场中通过与直管圆周焊接而接合。
为了使石油、天然气等流体在管线管的内部顺畅地流动，优选直管和弯管的内径相同，而且，优选在直管与弯管的圆周焊接面不存在台阶。因而，直管和弯管尽可能优选具有相同的内径，因此，需要尺寸精度较高地制造直管和弯管这两者。
弯管通常是通过在热状态或冷状态下对直管进行弯曲加工来制造，但在弯曲加工时，弯曲部内侧的管壁变厚，弯曲部外侧的管壁变薄，因此，很难使弯管的管端内径与直管的管端内径一致。
并且，由于管线管中大规模使用的无缝管主要控制管的外径和壁厚来制造，因此，即使是直管，也难以使管的内径无偏差地制造管。因而，更加难以使对由直管构成的无缝管(以下称作“无缝直管”)进行弯曲加工而制造的弯管(以下称作“无缝弯管”)的尺寸精度优良。
在日本特开2004-223530号公报中提出了抑制在热状态或冷状态下弯曲加工金属制的直管时产生波纹、扁平的方法，但不足以将弯管的内外径控制为目标尺寸。
图1表示在日本特开2004-223530号公报中作为以往方法记载的热弯曲加工装置的构造和通过弯曲加工制造的弯管的一个例子。(a)表示使用弯曲加工装置进行弯曲加工的中间状态，(b)表示制成的弯管的俯视图，(c)是(b)中A-A方向的剖视图。
如图1的(a)所示，使弯曲加工的直管1通过感应加热线圈2，并由设置于能够以支点O为中心旋转的弯曲臂3上的前夹具4把持直管1的一个端部，由后夹具5把持另一个端部，由引导辊6保持中间部分。接着，利用感应加热线圈2将直管1的管轴方向上的小区间感应加热至容易塑性变形的温度，同时，利用推进装置(未图示)沿管轴方向推压后夹具5，使直管1沿管轴方向连续地前进。
并且，一边使被感应加热线圈2加热的加热区7沿管轴方向相对地移动、一边对加热区7施加利用弯曲臂3的旋转产生的弯曲力矩而使其弯曲变形，并在之后立即自感应加热线圈2喷出冷却水等冷却介质8进行冷却，使弯曲加工后的管硬化。
这样，如图1(b)所示地制造由弯曲部1a和其两端的直管部1b、1c构成的弯管。如图1(c)所示，这样制造的弯管的弯曲部1a内侧的管壁变厚，弯曲部1a外侧的管壁变薄。
如上所述，管线管所采用的弯管在其铺设的现场通过与直管进行圆周焊接而接合，但为了不引起焊接不良，需要使无缝弯管或无缝弯管与无缝直管的管端内径、与管线管用直管的管端内径相同。
但是，在通过弯曲加工制造弯管时，无法避免弯曲部外侧相对于弯曲部内侧变薄。而且，由于在管线管的设计方面无法使弯管的壁厚比管线管用直管的壁厚更薄，因此，需要预测通过弯曲加工使弯曲部外侧变薄的壁厚减少量，预先将制造无缝弯管所采用的无缝直管制造成厚壁。
这样，预测弯曲加工时变薄的壁厚减少量而将无缝直管管壁加厚，但在无缝直管被弯曲加工之后，无缝弯管的管端部未受到弯曲加工，因此，仍然保持无缝直管的壁厚。
如上所述，由于需要使无缝弯管的管端内径与管线管用直管的管端内径相同，因此，在将通过弯曲加工制成的无缝弯管焊接接合于管线管用直管的情况下，以往采用以下两种方法。
第一种方法是使制造无缝弯管所采用的无缝直管的内径与管线管用直管的内径相同的方法。第二种方法是使制造无缝弯管所采用的无缝直管的外径与管线管用直管的外径相同、并在制造无缝弯管之后从内侧切削其管端部而使无缝弯管与管线管用直管的管端部内径相同的方法。
在采用第一种方法、即使无缝直管的内径与管线管用直管的内径相同的方法时，必须使制造无缝弯管所采用的无缝直管的外径增大一定壁厚的量。
但是，由于无缝直管控制外径和壁厚而进行制造，因此，在制造外径不同的无缝直管的情况下，需要适合其外径尺寸的工具，但无缝直管的制造用工具价格昂贵。这样，由于采用第一种方法需要针对每种增大上述壁厚量而成的外径来准备工具，因此，在管线管用直管的制造过程中会增加很多成本。
因此，勉强借用现有的工具来制造无缝直管，但在使用尺寸近似却很大型的工具的情况下，会形成比原本需要的外径更大的无缝直管，因此，壁厚增大至超过所需。因而，在勉强借用现有的工具来制造无缝直管的情况下，在由该无缝直管制造的无缝弯管中，为了发挥规定的机械性能，需要添加多种合金元素，或者即使添加这样的合金元素也无法获得规定的机械性能。
相对于此，在采用第二种方法、即使无缝直管的外径与管线管用直管的外径相同、并在制造无缝弯管之后从内侧切削其管端部而使其与管线管用直管的管端部内径相同的方法时，制成的无缝弯管的弯曲部内径小于管线管用直管的内径。因此，在为了扩大无缝直管的内径而进行内侧切削加工时，作业性较差，会导致成本升高。
如上所述，在制造作为原材料的无缝直管时，难以尺寸精度良好地精加工无缝直管自身的内径，因此，在弯曲加工无缝直管而制造无缝弯管的情况下，由这样的无缝直管制造的弯管的内径尺寸精度会进一步变差。
另外，相对于无缝直管在纵长的状态下被加工，无缝弯管是在将纵长的无缝直管切断为纵向较短状态之后接受加工，因此，内径易于产生偏差。
发明内容
本发明解决这样的问题，其目的在于提供不使无缝弯管的壁厚增加至超过所需、而且也不必在制造无缝弯管之后对其管端部实施内侧切削加工，就能具有与管线管用直管相同的管端内径的无缝弯管、以及在无缝弯管的管端具有无缝直管的焊接接头。
为了达到上述目的，本发明人基于为了获得能够通过与管线管用直管进行圆周焊接而接合的无缝弯管而实施各种研究和实验的结果，获得下面的(a)～(e)的见解。
(a)为了在利用焊接与管线管用直管接合时不引起焊接不良，需要使无缝弯管的管端部内径与管线管用直管的管端部内径相同，无论无缝弯管的局部内径如何，在焊接时两者的管端部内径相同即可。作为在制造无缝弯管之后使两者的管端部内径相同的方法，存在上述内侧切削加工的方法，但内侧切削加工的作业性较差，会导致成本大幅升高。
(b)作为使管线管用直管的管端部内径与无缝弯管的管端部内径相同的方法，想到能够利用冷扩管加工。
若将该冷扩管加工应用于无缝弯管的管端部，则不仅成本低廉，而且其尺寸精度也良好。对该无缝弯管的管端部进行的冷扩管加工可以对无缝直管进行弯曲加工而将其做成无缝弯管之后实施，也可以在弯曲加工无缝直管之前实施冷扩管加工，然后对其进行弯曲加工。并且，为了提高尺寸精度，也可以在对无缝弯管的管端部实施冷扩管加工之前实施冷缩径加工。
(c)这样制成的无缝弯管可以在铺设有管线管的现场通过与管线管用直管进行圆周焊接而接合，但也可以预先制造无缝弯管与无缝直管的焊接接头，在铺设有管线管的现场通过进行圆周焊接将该焊接接头与管线管用直管接合。
(d)无缝弯管与无缝直管的焊接接头可以是将无缝直管焊接接合于无缝弯管的一个管端的构造，也可以是将无缝直管焊接接合于无缝弯管的两个管端的构造。任一种构造，管端部内径大于弯曲部内径的无缝弯管均可用于焊接接头。
于是，如上所述，该无缝弯管能够通过对管端部进行冷扩管加工、或者在冷缩径加工之后进行冷扩管加工来制造。同时，预先对无缝直管的管端部进行冷扩管加工、或者在冷缩径加工之后对其进行冷扩管加工，使得可用于焊接接头的无缝直管与上述无缝弯管的内径大致相同。之后，通过进行圆周焊接而将上述无缝弯管的管端部与上述无缝直管的管端部接合，能够制造在无缝弯管的管端部具有无缝直管的焊接接头。
(e)无缝弯管的管端部的冷扩管加工、和作为焊接接头的配合对象的无缝直管的管端部的冷扩管加工优选使用相同直径的芯棒。
本发明即是基于这样的见解而完成的，其要点在于下面的(1)的无缝弯管、(2)～(4)的无缝弯管的制造方法、(5)的焊接接头、以及(6)～(8)的焊接接头的制造方法。下面，分别称作技术方案(1)～技术方案(8)，将它们统称作本发明。
(1)一种无缝弯管，该无缝弯管由弯曲部和其两端的直管部构成，其特征在于，两管端的直管部的内径大于弯曲部的内径。
(2)一种无缝弯管的制造方法，该方法对无缝直管进行弯曲加工来制造无缝弯管，其特征在于，在除无缝直管的管端部之外进行热弯曲加工或冷弯曲加工之后，对未弯曲加工的管端的直管部进行冷扩管加工。
(3)一种无缝弯管的制造方法，该方法对无缝直管进行弯曲加工来制造无缝弯管，其特征在于，在冷状态下对管端的直管部分进行扩管加工之后，对除扩管加工后的管端部之外的部分进行热弯曲加工或冷弯曲加工。
(4)一种制造上述(2)或(3)的无缝弯管的方法，其特征在于，在对管端的直管部分进行冷扩管加工之前进行冷缩径加工。
(5)一种焊接接头，该焊接接头在无缝弯管的一管端或两管端具有无缝直管，其特征在于，作为无缝弯管，使用上述(1)的无缝弯管或者由上述(2)～(4)中的任一种方法制造的无缝弯管，并且，焊接于无缝弯管中的一端或两端侧的无缝直管的管端部内径与上述无缝弯管的内径相同。
(6)一种焊接接头的制造方法，该焊接接头在无缝弯管的一管端或两管端具有无缝直管，其特征在于，作为无缝弯管，使用上述(1)的无缝弯管或者由上述(2)～(4)中的任一种方法制造的无缝弯管，并且，在将焊接于无缝弯管中的一端或两端侧的无缝直管的管端部冷扩管加工为其内径与上述无缝弯管的内径相同之后，将上述无缝弯管的管端与上述无缝直管的管端进行圆周焊接。
(7)根据上述(6)的在无缝弯管的一管端或两管端具有无缝直管的焊接接头的制造方法，其特征在于，使用相同直径的芯棒进行无缝弯管的管端部的冷扩管加工和无缝直管的管端部的冷扩管加工这两者。
(8)根据上述(6)或(7)的在无缝弯管的一管端或两管端具有无缝直管的焊接接头的制造方法，其特征在于，在对无缝直管的管端部进行冷扩管加工之前对其进行冷缩径加工。
采用本发明的制造方法，提供不使无缝弯管的壁厚增加至超过所需、而且也不必在制造无缝弯管之后从内侧切削其管端部，就能具有与管线管用直管相同的管端内径的无缝弯管、以及在无缝弯管的管端具有无缝直管的焊接接头。
附图说明
图1是表示以往方法的热弯曲加工装置的构造和通过弯曲加工制造的弯管的一个例子的图，(a)使用弯曲加工装置表示弯曲加工的中间状态，(b)表示制成的弯管的俯视图，(c)是(b)中的A-A方向的剖视图。
具体实施方式
下面，根据具体的实施例说明本发明的内容。本发明并不限定于以下说明的实施例。
作为用于制造无缝弯管的直管，准备外径为323.9mm、壁厚为20.0mm、内径为283.9mm及长度为500mm的无缝直管，使用上述图1所示的弯曲加工装置，对其实施弯曲角度为90°的冷弯曲加工来制造无缝弯管。之后，使用芯棒对获得的无缝弯管的两个管端部实施冷扩管加工，扩大管端部的内外径。将对无缝弯管的管端部进行冷扩管加工前后的外径、内径及壁厚的尺寸表示于表1。
表1
Figure G2008800097546D00081
并且，自纵长的管线管用直管切下无缝直管，准备外径为323.9mm、壁厚为18.0mm、内径为287.9mm及长度为500mm的无缝直管。之后，使用与用于对无缝弯管进行冷扩管加工的芯棒相同直径的芯棒，对准备好的无缝直管的一端的管端部进行冷扩管加工，扩大管端部的内外径。将对无缝直管的管端部进行冷扩管加工前后的外径、内径及壁厚的尺寸表示于表2。
表2
Figure G2008800097546D00082
由表1及表2所示的结果可知，冷扩管加工后的无缝弯管与无缝直管的管端的内径尺寸之差极小，为0.1mm。还能够确认，无缝弯管及无缝直管的壁厚通过冷扩管加工而基本不变。
之后，通过使冷扩管加工后的无缝直管的管端对接于冷扩管加工后的无缝弯管的两端而对其进行圆周焊接，能获得无缝弯管与无缝直管的焊接接头。
在此，利用仅由冷扩管加工将无缝弯管的管端部和无缝直管的管端部扩径的实施例进行说明，但在冷扩管加工之前暂且进行冷缩径加工，然后实施冷扩管加工，从而能够进一步提高管端部的内径的尺寸精度。
工业实用性
采用本发明的制造方法，提供不使无缝弯管的壁厚增加值超过所需、而且也不必在制造无缝弯管之后从内侧切削其管端部，就能够具有与管线管用直管相同的管端内径的无缝弯管、以及在无缝弯管的管端具有无缝直管的焊接接头。由于获得的无缝弯管及焊接接头在管线管的铺设现场的施工性优良，因此能够广泛地应用。

Claims (7)

1.一种无缝弯管的制造方法，该无缝弯管通过圆周焊接与无缝直管接合，从而构成管线的一个构件，其特征在于，包括：
准备比上述无缝直管厚的无缝直管管坯的工序，在对上述管坯的除管端部之外的部分进行热弯曲加工或冷弯曲加工的工序，
对弯曲加工后的上述管坯的管端部进行冷扩管加工的工序。
2.一种无缝弯管的制造方法，该无缝弯管通过圆周焊接与无缝直管接合，从而构成管线的一个构件，其特征在于，
准备比上述无缝直管厚的无缝直管管坯的工序，
对上述管坯的管端部进行冷扩管加工的工序，
对扩管加工后的上述管坯的除管端部之外的部分进行热弯曲加工或冷弯曲加工的工序。
3.根据权利要求1或2所述的无缝弯管的方法，其特征在于，还包括：
在对上述管坯的管端部进行冷扩管加工的工序之前对其进行冷缩径加工的工序。
4.一种焊接接头，该焊接接头在无缝弯管的一管端或两管端具有无缝直管，通过圆周焊接进行接合，从而构成管线的一个构件，其特征在于，
作为无缝弯管，使用由权利要求1～3中的任一种方法制造的无缝弯管；
并且，焊接于无缝弯管中的一端或两端侧的无缝直管的管端部内径与上述无缝弯管的管端部的内径相同。
5.一种焊接接头的制造方法，该焊接接头在无缝弯管的一管端或两管端具有无缝直管，通过圆周焊接进行接合，从而构成管线的一个构件，其特征在于，包括：准备由权利要求1～3中的任一种方法制造的无缝弯管的工序，
对焊接于无缝弯管中的一端或两端侧的无缝直管的管端部进行冷扩管加工而使其内径与上述无缝弯管的内径相同的工序，
将上述无缝弯管的管端与扩管加工后的上述无缝直管的管端进行圆周焊接的工序。
6.根据权利要求5所述的焊接接头的制造方法，其特征在于，
使用相同直径的芯棒进行无缝弯管的管端部的冷扩管加工和无缝直管的管端部的冷扩管加工这两者。
7.根据权利要求5或6所述的焊接接头的制造方法，其特征在于，
在对无缝直管的管端部进行冷扩管加工之前进行冷缩径加工。
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