CN109237157A - 一种钢管的复合接头结构及辅助工具和制造方法 - Google Patents

Abstract

一种钢管的复合接头结构及辅助工具和制造方法，为了解决常规内防腐碳钢管的现场焊缝处防腐效果不好的问题。所述复合接头结构包括一个较长段薄壁不锈钢管和一个较短段厚壁不锈钢管，所述较长段薄壁不锈钢管用于内衬在厚壁碳钢管里，以实现与所述厚壁碳钢管一起与较短段厚壁不锈钢管经过摩擦焊接连接；所述辅助工具包括推拉杆、挡环、顶丝、弹性架、管卡头、转动环、螺钉、挡圈、间隔筒、砂轮、垫圈、螺母，用于在通过摩擦焊接连接时卡住和支撑所述较长段薄壁不锈钢管以及焊后打磨加工焊缝内壁飞边。本发明既可以降低内防腐碳钢管现有做接头的不锈钢管原材料成本，又不增加现场焊接工艺难度，同时又能保证管道现场焊接施工后的防腐效果。

Description

一种钢管的复合接头结构及辅助工具和制造方法

技术领域

本发明涉及的是一种内防腐钢管，具体是一种内防腐碳钢管的不锈钢接头结构及辅助工具和制造方法。

背景技术

输送油水等腐蚀性介质的碳钢管道需要作内壁防腐处理，即一般在车间将钢管内壁喷涂一层非金属防腐涂层，由此达到防护内壁碳钢不发生腐蚀的目的。但是，带有内壁防腐涂层的碳钢管在现场焊接连接成管线时，焊缝附近的非金属防腐涂层会受到破坏，虽然焊后可以现场补刷上一道防腐涂层，然而现场施工条件下刷涂的涂层质量较差，焊缝处达不到良好的防腐效果。

目前，解决上述碳钢管道施工后焊缝内防腐的途径有两种，第一种是碳钢管整个长度内衬薄壁不锈钢管，第二种是碳钢管端部先焊接一段厚壁不锈钢管，然后钢管内壁再制作防腐涂层。然而，第一种途径不锈钢管原材料以及制造成本均很高，并且双层材质钢管现场焊接工艺复杂；第二种途径由于焊接高温影响沿钢管长度较长，因此，作为接头的厚壁不锈钢管也需要较长的一段长度，导致制造成本也较高。

发明内容

为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供一种钢管的复合接头结构及辅助工具和制造方法,利用该种工具和方法制作的接头，既可以降低内防腐碳钢管现有做接头的不锈钢管原材料成本，又不增加现场焊接工艺难度，同时又能保证管道现场焊接施工后的防腐效果。

本发明的技术方案是：该种内防腐碳钢管的不锈钢接头结构，包括薄壁不锈钢管和厚壁不锈钢管，其中，所述厚壁不锈钢管的长度是2~3cm；所述薄壁不锈钢管用于内衬在内防腐厚壁碳钢管里，以实现与所述厚壁碳钢管一起与所述厚壁不锈钢管经过摩擦焊接连接；所述薄壁不锈钢管的长度加上所述厚壁不锈钢管的总长度等于所述内防腐碳钢管目前做接头采用的单一厚壁不锈钢管接头的长度。

为了制造所述不锈钢接头结构，需要卡住和支撑所述薄壁不锈钢管以及焊后打磨加工焊缝内壁飞边，本发明提供了一种辅助工具，所述工具包括推拉杆、挡环、顶丝、弹性架、管卡头、转动环、螺钉、挡圈、间隔筒、砂轮、垫圈、螺母，其中：

所述推拉杆为细长杆，杆一端的轴肩两侧用于安装所述转动环，靠近端部有一小段为方形轴段，用于安装所述砂轮，端部为螺纹段，用于安装所述垫圈和螺母；

所述挡环为螺钉锁紧挡圈标准件，所述顶丝为内六角紧定螺钉标准件，所述挡环和顶丝用于挡住所述转动环；

所述弹性架为两个，用薄钢板裁剪和弯折而成，在所述弹性架的中间开孔用于安装到所述转动环上，所述弹性架的四周延伸出3~4个弹性片，用于支撑和顶紧在钢管内壁，防止构成本辅助工具的部件轴向窜动；

所述管卡头为两个，形状为中空的圆柱筒，一端带端面且开孔，用于安装到所述转动环上，所述管卡头的筒壁开有3~4个豁口，用于安装所述弹性架；

所述转动环为两个，形状类似于法兰，所述转动环内孔用于安装到所述推拉杆上，四周小螺纹孔用于通过所述螺钉将所述弹性架和管卡头固定在其上，所述转动环材质为铜合金，减轻摩擦阻力，以保证其在所述推拉杆上自由转动；

所述挡圈为带孔圆环，用于挡压所述弹性架底面，使所述弹性架固定在所述管卡头内侧端面上；

所述螺钉为内六角圆柱头螺钉标准件，用于将所述弹性架和管卡头固定在所述转动环上；

所述间隔筒为小圆筒，套在所述推拉杆上，用于间隔开所述转动环与所述砂轮；

所述砂轮为带方孔的小砂轮，安装在所述推拉杆的方轴段，所述砂轮外径略小于钢管内径，用于打磨加工焊后的焊缝内壁飞边；

所述垫圈和螺母为标准件，用于将所述砂轮固定在所述推拉杆上。

在欲做内防腐的碳钢管上预先制作前述不锈钢接头的方法，该方法包括如下步骤：

第一步，将待做所述不锈钢接头的厚壁碳钢管的两端内壁加工一段扩孔，扩孔长度略大于钢管现场焊接时的热影响区长度，扩孔直径与所述不锈钢接头中的薄壁不锈钢管外径成小间隙或者过渡配合，以增大二者的内衬紧固力；

第二步，将经过第一步加工后所获得的碳钢管装卡在摩擦焊机的转动端卡具上，将待焊接的厚壁不锈钢管装卡在摩擦焊机的平移端卡具上；

第三步，将所述辅助工具放到厚壁不锈钢管里，将所述不锈钢接头中的薄壁不锈钢管切割成等于或略大于厚壁碳钢管端扩孔长度的短接，将薄壁不锈钢管短接插卡到所述辅助工具上；

第四步，平移端卡具推动厚壁不锈钢管沿轴向平移，将薄壁不锈钢管挤压插入到厚壁碳钢管端部的扩孔里；

第五步，拉动所述辅助工具的推拉杆，将所述辅助工具退出对接处，然后摩擦焊机转动端卡具带动厚壁碳钢管旋转，平移端卡具推动厚壁不锈钢管顶压，二者在对接处进行摩擦焊接；

第六步，摩擦焊好后，松开平移端卡具，转动端卡具带动整体钢管一同旋转，推动所述辅助工具的推拉杆，所述辅助工具的砂轮打磨清理掉焊缝内壁飞边；

第七步，拉动所述辅助工具的推拉杆，将所述辅助工具退出焊缝附近，在侧面用常规车刀切削清理掉焊缝外壁飞边，然后留出2~3cm长度，将厚壁不锈钢管切断，剩余厚壁不锈钢管以及所述辅助工具留用作下一个摩擦焊接；

第八步，取下一端制造好所述不锈钢接头结构的碳钢管，调换另一端再次进行不锈钢接头结构的制造；

第九步，两端均制成不锈钢接头结构的碳钢管，从摩擦焊机上取下，进行后续常规内防腐涂层的工艺流程，钢管内壁防腐涂层只需刷涂到内衬薄壁不锈钢部位3~4cm长度。

本发明具有如下有益效果：1、本发明提供的碳钢管的不锈钢接头结构，既保证了钢管现场施工后的焊缝防腐性能，又不增加现场焊接工艺难度；2、利用一段薄壁与厚壁不锈钢管复合结构代替整个薄壁不锈钢管或者一长段厚壁不锈钢管，节省了不锈钢管原材料成本；3、利用摩擦焊工艺连接不锈钢管接头结构，焊缝质量好，焊接效率高；4、利用辅助工具在摩擦焊机上很方便地打磨清理掉焊缝内壁飞边，避免了常规的焊后机加工清理内壁飞边工序，生产效率高。

附图说明：

图1为碳钢管端焊接好不锈钢接头；

图2为制造接头结构用的辅助工具；

图3为推拉杆的主视图；

图4为管卡头的三视图；

图5为弹性架的立体图；

图6为转动环的主左视图；

图7为厚壁碳钢管端预先加工好扩孔；

图8为在摩擦焊机上装卡两种厚壁钢管；

图9为在摩擦焊机上装卡薄壁不锈钢管；

图10为在摩擦焊机上顶压进薄壁不锈钢管；

图11为在摩擦焊机上退卡头部件和摩擦焊接；

图12为在摩擦焊机上推进砂轮打磨焊缝内壁飞边；

图13为在摩擦焊机上加工焊缝外壁和切断厚壁不锈钢管；

图14为后序工艺钢管内壁涂装好防腐涂层。

图中：1-厚壁碳钢管；2-薄壁不锈钢管；3-摩擦焊缝；4-厚壁不锈钢管；5-推拉杆；6-挡环；7-顶丝；8-弹性架；9-管卡头；10-转动环；11-螺钉；12-挡圈；13-间隔筒；14-砂轮；15-垫圈；16-螺母；17-转动端卡具；18-平移端卡具；19-车刀；20-防腐涂层。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明：

本发明的技术方案是：设计一种薄壁和厚壁不锈钢管的复合接头结构，制造时借助于辅助工具，焊接在碳钢管的端部，具体的说:

所述复合接头结构包括一个较长段薄壁不锈钢管和一个较短段厚壁不锈钢管，较长段薄壁不锈钢管内衬在厚壁碳钢管里，并与厚壁碳钢管一起与较短段厚壁不锈钢管摩擦焊接。

所述复合接头结构的薄壁加上厚壁不锈钢管的总长度等于现有技术中采用单一的厚壁不锈钢管做接头所需要的长度，因而降低了使用厚壁不锈钢管的原材料成本。

所述辅助工具包括：推拉杆、挡环、顶丝、弹性架、管卡头、转动环、螺钉、挡圈、间隔筒、砂轮、垫圈、螺母，在接头结构制造时用于卡住和支撑薄壁不锈钢管以及焊后打磨加工焊缝内壁飞边。

所述推拉杆为细长杆，杆一端的轴肩两侧用于安装所述转动环，靠近端部有一小段为方形轴段，用于安装所述砂轮，端部为螺纹段，用于安装所述垫圈和螺母；

所述挡环为螺钉锁紧挡圈标准件，所述顶丝为内六角紧定螺钉标准件，所述挡环和顶丝用于挡住所述转动环；

所述弹性架为两个，用薄钢板裁剪和弯折而成，在所述弹性架的中间开孔用于安装到所述转动环上，所述弹性架的四周延伸出3~4个弹性片，用于支撑和顶紧在钢管内壁，防止构成本辅助工具的部件轴向窜动；

所述管卡头为两个，形状为中空的圆柱筒，一端带端面且开孔，用于安装到所述转动环上，所述管卡头的筒壁开有3~4个豁口，用于安装所述弹性架；

所述转动环为两个，形状类似于法兰，所述转动环内孔用于安装到所述推拉杆上，四周小螺纹孔用于通过所述螺钉将所述弹性架和管卡头固定在其上，所述转动环材质为铜合金，减轻摩擦阻力，以保证其在所述推拉杆上自由转动；

所述挡圈为带孔圆环，用于挡压所述弹性架底面，使所述弹性架固定在所述管卡头内侧端面上；

所述螺钉为内六角圆柱头螺钉标准件，用于将所述弹性架和管卡头固定在所述转动环上；

所述间隔筒为小圆筒，套在所述推拉杆上，用于间隔开所述转动环与所述砂轮；

所述砂轮为带方孔的小砂轮，安装在所述推拉杆的方轴段，所述砂轮外径略小于钢管内径，用于打磨加工焊后的焊缝内壁飞边；

所述垫圈和螺母为标准件，用于将所述砂轮固定在所述推拉杆上。

参见图7~图14，为所述欲做内防腐的碳钢管上预先制造不锈钢接头结构的方法：

第一步，将待做所述不锈钢接头的厚壁碳钢管的两端内壁加工一段扩孔，扩孔长度略大于钢管现场焊接时的热影响区长度，扩孔直径与所述不锈钢接头中的薄壁不锈钢管外径成小间隙或者过渡配合，以增大二者的内衬紧固力，参见图7；

第二步，将经过第一步加工后所获得的碳钢管装卡在摩擦焊机的转动端卡具上，将待焊接的厚壁不锈钢管装卡在摩擦焊机的平移端卡具上，参见图8；

第三步，将所述辅助工具放到厚壁不锈钢管里，将所述不锈钢接头中的薄壁不锈钢管切割成等于或略大于厚壁碳钢管端扩孔长度的短接，将薄壁不锈钢管短接插卡到所述辅助工具上，参见图9；

第四步，平移端卡具推动厚壁不锈钢管沿轴向平移，将薄壁不锈钢管挤压插入到厚壁碳钢管端部的扩孔里，参见图10；

第五步，拉动所述辅助工具的推拉杆，将所述辅助工具退出对接处，然后摩擦焊机转动端卡具带动厚壁碳钢管旋转，平移端卡具推动厚壁不锈钢管顶压，二者在对接处进行摩擦焊接，参见图11；

第六步，摩擦焊好后，松开平移端卡具，转动端卡具带动整体钢管一同旋转，推动所述辅助工具的推拉杆，所述辅助工具的砂轮打磨清理掉焊缝内壁飞边，参见图12；

第七步，拉动所述辅助工具的推拉杆，将所述辅助工具退出焊缝附近，在侧面用常规车刀切削清理掉焊缝外壁飞边，然后留出2~3cm长度，将厚壁不锈钢管切断，剩余厚壁不锈钢管以及所述辅助工具留用作下一个摩擦焊接，参见图13；

第八步，取下一端制造好所述不锈钢接头结构的碳钢管，调换另一端再次进行不锈钢接头结构的制造，参见图9~13；

第九步，两端均制成不锈钢接头结构的碳钢管，从摩擦焊机上取下，进行后续常规内防腐涂层的工艺流程，钢管内壁防腐涂层只需刷涂到内衬薄壁不锈钢部位3~4cm长度，参见图14。

综上所述，本发明既可以降低内防腐钢管的不锈钢管原材料成本，又能保证管道现场焊接施工后的防腐效果，具有较强的实用性。

Claims (3)

1.一种内防腐碳钢管的复合接头结构，包括薄壁不锈钢管和厚壁不锈钢管，其特征在于：所述厚壁不锈钢管的长度是2~3cm；所述薄壁不锈钢管用于内衬在欲做内防腐的厚壁碳钢管里，以实现与所述厚壁碳钢管一起与所述厚壁不锈钢管经过摩擦焊接连接；所述薄壁不锈钢管的长度加上所述厚壁不锈钢管的总长度等于所述内防腐碳钢管做接头采用的单一厚壁不锈钢管接头的长度。

2.一种用于制造权利要求1所述复合接头结构的辅助工具，其特征在于：所述工具包括推拉杆、挡环、顶丝、弹性架、管卡头、转动环、螺钉、挡圈、间隔筒、砂轮、垫圈以及螺母；

所述推拉杆为细长杆，杆一端的轴肩两侧用于安装所述转动环，靠近端部有一小段为方形轴段，用于安装所述砂轮，端部为螺纹段，用于安装所述垫圈和螺母；

所述挡环为螺钉锁紧挡圈标准件，所述顶丝为内六角紧定螺钉标准件，所述挡环和顶丝用于挡住所述转动环；

所述弹性架为两个，用薄钢板裁剪和弯折而成，在所述弹性架的中间开孔用于安装到所述转动环上，所述弹性架的四周延伸出3~4个弹性片，用于支撑和顶紧在钢管内壁，防止构成本辅助工具的部件轴向窜动；

所述管卡头为两个，形状为中空的圆柱筒，一端带端面且开孔，用于安装到所述转动环上，所述管卡头的筒壁开有3~4个豁口，用于安装所述弹性架；

所述转动环为两个，形状类似于法兰，所述转动环内孔用于安装到所述推拉杆上，四周小螺纹孔用于通过所述螺钉将所述弹性架和管卡头固定在其上，所述转动环材质为铜合金，减轻摩擦阻力，以保证其在所述推拉杆上自由转动；

所述挡圈为带孔圆环，用于挡压所述弹性架底面，使所述弹性架固定在所述管卡头内侧端面上；

所述螺钉为内六角圆柱头螺钉标准件，用于将所述弹性架和管卡头固定在所述转动环上；

所述间隔筒为小圆筒，套在所述推拉杆上，用于间隔开所述转动环与所述砂轮；

所述砂轮为带方孔的小砂轮，安装在所述推拉杆的方轴段，所述砂轮外径略小于钢管内径，用于打磨加工焊后的焊缝内壁飞边；

所述垫圈和螺母为标准件，用于将所述砂轮固定在所述推拉杆上。

3.一种利用权利要求2所述辅助工具制作权利要求1所述复合接头结构的方法，该方法包括如下步骤：

第一步，将待做所述不锈钢接头的厚壁碳钢管的两端内壁加工一段扩孔，扩孔长度略大于钢管现场焊接时的热影响区长度，扩孔直径与所述不锈钢接头中的薄壁不锈钢管外径成小间隙或者过渡配合，以增大二者的内衬紧固力；

第二步，将经过第一步加工后所获得的碳钢管装卡在摩擦焊机的转动端卡具上，将待焊接的厚壁不锈钢管装卡在摩擦焊机的平移端卡具上；

第三步，将所述辅助工具放到厚壁不锈钢管里，将所述不锈钢接头中的薄壁不锈钢管切割成等于或略大于厚壁碳钢管端扩孔长度的短接，将薄壁不锈钢管短接插卡到所述辅助工具上；

第四步，平移端卡具推动厚壁不锈钢管沿轴向平移，将薄壁不锈钢管挤压插入到厚壁碳钢管端部的扩孔里；

第五步，拉动所述辅助工具的推拉杆，将所述辅助工具退出对接处，然后摩擦焊机转动端卡具带动厚壁碳钢管旋转，平移端卡具推动厚壁不锈钢管顶压，二者在对接处进行摩擦焊接；

第六步，摩擦焊好后，松开平移端卡具，转动端卡具带动整体钢管一同旋转，推动所述辅助工具的推拉杆，所述辅助工具的砂轮打磨清理掉焊缝内壁飞边；

第七步，拉动所述辅助工具的推拉杆，将所述辅助工具退出焊缝附近，在侧面用常规车刀切削清理掉焊缝外壁飞边，然后留出2~3cm长度，将厚壁不锈钢管切断，剩余厚壁不锈钢管以及所述辅助工具留用作下一个摩擦焊接；

第八步，取下一端制造好所述不锈钢接头结构的碳钢管，调换另一端再次进行不锈钢接头结构的制造；

第九步，两端均制成不锈钢接头结构的碳钢管，从摩擦焊机上取下，进行后续常规内防腐涂层的工艺流程，钢管内壁防腐涂层只需刷涂到内衬薄壁不锈钢部位3~4cm长度。