专利名称：一种金属管件的焊接方法和金属管件焊接组件的制作方法
技术领域：
本发明属于金属管道焊接连接技术领域，具体涉及一种金属管件的焊接方法以及采用该方法制成的金属管件焊接组件。
背景技术：
金属管道连接方式中最安全、最可靠的连接方法无疑是焊接连接。但现有的几种连接方式例如承插式焊接连接或对接焊接连接方式都有一定的缺陷，尤其是对于薄壁不锈钢管的焊接。承插式焊接连接方式见图1所示，具有以下不足之处(1)连接强度较低；承插式焊接连接为搭接连接，其焊缝为填角焊缝，所受的工作应力为切剪应力，按许用强度计算方法，且角焊缝的有效承载面积为角焊缝有效面积的0. 707倍，因此搭接焊缝设计时，需双侧焊接才能使焊缝强度与构件(一般是管子A与接头管件B)等强度。而管子与管件的承插连接，在实际施工中，只能在管件一侧端实施单侧焊接，插入管件的管子所在端无法焊接， 故承插式连接接头的焊缝强度只能达到管道强度的50%。( 焊接难度较大，易焊穿管壁， 管内必须充气保护，承插式焊接，由于插入管件的管子，管壁较薄，当焊接时，必须使管件端口熔化，方能形成有效的角焊缝，而管件端受插入管子散热的影响，需有较大的热输入才能形成熔池，管子的管壁较薄，极易过热被烧穿，如果热输入较小，管件端部会融合不良，所以操作难度较大。如果对每个焊接口施加充气保护，施工现场条件有限，十分困难，工作强度较大，工作效率十分低下。对接焊接连接方式见图2所示，具有以下不足之处对接焊接的管子A端口外径与管件B外径相同，焊接另用填料焊接，焊接时，连接口的内侧如果不加气体保护，焊缝外极易由于焊接温度过热而出现管内焊缝处“挂瘤”(熔瘤)，影响使用寿命。如果温度过低没有焊透，焊缝连接处的两侧管壁未完全连接，影响使用质量。
发明内容
本发明的目的是提供一种有效提高焊接效果的金属管件的焊接方法。本发明另一个目的是提供一种焊缝强度较高的金属管件焊接组件。实现本发明第一个目的的技术方案是一种金属管件的焊接方法，包括以下步骤①在被焊管件的连接端处，沿着从外向内方向依次设置用于插入待焊管件孔腔中的衬管区和与待焊管件焊接端对接的焊接区；所述衬管区的外形和待焊管件孔腔的形状相配合；所述焊接区高出衬管区，且所述焊接区高出衬管区的部分管体的径向截面形状与待焊管件焊接端管壁的径向截面形状相配合；②将被焊管件的衬管区插入待焊管件孔腔中，直至该连接端的焊接区与待焊管件焊接端对接，且在对接处形成环状待焊缝，所述衬管区位于待焊缝内侧；③在待焊缝处进行焊接使其形成熔融区从而使被焊管件连接端与待焊管件焊接端相连。上述技术方案中，所述衬管区的外壁与待焊管件孔腔内壁之间的间隙小于1毫米；所述衬管区的轴向长度大于等于熔融区的轴向长度；所述衬管区的壁厚大于等于0.3毫米。上述技术方案中，所述衬管区的外壁与待焊管件孔腔内壁之间的间隙小于0. 5毫米；所述衬管区的壁厚大于等于0. 5毫米。上述技术方案中，所述被焊管件焊接区高出衬管区的部分管体的径向截面形状与待焊管件焊接端管壁的径向截面形状相同。上述技术方案中，所述待焊缝的轴向截面形状是与待焊管件中心轴线相垂直的直线状、或是与待焊管件中心轴线成一夹角的斜线状、或是弧线状、或是V字形状、或是半圆形状、或是半椭圆形状；所述待焊管件是薄壁不锈钢管。实现本发明第二个目的的技术方案是一种金属管件焊接组件，包括待焊管件和被焊管件，所述待焊管件内设孔腔；所述被焊管件在其与待焊管件的连接端，沿着从外向内方向依次设置有插入待焊管件孔腔中的衬管区和与待焊管件焊接端对接的焊接区；所述衬管区的外形和待焊管件孔腔的形状相配合；所述焊接区高出衬管区，且所述焊接区高出衬管区的部分管体的径向截面形状与待焊管件焊接端管壁的径向截面形状相配合；所述被焊管件的连接端与待焊管件焊接端的对接焊缝处设有通过焊接处理形成的熔融区。上述技术方案中，所述衬管区位于环状熔融区内侧；所述衬管区的外壁与待焊管件孔腔内壁之间的间隙小于1毫米。上述技术方案中，所述衬管区邻接对接焊缝处的部分管体也被熔融并与所述熔融区连成一体；所述衬管区的外壁与待焊管件孔腔内壁之间的间隙小于1毫米；所述衬管区的轴向长度大于等于熔融区的轴向长度；所述衬管区的壁厚大于等于0. 3毫米。上述技术方案中，所述待焊管件是薄壁不锈钢管；所述衬管区的外壁与待焊管件孔腔内壁之间的间隙小于0. 5毫米；所述衬管区的壁厚大于等于0. 5毫米。上述技术方案中，所述焊接区高出衬管区的部分管体的径向截面形状与待焊管件焊接端管壁的径向截面形状相同。上述技术方案中，所述待焊管件和被焊管件均可以是普通管子，也可以是管道接头，例如二通，三通等等。本发明具有积极的效果(1)本发明改进了接头连接结构，所述衬管区既能起到定位待焊管件与被焊管件的作用，又因遮盖住焊缝的内侧部位，使焊缝内侧部位的高温金属与管内空气得到有效隔绝，从而在进行气体保护焊时，无需向焊缝内侧部位吹保护气体； 另外，本发明的焊接处是待焊管件焊接端与被焊管件的焊接区地对接处；由于被焊管件焊接区高出衬管区，且所述焊接区高出衬管区的部分管体的径向截面形状与待焊管件焊接端管壁的径向截面形状相配合，从而可以通过调整焊接区与衬管区的高度差来调整最终的焊接效果。例如把焊接区高出衬管区的部分管体的径向截面形状与待焊管件焊接端管壁的径向截面制成相同大小，对圆管来说，就是使被焊管件焊接区的外径与待焊管件的外径相同， 对于这种结构，可使最终焊缝强度达到与两端管件相同强度，从而相对于传统的承插式焊接可明显提高焊缝强度；而与传统的对接式焊接相比，又因为有衬管区的保护，无需向管内充入保护气，且不易烧穿衬管区管壁，防止发生挂瘤现象。
图1为传统承插式焊接的一种结构示意图；图2为传统对接式焊接的一种结构示意图；图3为本发明第一种焊接方式的一种结构示意图；图4为本发明第二种焊接方式的一种结构示意图；图5为本发明第三种焊接方式的一种结构示意图；图6为本发明第四种焊接方式的一种结构示意图；图7为本发明第五种焊接方式的一种结构示意图。附图所示标记为被焊管件1，连接端2，衬管区21，焊接区22，待焊管件3，孔腔 31，焊接端32，焊缝4，熔融区5。
具体实施例方式(实施例1、焊接方法)图3为本发明第一种焊接方式的一种结构示意图，显示了本发明方法的第一种具体实施方式
。本实施例是一种不锈钢管道的焊接方法，包括以下步骤①在被焊管件1的连接端2处，沿着从外向内方向依次设置用于插入待焊管件3 孔腔31中的衬管区21和与待焊管件3焊接端32对接的焊接区22 ；所述衬管区21的外形和待焊管件3孔腔31的形状相配合；所述焊接区22高出衬管区21，且所述焊接区22高出衬管区21的部分管体的径向截面形状与待焊管件3焊接端32管壁的径向截面形状相配合；②将被焊管件1的衬管区21插入待焊管件3孔腔31中，直至该连接端2的焊接区22与待焊管件3焊接端32对接，且在对接处形成环状待焊缝4，所述衬管区21位于待焊缝4内侧；③在待焊缝4处进行气体保护焊使其形成熔融区5从而使被焊管件1连接端2与待焊管件3焊接端32相连。本实施例中，所述衬管区21的外壁与待焊管件3孔腔31内壁之间的间隙小于0. 1 毫米；在具体实践中，可以根据待焊管件孔腔31的直径来对该间隙大小进行调整，例如当孔腔31较大时，可以选用较大间隙，例如选择1毫米，当孔腔31较小时，则选用较小间隙， 一般而言，该间隙越小越好，越能起到使焊缝内侧部位与孔腔内空气隔绝的效果；对于气体保护焊而言，这一点尤为重要。所述衬管区21的轴向长度大于等于熔融区5的轴向长度；这是为了避免熔融区的物料堆积在衬管区外侧形成挂瘤现象。本实施例中，所述衬管区21的壁厚是0. 5毫米，因为如果衬管区21的壁厚太薄的话，就会在焊接时容易被烧穿，影响焊接效果或者形成挂瘤现象，所以一般而言将衬管区的壁厚做成大于等于0. 3毫米；当然也不能太厚，以免过于增大管内物料输送时的阻力，具体实践中，其厚度可根据孔腔大小而定，孔腔大的，衬管区21的壁厚可稍微大些。本实施例中，所述被焊管件1焊接区22高出衬管区21的部分管体的径向截面形说 状与待焊管件3焊接端32管壁的径向截面形状相同。本实施例中，所述待焊缝4的轴向截面形状是与待焊管件3中心轴线相垂直的直线状。本实施例具有以下技术效果(1)本实施例改进了接头连接结构，所述衬管区既能起到定位待焊管件与被焊管件的作用，又因遮盖住焊缝的内侧部位，使焊缝内侧部位的高温金属与管内空气得到有效隔绝，从而在进行气体保护焊时，无需向焊缝内侧部位吹保护气体；另外，本实施例的焊接处是待焊管件焊接端与被焊管件的焊接区地对接处；由于被焊管件焊接区高出衬管区，且所述焊接区22高出衬管区21的部分管体的径向截面形状与待焊管件3焊接端32管壁的径向截面形状相配合，从而可以通过调整焊接区与衬管区的高度差来调整最终的焊接效果。 例如把焊接区高出衬管区的部分管体的径向截面形状与待焊管件焊接端管壁的径向截面制成相同大小，对圆管来说，就是使被焊管件焊接区的外径与待焊管件的外径相同，对于这种结构，可使最终焊缝强度达到与两端管件相同强度，从而相对于传统的承插式焊接可明显提高焊缝强度；而与传统的对接式焊接相比，又因为有衬管区的保护，无需向管内充入保护气，且不易烧穿衬管区管壁，防止发生挂瘤现象。(实施例2、焊接方法)图4为本发明第二种焊接方式的一种结构示意图，显示了本发明焊接方法的第二种具体实施方式
。本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于本实施例中，所述待焊缝4的轴向截面形状是与待焊管件3中心轴线成一夹角的斜线状。在具体实践中，也可将所述待焊缝 4制成弧线状。(实施例3、焊接方法)图5为本发明第三种焊接方式的一种结构示意图，显示了本发明焊接方法的第三种具体实施方式
。本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于本实施例中，所述待焊缝4的轴向截面形状是V字形状；该种焊接方式是普通电焊，需要使用焊料，焊接时将焊料填充到焊缝 4中。(实施例4、焊接方法)图6为本发明第四种焊接方式的一种结构示意图，显示了本发明焊接方法的第四种具体实施方式
。本实施例与实施例3基本相同，不同之处在于本实施例中，所述待焊缝4的轴向截面形状是半椭圆形状；该种焊接方式需要使用焊料，焊接时将焊料填充到焊缝4中。在具体实践中，也可将待焊缝4制成半圆形状。(实施例5、焊接方法)图7为本发明第五种焊接方式的一种结构示意图，显示了本发明焊接方法的第五种具体实施方式
。本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于本实施例所用待焊管件3是薄壁不锈钢管，其中衬管区21的外壁与待焊管件3孔腔31内壁之间的间隙b是0. 5毫米；所述衬管区21的轴向长度C是1毫米；所述衬管区21的壁厚a是0. 6毫米。
(实施例6、焊接方法)本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于所述焊接区22高出衬管区21的部分管体的径向截面形状与待焊管件3焊接端32管壁的径向截面形状大小不同，实际上，本实施例中焊接区22高出待焊管件3，且在具体实践中，焊接区22也可低于待焊管件。(实施例7、金属管件焊接组件)本实施例是采用上述实施例1所述方法制成的一种金属管件焊接组件，见图3所示，包括待焊管件3和被焊管件1，所述待焊管件3内设孔腔31 ；所述被焊管件1在其与待焊管件3的连接端2，沿着从外向内方向依次设置有插入待焊管件3孔腔31中的衬管区21 和与待焊管件3焊接端32对接的焊接区22 ；所述衬管区21的外形和待焊管件3孔腔31的形状相配合；所述焊接区22高出衬管区21，且所述焊接区22高出衬管区21的部分管体的径向截面形状与待焊管件3焊接端32管壁的径向截面形状相同；所述被焊管件1的连接端 2与待焊管件3焊接端32的对接焊缝4处设有通过焊接处理形成的熔融区5。所述衬管区21邻接对接焊缝4处的部分管体也被熔融或者通过浸润方式与所述熔融区5连成一体。(实施例8、金属管件焊接组件)本实施例是采用上述实施例2所述方法制成的一种金属管件焊接组件，其结构与实施例7基本相同，不同之处在于见图4所示，本实施例中，所述待焊缝4的轴向截面形状是与待焊管件3中心轴线成一夹角的斜线状。在具体实践中，也可将所述待焊缝4制成弧线状。(实施例9、金属管件焊接组件)本实施例是采用上述实施例3所述方法制成的一种金属管件焊接组件，其结构与实施例7基本相同，不同之处在于见图5所示，本实施例中，所述待焊缝4的轴向截面形状是V字形状；该种焊接方式是普通电焊，需要使用焊料，焊接时将焊料填充到焊缝4中。(实施例10、金属管件焊接组件)本实施例是采用上述实施例4所述方法制成的一种金属管件焊接组件，其结构与实施例7基本相同，不同之处在于见图6所示，本实施例中，所述待焊缝4的轴向截面形状是半椭圆形状；该种焊接方式需要使用焊料，焊接时将焊料填充到焊缝4中。在具体实践中，也可将待焊缝4制成半圆形状。(实施例11、金属管件焊接组件)本实施例是采用上述实施例5所述方法制成的一种金属管件焊接组件，其结构与实施例7基本相同，不同之处在于见图7所示，本实施例所用待焊管件3是薄壁不锈钢管， 其中衬管区21的外壁与待焊管件3孔腔31内壁之间的间隙b是0. 5毫米；所述衬管区21 的轴向长度C是1毫米；所述衬管区21的壁厚a是0. 6毫米。(实施例11、金属管件焊接组件)本实施例是采用上述实施例6所述方法制成的一种金属管件焊接组件，其结构与实施例7基本相同，不同之处在于所述焊接区22高出衬管区21的部分管体的径向截面形状与待焊管件3焊接端32管壁的径向截面形状大小不同，实际上，本实施例中焊接区22高出待焊管件3，且在具体实践中，焊接区22也可低于待焊管件。显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的实质精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种金属管件的焊接方法，包括以下步骤①在被焊管件(1)的连接端( 处，沿着从外向内方向依次设置用于插入待焊管件(3) 孔腔(31)中的衬管区和与待焊管件C3)焊接端(3 对接的焊接区0 ；所述衬管区 (21)的外形和待焊管件C3)孔腔(31)的形状相配合；所述焊接区0 高出衬管区(21)， 且所述焊接区0 高出衬管区的部分管体的径向截面形状与待焊管件C3)焊接端 (32)管壁的径向截面形状相配合；②将被焊管件(1)的衬管区插入待焊管件C3)孔腔(31)中，直至该连接端(2) 的焊接区0 与待焊管件C3)焊接端(3 对接，且在对接处形成环状待焊缝G)，所述衬管区位于待焊缝内侧；③在待焊缝(4)处进行焊接使其形成熔融区( 从而使被焊管件(1)连接端( 与待焊管件(3)焊接端(32)相连。
2.根据权利要求1所述的金属管件的焊接方法，其特征在于所述衬管区的外壁与待焊管件⑶孔腔(31)内壁之间的间隙小于1毫米；所述衬管区的轴向长度大于等于熔融区(5)的轴向长度；所述衬管区的壁厚大于等于0. 3毫米。
3.根据权利要求2所述的金属管件的焊接方法，其特征在于所述衬管区的外壁与待焊管件⑶孔腔(31)内壁之间的间隙小于0. 5毫米；所述衬管区的壁厚大于等于0. 5 毫米。
4.根据权利要求1所述的金属管件的焊接方法，其特征在于所述被焊管件(1)焊接区0 高出衬管区的部分管体的径向截面形状与待焊管件C3)焊接端(3 管壁的径向截面形状相同。
5.根据权利要求1所述的金属管件的焊接方法，其特征在于所述待焊缝的轴向截面形状是与待焊管件(3)中心轴线相垂直的直线状、或是与待焊管件(3)中心轴线成一夹角的斜线状、或是弧线状、或是V字形状、或是半圆形状、或是半椭圆形状；所述待焊管件 (3)是薄壁不锈钢管。
6.一种金属管件焊接组件，包括待焊管件C3)和被焊管件(1)，所述待焊管件(3)内设孔腔(31)；其特征在于所述被焊管件⑴在其与待焊管件(3)的连接端0)，沿着从外向内方向依次设置有插入待焊管件C3)孔腔(31)中的衬管区和与待焊管件C3)焊接端 (32)对接的焊接区0 ；所述衬管区的外形和待焊管件C3)孔腔(31)的形状相配合；所述焊接区0 高出衬管区(21)，且所述焊接区0 高出衬管区的部分管体的径向截面形状与待焊管件C3)焊接端(3 管壁的径向截面形状相配合；所述被焊管件(1) 的连接端( 与待焊管件( 焊接端(3 的对接焊缝(4)处设有通过焊接处理形成的熔融区(5)。
7.根据权利要求1所述的金属管件焊接组件，其特征在于所述衬管区位于环状熔融区(5)内侧；所述衬管区的外壁与待焊管件(3)孔腔(31)内壁之间的间隙小于 1毫米。
8.根据权利要求7所述的金属管件焊接组件，其特征在于所述衬管区邻接对接焊缝(4)处的部分管体也被熔融并与所述熔融区(5)连成一体；所述衬管区的外壁与待焊管件⑶孔腔(31)内壁之间的间隙小于1毫米；所述衬管区的轴向长度大于等于熔融区(5)的轴向长度；所述衬管区的壁厚大于等于0. 3毫米。
9.根据权利要求8所述的金属管件焊接组件，其特征在于所述待焊管件C3)是薄壁不锈钢管；所述衬管区的外壁与待焊管件⑶孔腔(31)内壁之间的间隙小于0.5毫米；所述衬管区的壁厚大于等于0. 5毫米。
10.根据权利要求6所述的金属管件焊接组件，其特征在于所述焊接区0 高出衬管区的部分管体的径向截面形状与待焊管件C3)焊接端(3 管壁的径向截面形状相同。
全文摘要
本发明公开了一种金属管件的焊接方法和金属管件焊接组件，该方法包括①在被焊管件的连接端处，依次设置衬管区和焊接区；②将被焊管件的衬管区插入待焊管件孔腔中，直至该连接端的焊接区与待焊管件焊接端对接，且在对接处形成环状待焊缝；③在待焊缝处进行焊接使其形成熔融区。该焊接组件包括待焊管件和被焊管件；被焊管件的连接端，依次设置有插入待焊管件孔腔中的衬管区和与待焊管件焊接端对接的焊接区；焊接区高出衬管区；被焊管件的连接端与待焊管件焊接端的对接焊缝处设有通过焊接处理形成的熔融区。本发明在进行气体保护焊时，无需向焊缝内侧部位吹保护气体，可使最终焊缝强度达到与两端管件相同强度，且有效防止发生挂瘤现象。
文档编号B23K9/16GK102363236SQ20111029941
公开日2012年2月29日 申请日期2011年10月8日 优先权日2011年10月8日
发明者阮继成 申请人:阮继成