一种不锈钢复合材料内复合直缝管的制管设备及其方法与流程

本发明涉及一种不锈钢复合材料内复合直缝管的制管设备及其方法，属于制管焊接技术领域。

背景技术：

不锈钢复合材料内复合直缝管是最新开发的一个钢管品种。制管原料不锈钢复合材料是采用普通碳素钢作为基层材料，不锈钢作为复层材料，采用轧制工艺实现冶金复合为一体。由基层材料（碳钢）提供足够的结构强度；复层材料（不锈钢）起到耐腐蚀性和较好的装饰作用。

不锈钢复合材料内复合直缝管的复层（不锈钢）处于管子的内表面，起到耐腐蚀性作用。主要用于饮用水、石油、天然气等流体的输送用。其以不锈钢作内层，与流体接触，也能降低和避免流体的二次污染。

在相关不锈钢内复合直缝管制管生产工艺技术中，一般采用打坡口、两层（或三层）的焊接方式。其存在焊接工序繁杂，焊材消耗量大，生产效率低；制管焊接不稳定，口径小时难以实施等问题。

技术实现要素：

为解决不锈钢内复合直缝管在制管时存在的焊接不稳定、生产效率低等问题，本发明提供一种不锈钢复合材料内复合直缝管的制管设备及其方法。

本发明通过以下技术方案实现：一种不锈钢复合材料内复合直缝管的制管设备，包括管线机架、水冷衬垫装置、焊接控制装置以及带有水冷保护咀的焊枪，所述管线机架通过连接杆与位于焊枪下方的水冷衬垫装置连接，焊枪与管线机架之间设有焊接控制装置。

所述焊接控制装置包括两个挤压辊、一个导向辊以及一个导向片，所述导向辊的中心轴为导向辊调节轴，该导向辊调节轴的两端分别与两个挤压辊的转动轴上端通过螺钉连接，导向辊上设有导向片，使导向片成为导向辊的环形凸棱。

所述两个挤压辊的转动轴下端通过螺钉与挤压辊调节轴连接；挤压辊调节轴设于底座盒中。

所述水冷衬垫装置包括带有连接杆的托架，设置在托架底部的支撑轮以及设置在托架顶部的衬垫，所述衬垫内部设有水冷通道；所述衬垫上端为凸台、下端为塞块，该塞块置于托架上开设的内槽中，衬垫上端的凸台上表面紧贴管坯内壁；所述托架内槽中位于塞块下部设有弹簧，通过弹簧的作用使衬垫上端凸台的上表面紧贴管坯内壁。

所述支撑轮成对设置于托架底部，支撑轮起到支撑水冷衬垫装置的作用，并能在管内壁滚动，减小与管内壁的摩擦，保护复层不锈钢。

所述水冷通道包括设在衬垫上端凸台中的水平通道以及与水平通道连通的竖直排水通道，水平通道外端设入水口，入水口通过管道与水源（蓄水池或水塔）相连；所述托架上的内槽底部设有通孔，用于排出进入内槽中的水。

所述衬垫的材质为铜。

所述水冷保护咀包括咀套，所述咀套外壁套设有水冷腔，水冷腔上设有入水口和出水口；所述入水口和出水口分别通过水管与水泵相连，水泵与蓄水池（或水塔）相连。

本发明的另一目的在于提供一种不锈钢复合材料内复合直缝管的制管方法，经过下列各步骤：

（1）根据不锈钢复合材料内复合直缝管管径确定、纵剪好所需板卷宽度；将纵剪好不锈钢复合材料板卷在直缝管生产机组上卷，并与前一卷搭接焊以保证生产线的连续运转；不锈钢复合材料原料经成型机组渐变成型为管坯后至焊接工序的管线机架；

（2）根据不锈钢复合材料内复合直缝管管径确定挤压辊和导向辊的直径；

（3）管坯自管线机架输送至焊接控制装置时，通过调整挤压辊调节轴和导向辊调节轴，挤压辊和导向辊挤压管坯形成焊缝，水冷衬垫装置处于管坯内部、焊枪正下方，导向片插入焊缝中；开启水泵，使水从水冷保护咀的入水口进入水冷腔，再经出水口流出，然后通过焊枪对焊缝进行焊接，导向辊进行管坯输送，之后按常规矫直、定径、定尺、精整、检验，即完成不锈钢复合材料内复合直缝管的连续制管。

所述焊接是采用熔化极活性气体保护焊（MAG）、一次成形的焊接方式，且焊丝为不锈钢焊丝。

不锈钢复合材料内复合直缝管管坯自管线机架输送至焊接工序时通过调整挤压辊调节轴和导向辊调节轴，来使得挤压辊、导向辊和导向片共同作用，避免焊接点位置的管坯受原料卷板形、生产线成型、速度波动等因素影响，导致管坯口在焊接点位置的波动。由于导向片有一定厚度，能插在未焊的制管间隙中，且焊枪紧跟在导向片后面，最终使管坯在焊接点位置存在一定间隙，保证不锈钢侧焊缝的熔透性和焊缝质量。不同管径要匹配相对应的挤压辊、导向辊，根据不锈钢复合材料内复合直缝管管径确定挤压辊、导向辊直径。

将水冷衬垫装置安装在管坯内部、焊枪正下方，制管焊接时，熔池液态金属因衬垫紧贴着内管壁，而无法继续往下流动。使熔池液态金属与不锈钢侧母材充分熔合，降低夹渣、漏焊、虚焊等焊缝缺陷出现。保证不锈钢侧焊缝质量及焊接均匀性和稳定性。在制管焊接时，水从入水口流入衬垫，通过出水口流出。带走衬垫在制管焊接时吸收的部分热量，使得衬垫始终处于低温状态，保证衬垫不会因长时间工作而烧损，保证制管焊接长时间的顺利进行。

使用水冷保护咀，水流经空腔时带走焊接时保护咀吸收的热量，保证保护咀温度始终处于低温状态。解决了因熔化极活性（或惰性）气体保护焊（MAG/MIG）时，保护气氛的冷却效果没有纯二氧化碳好，导致传统焊枪保护咀易烧损变形，而影响焊接质量、无法长时间施焊及生产效率低等问题。同时因为水冷保护咀温度低，焊接产生的飞溅无法粘接在保护咀上，飞溅易自动脱落，解决了焊接时不会因为焊枪堵塞而影响焊接质量和生产效率的问题。

本发明的优点和效果：采用上述方案，既保证了不锈钢内复合直缝管能长时间、批量、稳定的制管生产；又保证了不锈钢内复合直缝管的力学性能，及内层（不锈钢侧）焊缝的耐腐蚀性能。采用上述方案生产的不锈钢内复合直缝管，经4Kg的水压检验后，无开裂、爆管、焊缝漏水等现象出现，管及焊缝承压能力优良；经表面处理后，按国标GB/T 10125-1997《人造气氛腐蚀试验 盐雾试验》为标准，对内层（不锈钢侧）焊缝进行中性盐雾试验测试，焊缝经1500小时的中性盐雾试验，无锈蚀；按国标GB/T 246-2007《金属管压扁试验方法》进行相对焊缝0°和90°检验，焊缝无裂纹。本发明提供的制管生产工艺较现有技术方法更加简单；在保证不锈钢内复合直缝管的性能同时，稳定性、连续性更好，适用范围广（如Φ45mm、Φ89mm、Φ114mm、Φ165mm等常规口径的管）；且相对于其他不锈钢复合材料内复合直缝管的制管生产工艺技术，成本更低。

附图说明

图1为不锈钢复合材料内复合直缝管的制管设备的结构示意图；

图2为不锈钢复合材料内复合直缝管的制管设备的剖视结构示意图；

图3为水冷衬垫装置、焊接控制装置以及带有水冷保护咀的焊枪的结构示意图；

图4为水冷衬垫装置的结构示意图；

图5为水冷保护咀的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

如图所示，不锈钢复合材料内复合直缝管的制管设备包括管线机架2、水冷衬垫装置、焊接控制装置以及带有水冷保护咀19的焊枪6，所述管线机架2通过连接杆13与位于焊枪6下方的水冷衬垫装置连接，焊枪6与管线机架2之间设有焊接控制装置。

所述焊接控制装置包括两个挤压辊3、一个导向辊8以及一个导向片7，所述导向辊8的中心轴为导向辊调节轴5，该导向辊调节轴5的两端分别与两个挤压辊3的转动轴4上端通过螺钉连接，导向辊8上设有导向片7，使导向片7成为导向辊8的环形凸棱。所述两个挤压辊3的转动轴4下端通过螺钉与挤压辊调节轴9连接；挤压辊调节轴9设于底座盒中。

所述水冷衬垫装置包括带有连接杆13的托架10，设置在托架10底部的支撑轮12以及设置在托架10顶部的衬垫11，所述衬垫11内部设有水冷通道14；衬垫11上端为凸台、下端为塞块，该塞块置于托架10上开设的内槽17中，衬垫11上端的凸台上表面紧贴管坯1内壁；所述托架10内槽17中位于塞块下部设有弹簧15，通过弹簧15的作用使衬垫11上端凸台的上表面紧贴管坯内壁。所述支撑轮12成对设置于托架10底部，支撑轮12起到支撑水冷衬垫装置的作用，并能在管内壁滚动，减小与管内壁的摩擦，保护复层不锈钢。所述水冷通道14包括设在衬垫11上端凸台内的水平通道以及与水平通道连通的竖直排水通道，水平通道外端设入水口18，入水口18通过管道与水源（蓄水池或水塔）相连；所述托架10上的内槽17底部设有通孔16，用于排出进入内槽17中的水。所述衬垫11的材质为铜。

所述水冷保护咀19包括咀套20，所述咀套20外壁套设有水冷腔21，水冷腔21上设有入水口22和出水口23；所述入水口22和出水口23分别通过水管与水泵相连，水泵与蓄水池（或水塔）相连。

进一步地，不锈钢复合材料内复合直缝管的制管方法，经过下列各步骤：

（1）根据不锈钢复合材料内复合直缝管管径确定、纵剪好所需板卷宽度；将纵剪好不锈钢复合材料板卷在直缝管生产机组上卷，并与前一卷搭接焊以保证生产线的连续运转；不锈钢复合材料原料经成型机组渐变成型为管坯1后至焊接工序的管线机架2；

（2）根据不锈钢复合材料内复合直缝管管径确定挤压辊和导向辊的直径；

（3）管坯1自管线机架2输送至焊接控制装置时，通过调整挤压辊调节轴9和导向辊调节轴5，挤压辊3和导向辊8挤压管坯1形成焊缝，水冷衬垫装置处于管坯1内部、焊枪6正下方，导向片7插入焊缝中；开启水泵，使水从水冷保护咀的入水口22进入水冷腔21，再经出水口23流出，然后通过焊枪6对焊缝进行焊接，导向辊8进行管坯1输送，之后按常规矫直、定径、定尺、精整、检验，即完成不锈钢复合材料内复合直缝管的连续制管。

对口径为45mm的不锈钢内复合直缝管，采用原材料厚为2.0mm、牌号为SUS304+Q235的不锈钢复合材料，其中碳钢基层厚度为1.6mm，不锈钢复层厚度为0.4mm。匹配45mm的挤压辊、导向辊（导向片厚度为1.0~1.6mm）及水冷衬垫。采用装有水冷保护咀的熔化极活性气体保护焊焊机、及不锈钢焊丝，进行制管生产。

口径为45mm的不锈钢内复合直缝管，经生产工艺中4Kg的水压检验后，无开裂、爆管、焊缝漏水等现象出现，管及焊缝承压能力优良；按国标GB/T 10125-1997《人造气氛腐蚀试验 盐雾试验》为标准，对内层（不锈钢侧）焊缝进行中性盐雾试验测试，焊缝经1500小时的中性盐雾试验，无锈蚀；按国标GB/T 246-2007《金属管压扁试验方法》进行相对焊缝0°和90°检验，焊缝无裂纹。

实施例2

设备和方法同实施例1：

对口径为89mm的不锈钢内复合直缝管，采用原材料厚为3.0mm、牌号为SUS304+Q235的不锈钢复合材料，其中碳钢基层厚度为2.4mm，不锈钢复层厚度为0.6mm。匹配89mm的挤压辊、导向辊（导向片厚度为1.4~2.0mm）及水冷衬垫。采用装有水冷保护咀的熔化极活性气体保护焊焊机、及不锈钢焊丝，进行制管生产。

口径为89mm的不锈钢内复合直缝管，经生产工艺中4Kg的水压检验后，无开裂、爆管、焊缝漏水等现象出现，管及焊缝承压能力优良；按国标GB/T 10125-1997《人造气氛腐蚀试验 盐雾试验》为标准，对内层（不锈钢侧）焊缝进行中性盐雾试验测试，焊缝经1500小时的中性盐雾试验，无锈蚀；按国标GB/T 246-2007《金属管压扁试验方法》进行相对焊缝0°和90°检验，焊缝无裂纹。

实施例3

设备和方法同实施例1：

对口径为165mm的不锈钢内复合直缝管，采用原材料厚为4.0mm、牌号为SUS304+Q235的不锈钢复合材料，其中碳钢基层厚度为3.2mm，不锈钢复层厚度为0.8mm。匹配165mm的挤压辊、导向辊（导向片厚度为1.8~2.2mm）及水冷衬垫。采用装有水冷保护咀的熔化极活性气体保护焊焊机、及不锈钢焊丝，进行制管生产。

口径为165mm的不锈钢内复合直缝管，经生产工艺中4Kg的水压检验后，无开裂、爆管、焊缝漏水等现象出现，管及焊缝承压能力优良；按国标GB/T 10125-1997《人造气氛腐蚀试验 盐雾试验》为标准，对内层（不锈钢侧）焊缝进行中性盐雾试验测试，焊缝经1500小时的中性盐雾试验，无锈蚀；按国标GB/T 246-2007《金属管压扁试验方法》进行相对焊缝0°和90°检验，焊缝无裂纹。