一种用于薄壁无缝管端部增厚的方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明为一种用于为薄壁无缝管端部增厚的方法和装置，该装置包括：管端加热装置、加载装置、薄壁管夹持固定装置以及控制系统。本发明所提供的方法和装置融合压力焊和钎焊技术，利用焊接方法实现薄壁无缝钢管端部增厚，解决了利用热镦挤工艺增厚时，容易失稳的技术缺陷，以获得平整光滑的结合面。薄壁无缝管与接头连接处变形小，结合强度高，该装置结构设计合理，操作简便，具有很高的可靠性和实用性。
【专利说明】一种用于薄壁无缝管端部增厚的方法和装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及无缝钢管连接工艺【技术领域】，特别涉及一种用于为薄壁无缝管端部管壁增厚的方法和装置。
【背景技术】
[0002]无缝钢管具有中空截面，大量用作输送流体的管道，如输送石油、天然气、煤气、水及某些固体物料的管道等。钢管与圆钢等实心钢材相比，在抗弯抗扭强度相同时，重量较轻，是一种经济截面钢材，广泛用于制造结构件和机械零件。无缝钢管在进行端部连接时可以采用法兰连接，或者先对钢管进行端部镦挤，使端部管壁增厚，也可以通过在钢管端部堆焊的形式来增加壁厚，然后进行连接。由于法兰连接容易产生气密性方面的问题，采用堆焊的方式来增厚的管壁，其强度比较低，所以对用于输送流质物料的无缝钢管多采用管端镦挤的方式来使管壁增厚，通过墩粗模具进行冷墩或热墩，使无缝管沿轴向方向缩短，壁厚增厚。
[0003]薄壁无缝钢管自问世以来，以其重量轻、成本低、换热效率高而深受各界用户的青睐，尤其是在石油化工业中应用更为广泛。由于薄壁无缝管的管壁很薄，其受到较大轴向载荷时，管壁容易失稳，产生皱褶或扭曲等破坏，所以不宜采用镦挤的方式来增加薄壁无缝管的壁厚。既然无法对薄壁无缝管采用镦挤的方式来增加壁厚，我们可以通过在薄壁管外部增设接头管来增加管端壁厚。
[0004]当前无法检索到任何一种有效的方法或工艺能够解决这类问题。为了解决这类问题，需要设计出一种能够使薄壁无缝管承受较大载荷，并且管壁不会产生扭曲或变形的方法和装置来增加薄壁无缝管端部管壁的壁厚。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种用于为薄壁无缝管端部管壁增厚的方法和装置，其融合压力焊与钎焊等相关技术，能够实现使薄壁无缝管承受较大载荷，并且管壁不会产生扭曲或变形，有效增加壁厚的目的要求，并且能够达到较高的使用强度，很好的解决了传统的热墩方式易导致薄壁管管壁褶皱和扭曲变形的问题。
[0006]为达到以上目的，本发明采用的技术方案是:一种用于为薄壁无缝管端部管壁增厚的方法，将接头套在薄壁无缝管上，接头内侧的焊料层与薄壁无缝管外壁过盈配合，用感应加热线圈对所需焊合的部位进行加热，使温度升至焊料的熔点，然后通过压力机对接头进行轴向加载，使接头管壁变厚，轴向载荷转化为径向的载荷，在径向载荷作用下，熔融的焊料分子能够很好地扩散进入薄壁无缝管外壁，最终实现接头与薄壁无缝管的紧密结合；一种用于为薄壁无缝管端部管壁增厚的装置，所述装置包括:管端加热装置、加载装置、薄壁管夹持固定装置以及控制系统，其中，所述管端加热装置包括内感应加热线圈、外感应加热线圈，所述加载装置包括压力机、环形推板、芯棒，所述薄壁管夹持固定装置包括固定挡板、锁紧螺母，所述控制系统包括数据处理系统、压力传感器、压力数据采集模块、温度传感器、温度数据采集模块，薄壁无缝管通过固定挡板中部的通孔，薄壁管端部露在固定挡板外部，所需加装的接头套在薄壁无缝管端部，内、外感应加热线圈设于薄壁管管端外表面与接头焊料层内表面接合处，外感应加热线圈可拆卸，内感应加热线圈嵌入在芯棒中，在加载时芯棒对薄壁管管壁起支撑作用，固定挡板与锁紧螺母配合使用，用来固定无缝薄壁管，所述压力传感器设于环形推板与接头左端面相接合处，压力传感器外连压力数据采集模块，所述温度传感器设于接头右端面与固定挡板相接合处，温度传感器外连温度数据采集模块，压力、温度数据采集模块将数据传输给数据处理系统。
[0007]进一步地，所述管端加热装置包括内感应加热线圈、外感应加热线圈，内感应加热线圈可随芯棒一起从薄壁管中取出，卸载后，外感应加热线圈可拆卸下来。
[0008]进一步地，所述固定挡板左侧为方形挡板，用于承载压力机施加的横向载荷，右侧设有开槽的锥形螺纹，与所述锁紧螺母配合使用，用于固定薄壁无缝管，以防止其水平移动。
[0009]进一步地，所述压力传感器设于环形推板与接头左端面相接合处，压力机通过环形推板为接头轴向加载，压力传感器测得载荷，通过压力数据采集模块将数据传送至数据处理系统，数据处理系统进而控制压力机，从而达到保压的效果。
[0010]进一步地，所述温度传感器设于接头右端面与固定挡板相接合处，用于测量接头焊料层的温度，温度传感器测得焊料层的温度，通过温度数据采集模块将数据传送至数据处理系统，数据处理系统进而控制内、外感应加热线圈，从而达到加热保温的效果。
[0011]进一步地，所述接头的管壁分为内、外两层，内层为焊料层，内层焊料的熔点低于外层材料，接头的内径与薄壁无缝管外径过盈配合。
[0012]进一步地，所述芯棒的尺寸与薄壁管内壁尺寸相配合，芯棒材料耐高温，并具有一定耐压性，在对薄壁管的管壁起支撑作用。
[0013]本发明具有如下的有益效果:本发明所述用于为薄壁无缝管端部管壁增厚的方法和装置，其优点在于，本发明设计的方法和装置融合了压力焊和钎焊等技术，有效解决了薄壁无缝管管壁较薄，无法承受大载荷的问题，避免了管壁增厚过程中产生管壁褶皱和扭曲变形等问题，并且能够使其达到较高的使用强度，很好地解决了之前技术所不能克服的缺陷。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本发明各部件的结构位置示意图。
[0015]图2是固定挡板结构示意图。
[0016]图3是芯棒结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步的详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0018]如图1、2、3所示，本发明所述装置具体包括:管端加热装置、加载装置、薄壁管夹持固定装置以及控制系统。
[0019]管端加热装置包括内感应加热线圈11和外感应加热线圈10，内感应加热线圈11嵌入芯棒12内部，外感应加热线圈10套在接头4外侧并靠紧固定挡板9，内、外感应加热线圈(11、10)同时为接头4与薄壁无缝管8接合处加热，使接头4的焊料层达到熔融状态。
[0020]加载装置包括压力机1、环形推板13和芯棒12，环形推板13固定在压力机I的推板上，能够在压力机I的动力作用下为接头4进行轴向加载，芯棒12设在薄壁管内部，芯棒12的尺寸与薄壁无缝管8的管腔尺寸相配合，在压力机I对接头4加载时，芯棒12对薄壁无缝管8的管壁起支撑作用，芯棒12中部凸台的右端面与薄壁管的左端面对齐，卸载后，先将芯棒12从薄壁管中抽出，再拆卸已焊接好的薄壁无缝管8与接头4。
[0021]薄壁管夹持固定装置包括固定挡板9和锁紧螺母7，固定挡板9左侧为方形挡板，接头4的右端面贴紧固定挡板9的左端面，由固定挡板9承载压力机I施加的横向载荷，固定挡板9右侧设有开槽的锥形螺纹，与所述锁紧螺母7配合使用，用于固定薄壁无缝管8，以防止其水平移动。
[0022]控制系统包括数据处理系统14、压力传感器3、压力数据采集模块2、温度传感器6和温度数据采集模块5，压力传感器3设于环形推板13与接头8左端面相接合处，加载过程中，压力传感器3实时测得载荷，通过压力数据采集模块2将数据传送至数据处理系统14，数据处理系统14进而控制压力机1，从而达到加载和保压的效果，温度传感器6设于接头4右端面与固定挡板9相接合处，温度传感器6测得焊料层的温度，通过温度数据采集模块5将数据传送至数据处理系统14，数据处理系统14进而控制内、外感应加热线圈(11、10)，从而达到加热保温的效果。
[0023]本发明所述用于为薄壁无缝管端部管壁增厚的方法及装置的实现方式如下:将薄壁无缝管8右端插入固定挡板9的通孔中，使薄壁无缝管8左端需要焊接部位露出固定挡板9，将芯棒12插入薄壁无缝管8，使芯棒12中部凸台的右端面与薄壁管的左端面对齐，旋转锁紧螺母7，使其向左移动，固定挡板9右侧开槽处收紧，薄壁无缝管8即被固定，外感应加热线圈10套在接头4外壁一侧，接头4与薄壁无缝管8过盈配合，先将接头4预热，然后将接头4套在薄壁无缝管8左端，接头4与外感应加热线圈10的右端都紧靠固定挡板9的左端面，内、外感应加热线圈(11、10)开始加热，当温度达到接头4焊料层的熔点时，压力机I开始对接头4进行轴向加载，达到设定载荷后，保压保温一段时间，使焊料与薄壁无缝管8的管壁材料充分扩散，停止加热后，继续保压一段时间，直至薄壁无缝管8与接头4完全冷却，两者即被焊合，然后卸载取件。
[0024]当然，以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均在本发明所要求保护的范围之内。
【权利要求】
1.一种用于为薄壁无缝管端部管壁增厚的方法，其特征在于，将接头(4)套在薄壁无缝管(8)上，接头(4)内侧的焊料层与薄壁无缝管(8)外壁过盈配合，用感应加热线圈对所需焊合的部位进行加热，使温度升至焊料的熔点，然后通过压力机(I)对接头(4)进行轴向加载，使接头(4)管壁变厚，轴向载荷转化为径向的载荷，在径向载荷作用下，熔融的焊料分子能够很好地扩散进入薄壁无缝管(8)外壁，最终实现接头(4)与薄壁无缝管(8)的紧密结合；一种用于为薄壁无缝管端部管壁增厚的装置，其特征在于，所述装置包括:管端加热装置、加载装置、薄壁管夹持固定装置以及控制系统，其中，所述管端加热装置包括内感应加热线圈(11)、外感应加热线圈(10)，所述加载装置包括压力机(I)、环形推板(13)、芯棒(12)，所述薄壁管夹持固定装置包括固定挡板(9)、锁紧螺母(7)，所述控制系统包括数据处理系统(14)、压力传感器(3)、压力数据采集模块(2)、温度传感器(6)、温度数据采集模块(5)，薄壁无缝管(8)通过固定挡板(9)中部的通孔，薄壁管端部露在固定挡板(9)外部，所需加装的接头(4)套在薄壁无缝管(8)端部，内、外感应加热线圈(11、10)设于薄壁管管端外表面与接头(4)焊料层内表面接合处，外感应加热线圈(10)可拆卸，内感应加热线圈(11)嵌入在芯棒(12)中，在加载时芯棒(12)对薄壁管管壁起支撑作用，固定挡板(9)与锁紧螺母(7)配合使用，用来固定无缝薄壁管(8)，所述压力传感器(3)设于环形推板(13)与接头(4)左端面相接合处，压力传感器(3)外连压力数据采集模块(2)，所述温度传感器(6)设于接头(4)右端面与固定挡板(9)相接合处，温度传感器(6)外连温度数据采集模块(5)，压力、温度数据采集模块(2、5 )将数据传输给数据处理系统(14 )。
2.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述管端加热装置包括内感应加热线圈、外感应加热线圈(11、10)，内感应加热线圈(11)可随芯棒(12)—起从薄壁管中取出，卸载后，外感应加热线圈(10)可拆卸下来。
3.如权利要求 1所述装置，其特征在于，所述固定挡板(9)左侧为方形挡板，用于承载压力机(I)施加的横向载荷，右侧设有开槽的锥形螺纹，与所述锁紧螺母(7)配合使用，用于固定薄壁无缝管(8)，以防止其水平移动。
4.如前述任一项权利要求所述装置，其特征在于，所述压力传感器(3)设于环形推板(13)与接头(4)左端面相接合处，压力机(I)通过环形推板(13)为接头(4)轴向加载，压力传感器(3)测得载荷，通过压力数据采集模块(2)将数据传送至数据处理系统(14)，数据处理系统(14)进而控制压力机(I )，从而达到加载和保压的效果。
5.如前述任一项权利要求所述装置，其特征在于，所述温度传感器(6)设于接头(4)右端面与固定挡板(9)相接合处，用于测量接头(4)焊料层的温度，温度传感器(6)测得焊料层的温度，通过温度数据采集模块(5)将数据传送至数据处理系统(14)，数据处理系统(14)进而控制内、外感应加热线圈(11、10)，从而达到加热保温的效果。
6.如前述任一项权利要求所述装置，其特征在于，所述接头(4)的管壁分为内、外两层，内层为焊料层，内层焊料的熔点低于外层材料，接头(4)的内径与薄壁无缝管(8)外径过盈配合。
7.如前述任一项权利要求所述装置，其特征在于，所述芯棒(12)的尺寸与薄壁管内壁尺寸相配合，芯棒(12)材料耐高温，并具有耐压性，在固定薄壁管和加载时对薄壁管的管壁起支撑作用。
8.一种用于为薄壁无缝管端部管壁增厚的方法和装置，其特征在于，采用上述任一项权利要求所述方法或装置。
【文档编号】B23K37/00GK103639609SQ201310645230
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月5日 优先权日:2013年12月5日
【发明者】朱光明, 常征, 辛恒远, 田立超, 白光超, 咸晓玲, 徐棚棚 申请人:山东理工大学