CN110242797A - 一种金属管连接方法及其连接头 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种金属管连接方法及其连接头，由两根金属管接口端通过连接头连接，连接头为连接螺栓，对金属管接口端加热旋转，通过缩口加工形成内缩口，并形成内螺纹，内螺纹分别连接在连接螺栓两端。将金属管通过挤压内翻边处理形成内缩口，挤压内翻边的同时，内翻边的厚度增加，使金属管端部的连接端与金属管一体成型，便于提高金属管端部结构的强度，同时便于提高与连接螺栓之间的连接强度，能有效的防止金属管与连接螺栓之间松动或发生断裂，便于连接密封效果的提高。

Description

一种金属管连接方法及其连接头

技术领域

本发明涉及管道连接技术领域，特别是一种钢管连接方法及其连接头。

背景技术

管道在生产的时候，考虑到加工的工艺要求、运输的便利要求，一般都有长度的限制，而管道铺设的长度又是不受限制的，因此，管道在铺设使用的时候都需要进行连接。

管螺纹的连接有圆柱形内螺纹套入圆柱形外螺纹、圆柱形内螺纹套入圆锥形外螺纹及圆锥形内螺纹套入圆锥形外螺纹三种方式。其中锥度螺纹连接，是常用的连接方式。

钢管的法兰连接需要拆卸的部位和连接带法兰的阀件、设备、仪表等处有关。法兰有铸铁和钢制两种。法兰与管道的连接有翻边松套、螺纹连接、焊接连接三种，管道安装中多用平焊钢法兰的连接方式。

翻边法兰连接。翻边松套法兰一般用于铜管、铅管、塑料管等类似材质的管道，翻边时根据不同的材质选用不同的操作方法，翻边要求平整，不得有裂口和褶皱。

螺纹法兰连接，用有内螺纹的法兰盘与有外螺纹的钢管相连接，这种法兰多为铸铁材质，可用于低压管道的连接。

焊接法兰连接，法兰与钢管采用焊接连接，这种法兰连接应用广泛。其焊接方法是：选好一对法兰，分别装在相接的两个管端，如有的设备已带有法兰，则选择同规格的法兰套在待致，先点焊一点，校正垂直度，最后将法兰与管子焊接牢固。

现有的管道连接一般都是管接头来连接，管接头一般采用圆筒形管段，两端分别连接两管道的端部，或者插入两管道的端部进行固定。还有一种是管道在生产加工的时候，直接制作成一端扩大的结构，使得另一管道的一端能插入到扩大的端部内固定，部分管道内还设有内衬，但是内衬的设置于钢管之间的连接结构不稳定容易松动掉落，管道结构容易变弱，承压能力低等现象出现，管道连接处容易出现断裂、密封效果不好，影响管道的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是，克服现有技术的上述不足，而提供一种密封效果突出、抗高压、高强度结构、使用寿命长的钢管连接方法及其连接头。

本发明的技术方案是：一种金属管连接方法及其连接头，由两根金属管接口端通过连接螺栓连接，对金属管接口端加热旋转，通过缩口加工形成内缩口，并形成内螺纹，内螺纹分别连接在连接螺栓两端。

进一步，所述内缩口加工为将工件固定在夹具上，对工件加工端加热，加热的同时旋转工件，使工件与内缩口加工模具接触并相对运动，对加工端进行挤压内翻边，同时对加工端进行整形，内缩口加工模具为硬质材料，同时工件旋转线速度为2-20m/s，挤压压力为5-150千克/㎡。

硬质材料为耐摩擦的材料，如碳钢、铬钢和硬质合金等，便于给工件提供稳定的挤压力度和使工件平稳的移动，避免工价在旋转过程中因受力不均匀发生扭曲折弯。

优选地，所述工件旋转线速度为2-10m/s。

更优地，所述工件旋转线速度为2-6m/s。

最佳地，所述工件旋转线速度为2.5m/s。

优选地，挤压压力为10-50千克/㎡，更优地，所述挤压压力为30千克/㎡。采用这个速度与这个压力配合能最优的产生摩擦热。

进一步，所述内缩口加工为，对加热缩口加工成型后的工件采用通孔刀进行通孔，工件相对通孔刀旋转，同时对工件加热，通孔刀为圆锥状弧形。

进一步，所述圆锥状为斜面，通孔刀的圆锥状上为斜面，斜面可多个面设置。

进一步，所述圆锥状为抛物线，通孔刀的圆锥状为抛物线，便于对工件进行通孔进刀。

进一步，所述圆锥状为渐近线，通孔刀的圆锥状为渐近线，便于工件内凹口向工件内延伸。

进一步，所述连接螺栓上设有内卡口。

进一步，所述连接螺栓上设有凸起。

进一步，所述连接螺栓为扳手法兰。

进一步，所述扳手法兰口径小于或等于金属管口径。

进一步，所述内缩口通过通孔刀加工形成内凹口。

进一步，所述内凹口长度为管壁厚度0.5-10倍。

进一步，所述金属管为钢管、铬钢管、硬质合金管、铜管、铝管或铝合金管。

本发明与现有技术相比具有如下特点：

1、将金属管通过挤压内翻边处理形成内缩口，挤压内翻边的同时，内翻边的厚度增加，使金属管端部的连接端与金属管一体成型，便于提高金属管端部结构的强度，同时便于提高与连接螺栓之间的连接强度，能有效的防止金属管与连接螺栓之间松动或发生断裂，便于连接密封效果的提高。

2、采用该方法加工工件，工件旋转线速度为2-20m/s，挤压压力为5-150千克/㎡，采用这个速度与这个压力配合能最优的产生摩擦热，有效的节约能耗，同时使工件加工效率和质量最佳，有效的避免了加工时工件扭曲折弯；当旋转速度过低时加工时间过长，影响加工效率，当旋转速度过高时，容易使工件温度过高而使工件发生扭曲折弯；当挤压压力过小时，影响工件内凹口内翻边的效果和效率，当挤压压力过大时，容易造成内翻边的增厚效果不均匀、工件扭曲。

3、对工件进行通孔加工过程中采用不同形状的通孔刀，能有效的提高内缩口内翻边增厚的均匀度和挤压的力度，便于内缩口结构强度的提高，同时便于内凹口的形成和向工件内部延伸的效果，便于外部工件的连接强度和密封效果的提高，同时使通孔刀与工件之间的接触面不同产生的摩擦效果，便于对工件加热，节省能耗，同时便于内缩口增厚均匀度的调节。

4、连接螺栓上内内卡口或者外凸口的设置，当与金属管连接后能有效的便于防止连接处法兰松动，进一步的提高与金属管之间的连接强度，同时能够提高与金属管之间的接触面积，便于提高两者连接处的承压能力，能有效的防止折断，更进一步的提高连接密封效果，连接处还可以添加密封垫，进一步的提高其密封效果和使用寿命；采用连接螺栓，便于连接金属管同时便于连接处检修和拆卸，便于提高金属管之间的连接强度，同时可以根据需要还可以在法兰上增加阀门等其他零部件，便于提高其应用范围。

以下结合附图和具体实施方式对本发明的详细结构作进一步描述。

附图说明

图1—为本发明钢管连接结构示意图；

图2—为本发明钢管另一种连接结构示意图；

图3—为法兰与钢管拆分结构示意图；

图4—为本发明钢管端部剖视图；

图5—为本发明另一种钢管端部剖视图；

图6—为图1中法兰结构示意图；

图7—为图6中法兰剖视图；

1—钢管，2—法兰，3—凸起，4—凹槽，5—内凹口，6—增厚部，7—外凸口，8—芯轴，9—延伸端，10—密封垫，11—基部。

具体实施方式

如图1-7所示：一种钢管1连接方法，由两根钢管1接口端通过连接螺栓连接，对钢管1接口端加热旋转，通过缩口加工形成内缩口，内缩口向钢管1内翻边增厚形成内凹口5，内缩口内设有内螺纹，内螺纹分别连接在连接螺栓两端。

内缩口加工为先将工件固定在夹具上，对工件加工端加热，加热温度的范围为500-1800℃，加热的同时旋转工件，使工件与内缩口加工模具接触并相对运动，对加工端进行挤压内翻边，同时对加工端进行整形，内缩口加工模具为硬质材料，同时工件旋转线速度为2-20m/s，挤压压力为5-150千克/㎡。该挤压压力为工件轴线方向的挤压力度，或为垂直于工件轴线方向的纵向挤压力，或为模具对工件加工端的上托力度，或为其中多种力的结合力。

硬质材料为耐摩擦的材料，如碳钢、铬钢和硬质合金等，便于给工件提供稳定的挤压力度和使工件平稳的移动，避免工价在旋转过程中因受力不均匀发生扭曲折弯。

优选地，工件旋转线速度为2-10m/s，挤压力为10-100千克/㎡。

更优地，工件旋转线速度为2-6m/s，挤压压力为10-50千克/㎡。

最佳地，工件旋转线速度为2.5m/s，挤压压力为30千克/㎡。

采用这个速度与这个压力配合能最优的产生摩擦热，使工件温度、旋转速度和挤压压力达到最佳的配合加工状态，能有效防止工件在加工过程中出现扭曲折弯折断，便于加工节能，加工效率和加工质量、精度的提高；当旋转速度过低时加工时间过长，影响加工效率，当旋转速度过高时，容易使工件温度过高、惯性大而使工件发生扭曲折弯；当挤压压力过小时，影响工件内凹口5内翻边的效果和效率，当挤压压力过大时，容易造成内翻边的增厚效果不均匀、工件扭曲；在加工过程中可以采用电加热与工件旋转产生的摩擦热对工件加热，两者可以相互配合加热，使工件保持最佳的加工温度，同时还可以利用产生的摩擦热对工件的后续加工进行加热。

工件与内缩口加工模具之间的相对运动为，内缩口加工模具向工件轴线方向运动，即内缩口加工模具在Y轴上移动，使工件加工端与内缩口加工模具的端部接触的起始位置停止Y轴方向上的移动，然后使往工件相对内缩口加工模具的一侧移动，或相对向内缩口加工模具的尾部移动，即X轴方向移动，对工件形成挤压内翻边，移动速度为0.1-10m/s，对挤压后的加工端与内缩口加工模具的接触挤压通过自身旋转整形。

另一个实施例中，内缩口加工为，对加热缩口加工成型后的工件采用通孔刀进行通孔，工件相对通孔刀旋转，同时对工件加热，通孔刀为圆锥状弧形。

圆锥状为斜面，通孔刀的圆锥状上为斜面，便于内缩口增厚均匀度的提高，同时斜面可多个面设置。

圆锥状为抛物线，通孔刀的圆锥状为抛物线，便于对工件进行通孔进刀，便于加工效率的提高，同时便于增强对内缩口的挤压力度，便于工件结构强度的提高。

圆锥状为渐近线，通孔刀的圆锥状为渐近线，便于内凹口5向工件内延伸，便于外部连接件与工件的连接强度和密封效果的提高。

通孔刀还可以设置成其他的结构形状，来调节工件内凹口5向工件内部延伸的长短，以及工件内缩口增厚的均匀度，便于提高工件与外部连接件之间的连接强度和结构强度，便于连接密封效果的提高。

当对翻边整形后的工件进行通孔时，使通孔刀在Y轴方向上向工件的轴线方向挺进，全进通孔刀，同时工件受夹具旋转的带动做旋转运动，旋转线速度为2-20m/s，加热温度的范围为500-1800℃，采用旋转线速度为2.5 m/s，多次反复进刀，工件端部受通孔刀的挤压，使端部的材料往工件内延伸，形成内凹口5，多次进刀便于凹口的形成，同时也便于对内凹口5定型，形成内缩口。

连接螺栓为法兰2，法兰2可以是扳手法兰2或中间法兰2，扳手法兰2为带有扳手的中间法兰2（图未示），扳手的设置便于对法兰2或钢管1的连接检修拆卸，法兰2包括基部11和两端连接部；连接部还可以一端与钢管1螺纹连接，另一端与另一钢管1上的法兰2连接，有效的提高了连接的效率，同时便于钢管1连接处零部件的检修和更换。

另一个实施例中，扳手法兰2两端连接部设有与钢管1内螺纹匹配的外螺纹，扳手法兰2两端连接部连接钢管1，扳手法兰2的外径与钢管1外径相同，或小于钢管1的外径，便于提高钢管1与地面或者墙面之间的贴附效果，降低钢管1因外力的作用而发生晃动，进一步的防止钢管1连接处断裂，同时便于外部的美观，甚至可以在钢管1连接牢固的情况下实现无缝连接。

基部11的两端面设有凸起3，钢管1上设有与凸起3匹配的凹槽4，凸起3的设置，便于法兰2与钢管1之间的连接强度，防止钢管1在连接过程中或者移动过程中出现法兰2的松动而影响连接强度和密封效果，同时增大了钢管1与法兰2之间的接触面积，有效的提高了两者之间的结构强度。

另外法兰2上还可以设置内卡口，钢管1上设有与内卡口匹配的卡扣，便于钢管1与法兰2之间的连接强度，防止连接处松动或者折断，便于钢管1之间连接密封效果的提高。

另一个实施例中，连接螺栓为法兰2，法兰2包括基部11、延伸端9和芯轴8，延伸端9位于基部11的两端，芯轴8穿过延伸端9与基部11固定连接，延伸端9设有内螺纹，芯轴8上设有外螺纹。

钢管1上的内缩口向钢管1外端延伸形成外凸口7，外凸口7上设有外螺纹，便于法兰2与钢管1之间的连接以及连接强度的提高。

使用时，将芯轴8上的外螺纹与钢管1内凹口5的内螺纹螺纹连接形成第一层密封；同时延伸端9的内螺纹与钢管1外凸口7的外螺纹螺纹连接形成第二层密封；外凸口7与基部11接触面设置密封垫10，从而形成第三层密封；多层密封的形成有效的提高了法兰2与钢管1之间连接的密封效果，同时内凹口5向钢管1内延伸，内缩口内部增厚，有效的提高了钢管1与法兰2芯轴8之间的连接强度形成第一层结构，另外法兰2的延伸端9与外凸口7紧密连接，形成第二层结构，使钢管1与法兰2之间的连接强度更加突出，同时受法兰2基部11的支撑有效的提高钢管1与法兰2之间的结构强度，有效的提高了钢管1与法兰2使用寿命，有效的降低了断裂情况的发生。

钢管1与法兰2连接处设有密封垫10，便于提高钢管1与法兰2之间的连接强度和密封效果，同时还能够起到连接处缓冲的效果，进一步降低钢管1与法兰2连接处出现断裂的情况发生。

本发明还有多种连接方式，如钢管1两端的法兰2通过螺栓固定连接，或者通过套管套接等方式都可以实现，同时连接处还可以增加阀门、压力表、流量计等外部连接件，另外还可以根据钢管1铺设的需要，可以增加钢管1与连接螺栓的数量达到远距离输送，密封效果突出，使用寿命长；本发明不仅仅局限于钢管1连接，如铬钢管1、硬质合金管、铜管、铝管和铝合金管等金属管都可以应用，有效的提高了其应用的范围。

将钢管1端部进行一体成型加工，使钢管1端部受模具的挤压刮边实现钢管1管壁内翻边，内翻边的同时形成增厚部6，使钢管1端部的结构更加牢固，加工时采用高温加工，使钢管1端部第二次塑形，通过高强度的挤压或锻打，进一步的提高了钢管1端部结构的密度和结构的刚性强度，同时经过热胀冷缩，更进一步的提高了钢管1的抗压能力，另外内凸口的形成有效的提高了钢管1与连接件之间的连接强度，有效防止了钢管1与连接件之间发生断裂的情况发生，有效的高了钢管1的使用寿命和密封效果。

以上详细描述了本发明的优选实施方案，但显然本发明并不仅限于上述实施方案。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等效变型，这些等效变型均属于本发明的保护范围。另外，需要说明的是，在上述的具体实施方案中所描述的各个技术特征可以另行独立进行组合，只要其在本发明的技术构思范围内即可。

Claims (10)

1.一种金属管连接方法及其连接头，由两根金属管接口端通过连接头连接，连接头为连接螺栓，其特征在于：对金属管接口端加热旋转，通过缩口加工形成内缩口，并形成内螺纹，内螺纹分别连接在连接螺栓两端。

2.根据权利要求1所述的金属管连接方法及其连接头，其特征在于：所述内缩口加工为将工件固定在夹具上，对工件加工端加热，加热的同时旋转工件，使工件与内缩口加工模具接触并相对运动，对加工端进行挤压内翻边，同时对加工端进行整形，内缩口加工模具为硬质材料，同时工件旋转线速度为2-20m/s，挤压压力为5-150千克/㎡。

3.根据权利要求1所述的金属管连接方法及其连接头，其特征在于：所述内缩口加工为，对加热缩口加工成型后的工件采用通孔刀进行通孔，工件相对通孔刀旋转，同时对工件加热，通孔刀为圆锥状弧形。

4.根据权利要求1所述的金属管连接方法及其连接头，其特征在于：所述连接螺栓上设有内卡口。

5.根据权利要求1所述的金属管连接方法及其连接头，其特征在于：所述连接螺栓上设有凸起。

6.根据权利要求1所述的金属管连接方法及其连接头，其特征在于：所述连接螺栓为扳手法兰。

7.根据权利要求6所述的金属管连接方法及其连接头，其特征在于：所述扳手法兰口径小于或等于金属管口径。

8.根据权利要求3所述的金属管连接方法及其连接头，其特征在于：所述内缩口通过通孔刀加工形成内凹口。

9.根据权利要求8所述的金属管连接方法及其连接头，其特征在于：所述内凹口长度为管壁厚度的0.5-10倍。

10.根据权利要求1-9任一项所述的金属管连接方法及其连接头，其特征在于：所述金属管为钢管、铬钢管、硬质合金管、铜管、铝管或铝合金管。