一种钢-不锈钢矿用瓦斯抽放管爆炸焊接装置的制作方法

本实用新型属于矿用瓦斯抽放管制备技术领域，具体是涉及一种钢-不锈钢矿用瓦斯抽放管爆炸焊接装置。

背景技术：

矿用瓦斯抽放管是煤矿中用于抽放瓦斯气体的专用管道。矿用瓦斯抽放管的性能直接影响着煤矿的安全生产。早期使用的矿用瓦斯抽放管是普通钢管，其优点是刚度大，生产工艺简单且成熟。但普通钢管由于耐腐蚀性差，在矿用瓦斯抽放管道领域已被淘汰。不锈钢管以其优良的耐腐蚀特性，持久的阻燃抗静电性能以及良好的机械性能，满足了煤矿井下抽放瓦斯的各种要求，但不锈钢管成本较高，限制了其在煤矿管道领域的应用和推广。基于此，工程上开始应用钢-不锈钢复合管制造矿用瓦斯抽放管道，即在碳钢管内壁紧贴一层不锈钢制成复合钢管。这样，以碳钢管为基管满足管道对强度的要求，以不锈钢作为紧贴基管内壁的覆管满足管道对防腐蚀的要求。

近年来采用爆炸焊接方法制备钢-不锈钢复合管的技术陆续有文献报道。爆炸焊接方法制备的钢-不锈钢复合管能够使双金属的结合面达到物理结合和冶金结合的双重作用，结合强度高，且工艺简单，制造成本较低。但现有的钢-不锈钢复合管的爆炸焊接制备方法大多是采用在基管外套装约束管模来控制基管的径向变形，而这种约束管模的通用性差，对于不同直径的基管都需要与之配套的约束管模，制备约束管模工程量大，费用高，所需施工场地面积大，同时增加了施工过程中的安全风险。而且，爆炸焊接过程中管模与基管直接接触，管模损耗严重，大大缩短了管模的使用寿命，增加了管模的使用成本。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种钢-不锈钢矿用瓦斯抽放管爆炸焊接装置。

为了实现本实用新型的目的，本实用新型采用了以下技术方案：

一种钢-不锈钢矿用瓦斯抽放管爆炸焊接装置，包括由内向外且竖向同轴布置的不锈钢内复管、钢制基管、约束管模，所述不锈钢内复管内侧面上均匀布置有炸药层，所述不锈钢内复管、钢制基管之间为空气层，所述钢制基管、约束管模之间填充有由液体或固体颗粒性材料构成的约束层。

优选的方案：所述液体为水或乳液，所述固体颗粒为细沙或黏土。

进一步的方案：所述爆炸焊接装置还包括具有升降功能的圆盘基座，所述不锈钢内复管以及钢制基管安装在所述基座上方，所述基座边缘与所述约束管模内侧面密封配合。

进一步的方案：所述基座上设有起爆器，所述起爆器位于所述不锈钢内复管内侧。

进一步的方案：所述基座边缘向下延伸有筒体，所述筒体外侧面与所述约束管模内侧面密封配合，所述约束管模上端面向上设有与所述约束管模同轴布置的围堰，所述围堰的内径大于所述约束管模的内径，所述围堰的高度低于所述筒体的高度。

进一步的方案：所述约束层的高度低于所述钢制基管上端面50～100mm，所述钢制基管、约束管模上端面设有覆盖在所述约束层上端的盖板，所述盖板由钢板构成且厚度为20～50mm。

进一步的方案：所述钢制基管的内径为50～3000mm，所述空气层的厚度为1～30mm。

本实用新型的有益效果在于：

(1)本实用新型所述钢制基管防变形的约束机构由约束层以及约束管模共同构成，由于所述约束层填充的约束材料为固体颗粒或者是液体，因此，钢制基管的直径可以在大于可爆炸焊接的基管最小内径与小于约束管模内径的范围内任意调节，大幅度节约了现有技术中制备不同内径约束管模的制造成本，所需施工场地面积也大大缩小，施工过程中的安全风险控制在很小的范围。即在钢制基管、约束管模之间填充分散性的约束层，扩大了管模的通用性，采用一套管模可以制备一系列管径的钢-不锈钢复合管。

另外，所述约束层可以在爆炸焊接过程中对钢制基管进行保护，有效避免其发生变形，确保了制备得到的钢-不锈钢矿用瓦斯抽放管的质量。同时由于钢制基管与约束管模内壁之前填充了约束材料，避免了爆炸焊接过程中约束管模与钢制基管的直接接触，约束管模损耗程度大大降低，约束管模使用寿命延长，使用成本降低。

(2)本实用新型所述固体颗粒选择黏土或细沙，以及所述液体选择水或乳液即可满足焊接爆炸过程的需要，具有成本低且易于获得的特点。本实用新型一方面可以对钢制基管的径向变形起到均匀的约束作用，另一方面，制备不同管径的钢-不锈钢复合管时，可以通过自由调节约束层的厚度来实现。

(3)本实用新型所述基座便于不锈钢内复管以及钢制基管的安装和卸载，同时也构成所述不锈钢内复管以及钢制基管的爆炸焊接支撑。即爆炸焊接准备时，所述基座上升至与所述约束管模上端面平齐，以便于所述不锈钢内复管以及钢制基管安装在基座上方；爆炸焊接需要进行时，所述基座下降至与所述约束管模下端面平齐，从而便于开展爆炸焊接过程；爆炸焊接结束，所述基座再次上升使得基座上表面至与所述约束管模上端面平齐或使得基座上表面与所述围堰的上堰口平齐，以便于将所述不锈钢内复管以及钢制基管从所述基座上拆卸下来。本实用新型所述基座具有自动升降功能，与现有技术中采用的上下套管模具相比，操作简单，提高了钢-不锈钢复合管的爆炸焊接效率。

(4)本实用新型所述基座外侧面与所述约束管模内侧面密封配合，可以有效避免约束层的约束材料由所述约束管模内侧泄露到基座下方，确保在爆炸焊接过程中所述约束层的结构不被破坏，利于提高钢制基管与不锈钢内复管之间的爆炸焊接质量。

(5)本实用新型所述基座向下延伸的筒体在爆炸焊接结束、所述钢制基管与不锈钢内复管需要拆卸时，可以与围堰形成腔体，即所述基座在不断上升的过程中，所述约束层的约束材料可以不断进入到由所述筒体以及围堰形成腔体中，从而避免约束材料比如水或乳液大量流到基座表面而影响下次安装待焊接管材。由于爆炸焊接时，钢制基管与不锈钢内复管之间要有空气层，如果水流到基座上面，安装钢制基管与不锈钢内复管时，钢制基管与不锈钢内复管下端就会有一定高度浸在水中，一旦所述钢制基管与不锈钢内复管之间的空气层结构无法保证，就会进而影响爆炸焊接效果。

(6)本实用新型钢制基管高于约束层的作用是防止爆炸焊接时约束层因受炸药爆炸产生的轰击波和释放出的大量能量的作用而进入钢制基管与不锈钢内覆管之间的空气层。约束层上方设置盖板的优点是可以完全避免爆炸焊接时约束层受炸药爆炸产生的轰击波和释放出的大量能量的作用产生的粉尘飞扬或液体飞溅，减轻了环境污染，减少了清理装置的工作量。

(7)本实用新型制备得到的钢-不锈钢复合钢管经质量检测无裂纹、划伤和凹坑表面缺陷，所述钢制基管与不锈钢内复管结合区的结合率高于96％，满足要求。本实用新型制备方法简单，易于操作，爆炸焊接效率高，使用一套管模可以制备一系列管径的瓦斯抽采用钢-不锈钢复合管。

附图说明

图1为本实用新型所述爆炸焊接装置结构示意图。

图2为图1的局部俯视图。

附图中标记的含义如下：

1-约束管模；2-约束层；3-钢制基管；4-空气层；5-不锈钢内复管；6-炸药层；7-起爆器；8-盖板；9-围堰；10-基座；11-筒体；12-升降系统。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型技术方案做出更为具体的说明：

如图1、2所示：本实用新型所述钢-不锈钢矿用瓦斯抽放管爆炸焊接装置，其特征在于：包括由内向外且竖向同轴布置的不锈钢内复管5、钢制基管3、约束管模1，所述不锈钢内复管5内侧面上均匀布置有炸药层6，所述不锈钢内复管5、钢制基管3之间为空气层4，所述钢制基管3、约束管模1之间填充有由液体或固体颗粒性材料构成的约束层2。

本实用新型所述钢制基管3防变形的约束机构由约束层2以及约束管模1共同构成，由于所述约束层2填充的约束材料为固体颗粒或者是液体，因此，钢制基管3的直径可以在大于可爆炸焊接的钢制基管最小内径与小于约束管模1内径的范围内任意调节，大幅度节约了现有技术中制备不同内径约束管模的制造成本，所需施工场地面积也大大缩小，施工过程中的安全风险控制在很小的范围。即在钢制基管3、约束管模1之间填充分散性的约束层2，扩大了管模的通用性，采用一套管模可以制备一系列管径的钢-不锈钢复合管。

另外，所述约束层2可以在爆炸焊接过程中对钢制基管3进行保护，有效避免其发生变形，确保了制备得到的钢-不锈钢矿用瓦斯抽放管的质量。同时由于钢制基管3与约束管模1内壁之前填充了约束材料，避免了爆炸焊接过程中约束管模1与钢制基管3的直接接触，约束管模1损耗程度大大降低，约束管模1使用寿命延长，使用成本降低。

所述液体为水或乳液，所述固体颗粒为细沙或黏土。本实用新型所述固体颗粒选择黏土或细沙，以及所述液体选择水或乳液即可满足焊接爆炸过程的需要，具有成本低且易于获得的特点。本实用新型一方面可以对钢制基管3的径向变形起到均匀的约束作用，另一方面，制备不同管径的钢-不锈钢复合管时，可以通过自由调节约束层2的厚度来实现。

所述爆炸焊接装置还包括具有升降功能的圆盘基座10，所述不锈钢内复管5以及钢制基管3安装在所述基座10上方，所述基座10边缘与所述约束管模1内侧面密封配合。本实用新型所述基座10便于不锈钢内复管5以及钢制基管3的安装和卸载，同时也构成所述不锈钢内复管5以及钢制基管3的爆炸焊接支撑。即爆炸焊接准备时，所述基座10上升至与所述约束管模1上端面平齐，以便于所述不锈钢内复管5以及钢制基管3安装在基座10上方；爆炸焊接需要进行时，所述基座10下降至与所述约束管模1下端面平齐，从而便于开展爆炸焊接过程；爆炸焊接结束，所述基座10再次上升使得基座10上表面至与所述约束管模1上端面平齐或使得基座10上表面与所述围堰9的上堰口平齐，以便于将所述不锈钢内复管5以及钢制基管3从所述基座10上拆卸下来。本实用新型所述基座10具有自动升降功能，与现有技术中采用的上下套管模具相比，操作简单，提高了钢-不锈钢复合管的爆炸焊接效率。

所述基座10上设有起爆器7，所述起爆器7位于所述不锈钢内复管5内侧。所述起爆器可以是雷管起爆器，也可以根据需要安装在所述不锈钢内复管5上端。本实用新型中所述起爆器7起爆后，引爆炸药，炸药按从下往上的顺序爆炸，炸药爆炸产生的轰击波和释放出的大量能量使不锈钢内复管与钢制基管产生高速碰撞，不锈钢内复管与钢制基之间的空气层被挤出，撞击面上发生塑性变形、熔化、原子间的相互扩散等一系列复杂的物理和化学反应，不锈钢内复管与钢制基的结合面在爆炸的过程中达到冶金复合状态。

所述基座10边缘向下延伸有筒体11，所述筒体11外侧面与所述约束管模1内侧面密封配合，所述约束管模1上端面向上设有与所述约束管模1同轴布置的围堰9，所述围堰9的内径大于所述约束管模1的内径。本实用新型所述基座10向下延伸的筒体11在爆炸焊接结束、所述钢制基管3与不锈钢内复管5需要拆卸时，可以与围堰9形成腔体，即所述基座10在不断上升的过程中，所述约束层2的约束材料可以不断进入到由所述筒体外壁11以及围堰9内壁形成腔体中，从而避免约束材料比如水或乳液大量流到基座10表面而影响下次安装待焊接管材。由于爆炸焊接时，钢制基管3与不锈钢内复管5之间要有空气层4，如果水流到基座10上面，安装钢制基管3与不锈钢内复管5时，钢制基管3与不锈钢内复管5下端就会有一定高度浸在水中，一旦所述钢制基管3与不锈钢内复管5之间的空气层4结构无法保证，就会进而影响爆炸焊接效果。

所述约束层2的高度低于所述钢制基管3上端面50～100mm，所述钢制基管3、约束管模1上端面设有覆盖在所述约束层2上端的盖板8，所述盖板8由钢板构成且厚度为20～50mm。本实用新型钢制基管3高于约束层2的作用是防止爆炸焊接时约束层因受炸药爆炸产生的轰击波和释放出的大量能量的作用而进入钢制基管3与不锈钢内覆管5之间的空气层4。约束层2上方设置盖板8的优点是可以完全避免爆炸焊接时约束层2受炸药爆炸产生的轰击波和释放出的大量能量的作用产生的粉尘飞扬或液体飞溅，减轻了环境污染，减少了清理装置的工作量。

所述钢制基管3的内径为50～3000mm，所述空气层4的厚度为1～30mm。钢制基管3内径与空气层4的厚度是根据矿用瓦斯抽放管道要求和爆炸焊接技术要求。

一种基于所述的钢-不锈钢矿用瓦斯抽放管爆炸焊接装置的焊接方法，包括以下步骤：

步骤1，基座调节、清理：采用自动升降系统12将基座10向上升至基座10上表面与约束管模1上端平齐，并将基座10清扫干净；

步骤2，抛光：将钢制基管3以及不锈钢内复管5表面进行抛光，并用5％的稀盐酸溶液进行化学侵蚀处理，随后用酒精清洗，去除爆炸焊接结合面上各种表面缺陷,得到洁净的待焊接表面；

步骤3，布置炸药、起爆器：在不锈钢内复管5内壁上均匀布置炸药层6，并在炸药层6底端安装雷管起爆器7；所述炸药层6采用乳化炸药，所述炸药层6的布药量为1.5～5.5g/cm²；

步骤4，钢制基管3以及不锈钢内复管5的固定：将所述钢制基管3以及不锈钢内复管5利用胶黏剂固定在基座10上方，钢制基管3的内径为50～3000mm，所述空气层4的厚度为1～30mm；

步骤5，基座回位：采用自动升降系统12将基座10及基座10上安装好的钢制基管3、不锈钢内复管5、炸药层6以及起爆器7一起降至所述基座10底面与约束管模1底面平齐；

步骤6，填充约束层：在钢制基管3与约束管模1中间填充约束材料构成约束层2，并在约束层2上方加盖防护盖板8，所述约束材料的填充高度低于钢制基管上端面50～100mm，所述盖板8由钢板构成且厚度为20～50mm；

步骤7，爆炸焊接：启动雷管起爆器7引爆炸药实现不锈钢内复管5、钢制基管3的爆炸焊接；

步骤8，卸载：采用自动升降系统12将基座10升至基座10上表面与所述围堰9上堰口平齐，卸载由钢制基管3与不锈钢内复管5爆炸焊接而得的钢-不锈钢复合钢管；

步骤9，质量检测、抛光得到成品。

经本实用新型焊接方法制备得到的钢-不锈钢复合钢管经质量检测无裂纹、划伤和凹坑表面缺陷，所述钢制基管3与不锈钢内复管5结合区的结合率高于96％，满足要求。本实用新型制备方法简单，易于操作，爆炸焊接效率高，使用一套管模可以制备一系列管径的瓦斯抽采用钢-不锈钢复合管。