CN115816079A - 管口搭接焊模具、扩径机系统及管口匹配方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种管口搭接焊模具、包括该管口搭接焊模具的扩径机系统以及使用该扩径机系统的用于管口焊接的管口匹配方法，管口搭接焊模具包括：扩口端模块，扩口端模块用于扩径机的膨胀器的最外侧，扩口端模块的最外侧壁面为球形表面，扩口端模块的最外侧壁面为在使用时与被扩径的焊管管壁接触的壁面；以及插口端模块，插口端模块用于扩径机的膨胀器的最外侧，插口端模块的最外侧壁面为球形表面，插口端模块的最外侧壁面为在使用时与被扩径的焊管管壁接触的壁面。本发明实施例能够避免由于管端椭圆度和管口切斜率造成的误差的影响，实现较好的管口匹配，同时无需使用管口胶圈，两节焊管直接匹配，提升了管口的焊接质量和焊接效率。

Description

管口搭接焊模具、扩径机系统及管口匹配方法

技术领域

本发明属于管道焊接技术领域，尤其是涉及一种用于大口径螺旋焊管的管口搭接焊模具、用于大口径螺旋焊管的扩径机系统及用于大口径螺旋焊管的管口匹配方法。

背景技术

螺旋焊管是将低碳碳素结构钢或低合金结构钢钢带按一定的螺旋线的角度(叫成型角)卷成管坯，然后将管缝焊接起来制成的焊管，它可以实现用较窄的带钢生产大直径的钢管，常用于石油天然气领域。随着本世纪我国经济的高速发展，螺旋焊管在工程基建中得到越来越大规模的使用。现阶段，生产的螺旋焊管的长度标准一般为每根定尺12m，而工程中的要用到的螺旋焊管的长度一般都是几千米的长度，这就需要对两节螺旋焊管进行焊接。

目前常用的连接两节螺旋焊管的焊接方式一种为管端开坡口，两管口对齐后焊接成刚性连接。此种方式优点为焊缝牢固，接口不易破裂。缺点为对螺旋焊管口椭圆度、管端切斜率要求高。在实际对接操作中，由于螺旋焊管本身成型有一定误差，不一定为完美的圆形，具有一定的椭圆度，导致管口对不齐，同时操作人员在切割管端时，由于操作技巧以及自然误差等原因，不能保证切出完全垂直的截面，总会存在一定的管端切斜率，同样导致管口对不齐，从而容易出现钢管对不齐，两管口对接间隙大等问题，不易焊接，尤其在大口径螺旋焊管对接时，例如在管径超过2m时，螺旋焊管管口椭圆度和管端切斜率导致的误差问题更大，更不容易对齐，现场施工难度大，问题更为突出。

另一种常用的连接两节螺旋焊管的焊接方式是将螺旋焊管一头管端外扩加工凸槽为扩口端，塞入胶圈，另一头直管为插口端，将插口端塞入扩口端的柔性密封连接方式。此种方式优点为施工方便快捷，缺点为管口胶圈密封承受压力低，胶圈时间长易失效泄露，且目前市场上只有直径小于2m的柔性承插口螺旋焊管，直径大于2m的螺旋焊管(例如Φ2120)无法通过这种方式解决。

本发明试图设计出一种新的管口搭接焊模具及管口匹配方法，赋予大口径螺旋焊管管口新的连接方式，能够避免由于管端椭圆度和管口切斜率造成的误差的影响，实现较好的管口匹配，同时无需使用管口胶圈，两节焊管直接匹配，提升了管口的焊接质量和焊接效率。

发明内容

本发明实施例提供一种用于大口径螺旋焊管的管口搭接焊模具及用于大口径螺旋焊管的管口匹配方法，能够避免由于管端椭圆度和管口切斜率造成的误差的影响，实现较好的管口匹配，同时无需使用管口胶圈，两节焊管直接匹配，提升了管口的焊接质量和焊接效率。

本发明第一方面实施例提供一种管口搭接焊模具，包括：扩口端模块，所述扩口端模块用于扩径机的膨胀器的最外侧，所述扩口端模块的最外侧壁面为球形表面，所述扩口端模块的最外侧壁面为在使用时与被扩径的焊管管壁接触的壁面；以及插口端模块，所述插口端模块用于扩径机的膨胀器的最外侧，所述插口端模块的最外侧壁面为球形表面，所述插口端模块的最外侧壁面为在使用时与被扩径的焊管管壁接触的壁面。

根据本发明实施例的管口搭接焊模具，通过将扩口端模块的最外侧壁面设置为球形表面，使得一焊管的扩口端形成球形扩口，通过将插口端模块的最外侧壁面设置为球形表面，使得另一焊管的插口端形成球形插口，通过将球形插口插入球形扩口，实现两根焊管的管口匹配，进而实现两根焊管的紧密焊接，由于扩口端和插口端均形成为球形，使得扩口端和插口端可以不受焊管的椭圆度造成的误差的影响，同时由于扩口端和插口端均形成为球形，相对于传统的圆柱形焊口，使得扩口端和插口端可以在球形表面的影响下可以在连接角度上拥有更大的匹配容限，不容易受到管口切割倾斜造成的误差的影响，由于扩口端和插口端均形成为球形，球形表面作为光滑曲面，更容易让扩口端和插口端匹配成功，在扩口端和插口端匹配之后，只需要在连接缝上直接焊接即可保证密封，不需要使用诸如胶圈之类的密封件，大大提升了管口匹配的质量和效率，也提升了焊管连接的质量。

根据本发明一些实施例，所述扩口端模块的最外侧壁面的曲率半径比所述插口端模块的最外侧壁面的曲率半径大一个管壁壁厚的距离。

根据本发明一些实施例，所述扩口端模块的最外侧壁面的曲率半径大于等于所述插口端模块的最外侧壁面的曲率半径。

根据本发明一些实施例，所述扩口端模块的最外侧壁面的曲率半径比所述插口端模块的最外侧壁面的曲率半径大0.7％～1.3％。

根据本发明一些实施例，所述插口端模块的最外侧壁面的球形表面的球心位于扩径机的膨胀器的轴线上。

根据本发明一些实施例，所述插口端模块的最外侧壁面的球形表面相对于膨胀器的一条半径线成轴对称。

根据本发明一些实施例，在所述插口端模块的最外侧壁面的面向焊管截面的两侧中，面向管外的一侧相对于扩径机的膨胀器的轴线的半径等于面向管内的一侧相对于扩径机的膨胀器的轴线的半径。

根据本发明一些实施例，在所述插口端模块的最外侧壁面的面向焊管截面的两侧中，面向管外的一侧在长度上等于面向管内的一侧。

根据本发明一些实施例，在所述扩口端模块的最外侧壁面的面向焊管截面的两侧中，面向管外的一侧相对于扩径机的膨胀器的轴线的半径大于面向管内的一侧相对于扩径机的膨胀器的轴线的半径。

根据本发明一些实施例，在所述扩口端模块的最外侧壁面的面向焊管截面的两侧中，面向管外的一侧高于面向管内的一侧。

本发明第二方面实施例提供一种用于管口焊接的扩径机系统，包括：第一扩径机，所述第一扩径机包括由根据前述任一实施例所述的扩口端模块组成的膨胀器；以及第二扩径机，所述第二扩径机包括由根据前述任一实施例所述的插口端模块组成的膨胀器。

本发明第三方面实施例提供一种使用上述扩径机系统进行的用于管口焊接的管口匹配方法，包括：使用第一扩径机对第一焊管的管口进行扩径操作，其中，在扩口端模块的最外侧壁面的面向第一焊管截面的两侧中，面向管外的一侧高于面向管内的一侧；使用第二扩径机对第二焊管的管口进行扩径操作；以及将经扩径后的第一焊管的管口和经扩径后的第二焊管的管口进行匹配。

根据本发明一些实施例，在所述将经扩径后的第一焊管的管口和经扩径后的第二焊管的管口进行匹配之后，利用施加压力的装置将经扩径后的第一焊管的管口闭合在经扩径后的第二焊管的管口之上。

根据本发明实施例的扩径机系统和管口匹配方法，通过使用第一扩径机对第一焊管的管口进行扩径操作，使得第一焊管的扩口端形成球形扩口，通过使用第二扩径机对第二焊管的管口进行扩径操作，使得第二焊管的插口端形成球形插口，通过将球形插口插入球形扩口，实现两根焊管的管口匹配，进而实现两根焊管的紧密焊接，由于扩口端和插口端均形成为球形，使得扩口端和插口端可以不受焊管的椭圆度造成的误差的影响，同时由于扩口端和插口端均形成为球形，相对于传统的圆柱形焊口，使得扩口端和插口端可以在球形表面的影响下可以在连接角度上拥有更大的匹配容限，不容易受到管口切割倾斜造成的误差的影响，由于扩口端和插口端均形成为球形，球形表面作为光滑曲面，更容易让扩口端和插口端匹配成功，在扩口端和插口端匹配之后，只需要在连接缝上直接焊接即可保证密封，不需要使用诸如胶圈之类的密封件，大大提升了管口匹配的质量和效率，也提升了焊管连接的质量。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：从焊管生产角度讲，螺旋焊管主机正常生产出的钢管即满足管端切斜要求，不再需要平头倒棱机对管端进行外坡口加工、修正管端切斜，管端扩口的速度远远快于平头倒棱加工，且无刀片等耗材损耗，提高了生产效率，降低了生产成本；从现场施工角度讲，加工完的钢管两端管口形成不同的球形结构，方便钢管的插入连接，能有效贴合管壁，并具有一定的调节角度的功能，解决了大口径螺旋焊管对接不便的问题，为后续的工程施工创造了条件。

附图说明

图1为扩径机的示意图；

图2为扩径机的膨胀器的示意图；

图3为根据本发明一实施例的扩口端模块的俯视图；

图4为根据图2所述实施例的扩口端模块的一侧的侧视图；

图5为根据图2所述实施例的扩口端模块的另一侧的侧视图；

图6为根据本发明前述实施例的插口端模块的俯视图；

图7为根据图2所述实施例的插口端模块的一侧的侧视图；

图8为根据图2所述实施例的插口端的另一侧的侧视图；

图9为根据本发明一实施例的扩口端和插口端在匹配之前的示意图；

图10为根据本发明所述实施例的扩口端和插口端在匹配之后的示意图。

附图标记：

100：扩径机；10：膨胀器；

1：扩口端模块；11：扩口端；

2：插口端模块；21：插口端。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚明白，下面结合附图使用一具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。

图1为扩径机的示意图；图2为扩径机的膨胀器的示意图。参看图1和图2，扩径机100包括膨胀器10。膨胀器10为圆形，扩口端模块1或插口端模块2设置在膨胀器10的外周，使用时膨胀器10深入到需扩径的焊管中，在液压机作用下膨胀器10对焊管管壁施加压力，实现扩径。

图3为根据本发明一实施例的扩口端模块的俯视图；图4为根据图2所述实施例的扩口端模块的一侧的侧视图；图5为根据图2所述实施例的扩口端模块的另一侧的侧视图。参看图4和图5，可以看出，扩口端模块1的最外侧壁面(例如ABCD)为球形表面，扩口端模块的最外侧壁面为在使用时与被扩径的焊管管壁接触的壁面，在扩口端模块1的最外侧壁面的面向焊管截面的两侧(例如图4中B所在的一侧与C所在的一侧)中，面向管外的一侧(例如图4中B所在的一侧)相对于扩径机的膨胀器的轴线的半径大于面向管内的一侧(例如图4中C所在的一侧)相对于扩径机的膨胀器的轴线的半径。在扩口端模块1的最外侧壁面的面向焊管截面的两侧(例如图4中B所在的一侧与C所在的一侧)中，面向管外的一侧(例如图4中B所在的一侧)高于面向管内的一侧(例如图4中C所在的一侧)。

图6为根据本发明前述实施例的插口端模块的俯视图；图7为根据图2所述实施例的插口端模块的一侧的侧视图；图8为根据图2所述实施例的插口端的另一侧的侧视图。参看图6和图7，可以看出，插口端模块2的最外侧壁面(例如EFGH)为球形表面，插口端模块2的最外侧壁面为在使用时与被扩径的焊管管壁接触的壁面，插口端模块2的最外侧壁面的球形表面的球心位于扩径机的膨胀器的轴线上(如图7所示，相对于膨胀器的一条半径线对称)，插口端模块2的最外侧壁面(例如EFGH)的球形表面相对于膨胀器的一条半径线成轴对称，插口端模块2的最外侧壁面的面向焊管截面的两侧(例如图7中F所在的一侧和G所在的一侧)中，面向管外的一侧(例如图7中F所在的一侧)相对于扩径机的膨胀器的轴线的半径等于面向管内的一侧(例如在图7中G所在的一侧)相对于扩径机的膨胀器的轴线的半径，在插口端模块2的最外侧壁面的面向焊管截面的两侧(例如图7中F所在的一侧和G所在的一侧)中，面向管外的一侧(例如图7中F所在的一侧)在长度上等于面向管内的一侧(例如在图7中G所在的一侧)。

图9为根据本发明一实施例的扩口端和插口端在匹配之前的示意图；图10为根据本发明所述实施例的扩口端和插口端在匹配之后的示意图。如图9和图10所示，在匹配之前，扩口端11和插口端21经扩口端模块和插口端模块扩径后形成不同的球形，经匹配后，经扩径后的扩口端的管口闭合在经扩径后的插口端的管口之上。可以从图10看出，扩口端模块的最外侧壁面的曲率半径比插口端模块的最外侧壁面的曲率半径大一个管壁壁厚的距离，扩口端模块的最外侧壁面的曲率半径大于等于插口端模块的最外侧壁面的曲率半径。通过使加工完的钢管两端管口形成不同的球形结构，方便钢管的插入连接，能有效贴合管壁，并具有一定的调节角度的功能，解决了大口径螺旋焊管对接不便的问题，为后续的工程施工创造了条件。

参看图1-图10，本发明第一方面实施例提供一种管口搭接焊模具，包括：扩口端模块1，扩口端模块1用于扩径机100的膨胀器10的最外侧，扩口端模块1的最外侧壁面为球形表面，扩口端模块1的最外侧壁面为在使用时与被扩径的焊管管壁接触的壁面；以及插口端模块2，插口端模块2用于扩径机的膨胀器的最外侧，插口端模块2的最外侧壁面为球形表面，插口端模块2的最外侧壁面为在使用时与被扩径的焊管管壁接触的壁面。

根据本发明实施例的管口搭接焊模具，通过将扩口端模块的最外侧壁面设置为球形表面，使得一焊管的扩口端形成球形扩口，通过将插口端模块的最外侧壁面设置为球形表面，使得另一焊管的插口端形成球形插口，通过将球形插口插入球形扩口，实现两根焊管的管口匹配，进而实现两根焊管的紧密焊接，由于扩口端和插口端均形成为球形，使得扩口端和插口端可以不受焊管的椭圆度造成的误差的影响，同时由于扩口端和插口端均形成为球形，相对于传统的圆柱形焊口，使得扩口端和插口端可以在球形表面的影响下可以在连接角度上拥有更大的匹配容限，不容易受到管口切割倾斜造成的误差的影响，由于扩口端和插口端均形成为球形，球形表面作为光滑曲面，更容易让扩口端和插口端匹配成功，在扩口端和插口端匹配之后，只需要在连接缝上直接焊接即可保证密封，不需要使用诸如胶圈之类的密封件，大大提升了管口匹配的质量和效率，也提升了焊管连接的质量。

参看图9和图10，根据本发明一些实施例，,扩口端模块1的最外侧壁面的曲率半径比插口端模块2的最外侧壁面的曲率半径大一个管壁壁厚的距离，扩口端模块1的最外侧壁面的曲率半径大于等于插口端模块2的最外侧壁面的曲率半径，使得在管口匹配后扩口端可以很好地闭合在插口端之上。优选地，扩口端模块1的最外侧壁面的曲率半径比插口端模块2的最外侧壁面的曲率半径大0.7％～1.3％。

参看图6、图7、图9和图10，根据本发明一些实施例，插口端模块2的最外侧壁面的球形表面的球心位于扩径机的膨胀器的轴线上，插口端模块2的最外侧壁面的球形表面相对于膨胀器的一条半径线成轴对称，在插口端模块2的最外侧壁面的面向焊管截面的两侧中，面向管外的一侧相对于扩径机的膨胀器的轴线的半径等于面向管内的一侧相对于扩径机的膨胀器的轴线的半径，在插口端模块2的最外侧壁面的面向焊管截面的两侧中，面向管外的一侧在长度上等于面向管内的一侧。

参看图3、图4，图9和图10，根据本发明一些实施例，在扩口端模块1的最外侧壁面的面向焊管截面的两侧中，面向管外的一侧相对于扩径机的膨胀器的轴线的半径大于面向管内的一侧相对于扩径机的膨胀器的轴线的半径，在扩口端模块1的最外侧壁面的面向焊管截面的两侧中，面向管外的一侧高于面向管内的一侧。

本发明第二方面实施例提供一种用于管口焊接的扩径机系统，包括：第一扩径机，所述第一扩径机包括由根据前述任一实施例所述的扩口端模块1组成的膨胀器；以及第二扩径机，所述第二扩径机包括由根据前述任一实施例所述的插口端模块2组成的膨胀器。

参看图9和图10，本发明第三方面实施例提供一种使用上述扩径机系统进行的用于管口焊接的管口匹配方法，包括：使用第一扩径机对第一焊管的管口进行扩径操作，其中，在扩口端模块的最外侧壁面的面向第一焊管截面的两侧中，面向管外的一侧高于面向管内的一侧；使用第二扩径机对第二焊管的管口进行扩径操作；以及将经扩径后的第一焊管的管口和经扩径后的第二焊管的管口进行匹配。

根据本发明一些实施例，尽管在绝大多数情况下在匹配之后凭借焊料就可以让焊缝闭合，在所述将经扩径后的第一焊管的管口和经扩径后的第二焊管的管口进行匹配之后，仍利用施加压力的装置将经扩径后的第一焊管的管口闭合在经扩径后的第二焊管的管口之上，以进一步保证闭合。

根据本发明实施例的扩径机系统和管口匹配方法，通过使用第一扩径机对第一焊管的管口进行扩径操作，使得第一焊管的扩口端形成球形扩口，通过使用第二扩径机对第二焊管的管口进行扩径操作，使得第二焊管的插口端形成球形插口，通过将球形插口插入球形扩口，实现两根焊管的管口匹配，进而实现两根焊管的紧密焊接，由于扩口端和插口端均形成为球形，使得扩口端和插口端可以不受焊管的椭圆度造成的误差的影响，同时由于扩口端和插口端均形成为球形，相对于传统的圆柱形焊口，使得扩口端和插口端可以在球形表面的影响下可以在连接角度上拥有更大的匹配容限，不容易受到管口切割倾斜造成的误差的影响，由于扩口端和插口端均形成为球形，球形表面作为光滑曲面，更容易让扩口端和插口端匹配成功，在扩口端和插口端匹配之后，只需要在连接缝上直接焊接即可保证密封，不需要使用诸如胶圈之类的密封件，大大提升了管口匹配的质量和效率，也提升了焊管连接的质量。

表1

以上所述实施例仅用以说明本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种管口搭接焊模具，包括：

扩口端模块，所述扩口端模块用于扩径机的膨胀器的最外侧，所述扩口端模块的最外侧壁面为球形表面，所述扩口端模块的最外侧壁面为在使用时与被扩径的焊管管壁接触的壁面；以及

插口端模块，所述插口端模块用于扩径机的膨胀器的最外侧，所述插口端模块的最外侧壁面为球形表面，所述插口端模块的最外侧壁面为在使用时与被扩径的焊管管壁接触的壁面。

2.根据权利要求1所述的管口搭接焊模具，其特征在于，所述扩口端模块的最外侧壁面的曲率半径比所述插口端模块的最外侧壁面的曲率半径大一个管壁壁厚的距离。

3.根据权利要求1所述的管口搭接焊模具，其特征在于，所述扩口端模块的最外侧壁面的曲率半径大于等于所述插口端模块的最外侧壁面的曲率半径。

4.根据权利要求1所述的管口搭接焊模具，其特征在于，所述插口端模块的最外侧壁面的球形表面的球心位于扩径机的膨胀器的轴线上。

5.根据权利要求1所述的管口搭接焊模具，其特征在于，所述插口端模块的最外侧壁面的球形表面相对于膨胀器的一条半径线成轴对称。

6.根据权利要求1所述的管口搭接焊模具，其特征在于，在所述扩口端模块的最外侧壁面的面向焊管截面的两侧中，面向管外的一侧相对于扩径机的膨胀器的轴线的半径大于面向管内的一侧相对于扩径机的膨胀器的轴线的半径。

7.根据权利要求1所述的管口搭接焊模具，其特征在于，在所述扩口端模块的最外侧壁面的面向焊管截面的两侧中，面向管外的一侧高于面向管内的一侧。

8.一种用于管口焊接的扩径机系统，包括：

第一扩径机，所述第一扩径机包括由根据权利要求1所述的扩口端模块组成的膨胀器；以及

第二扩径机，所述第二扩径机包括由根据权利要求1所述的插口端模块组成的膨胀器。

9.一种使用根据权利要求8所述的扩径机系统进行的用于管口焊接的管口匹配方法，包括：

使用第一扩径机对第一焊管的管口进行扩径操作，其中，在扩口端模块的最外侧壁面的面向第一焊管截面的两侧中，面向管外的一侧高于面向管内的一侧；

使用第二扩径机对第二焊管的管口进行扩径操作；以及

将经扩径后的第一焊管的管口和经扩径后的第二焊管的管口进行匹配。

10.根据权利要求9所述的使用根据权利要求8所述的扩径机进行的用于管口焊接的管口匹配方法，其特征在于，在所述将经扩径后的第一焊管的管口和经扩径后的第二焊管的管口进行匹配之后，利用施加压力的装置将经扩径后的第一焊管的管口闭合在经扩径后的第二焊管的管口之上。

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