专利名称：用于连续卷绕管的双斜面焊缝的制作方法
技术领域：
本发明涉及卷绕管的制造，更具体地说，本发明涉及用于连续卷绕管的改进焊缝。
金属卷绕管在石油工业中应用很广。例如，金属卷绕管用于将高压液体加入油井中，将测量仪器引导入井内，以及在许多场合用于油井钻进，生产和出油管线。典型地，金属卷绕管储存于大的展卷轮中，由此可以拆卷引入井内，而当操作完成后可以重新将其卷取。
通过弯曲平面带材和沿着纵向接缝焊接，可以形成金属管，由于大批量生产的带材长度受到限制，所以由这样方法形成的金属管的长度也受到限制。因此，假定在要求的尺寸中可获得的带材最大长度为4,000英尺，例如，要求的金属卷绕管的长度为20,000英尺，按照现有技术需要对接焊5个从5个带材段形成的4,000英尺的卷绕管。
对接焊两金属管形成一焊缝，例如，
图1所示的。该焊缝具有环形的焊缝1和在它的每侧的热影响区3A，3B。由于热影响区不能承受重复的盘卷和拆卷应力，构成的20,000英尺长的金属卷绕管在几次盘卷和拆卷之后，其中之一的对接焊缝将会断裂。不论怎样，该裂口需要重新焊接管子和常常需要从井底将管子拉出。此外，图1所示的焊缝1向内延伸，所以，部分地堵塞管的内径。除了阻碍流体通过管子外，由于减少内径势必阻扰传送通过管子的测量仪器。
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的受让人开发了图2所示的螺旋焊缝，在美国专利US 4863091和5,191,911作了详。经的描述，这两专利引用结合于本说明书作参考。为形成螺旋焊缝，两带材5A，5B切削成互补的锐角(优选为45°)，如图3a所示。然后，将两带材对接一起，并沿着斜面接缝(见图3b)焊接。在连接的带材的边缘提供多余的焊缝材料，并且避免在带材的边缘的烧蚀。在焊接前，将接头片7A，7B点焊于带材的边缘。而焊头9从第一接头7A的外边沿着斜面接头移动到第二接头7B的外边缘。因此，形成的焊缝垂直于带材的顶部和底部表面(见图3C)，并且与其纵向Z成锐角。
一旦完成焊接，除去接头片7A，7B，并对焊缝附近的顶部，底部和侧面表面进行磨光，从而最终焊缝的尺寸与原先带材的尺寸相同。
然后，如果由两带材5A，5B构成的组合带材成形为管子，如图2所示，焊缝11为螺旋形，它开始和终了均在纵向接缝13处。在管子制造厂里，为考虑时间因素以完成转角度的接和修整步骤，可采用储存器，例如，在上述现有专利技术中所述的。另外，组合带材可构成所要求的长度，并且缠绕到展卷轮上，然后，可以从展卷轮上以稳定的速度拆卷去形成管子。
作为现有技术焊接的结果，在焊缝11的附近管子的内径和外径是均匀的。因此，焊缝不阻扰液体通过管子或测量装置的运动。此外，不形成热影响区和螺旋焊缝能承受重复盘卷和拆卷应力。
本发明提供用于构成连续卷绕管的双斜面焊缝，以对上述现有技术的改进尤其是，按照本发明的一方面，本发明涉及从第一带材和第二带材形成卷绕管的方法，第一带材和第二带材的宽度相等，该方法包括的步骤是在第一带材的末端形成平的端部表面该平的端部表面是由沿着第一带材，它相对于第一带材的纵向成锐角的，顶部表面的直线和沿着第一带材相对于第一带材的纵向成锐角的，边缘表面的直线限定的；在第二带材的末端形成平的端部表面，该平的端部表面是由沿着第二带材相对于第二带材的纵向成锐角的，顶部表面的直线和沿着第二带材相对于第二带材的纵向成锐角的，边缘表面的直线限定的；形成组合带材，即将第一带材的平的端部表面与第二带材平的端部表面焊接，以形成双斜面焊缝，该双斜面焊缝超出组合带材的顶部，底部和侧面表面；从组合带材的顶部，底部和侧面表面，除去多余的焊缝材料，以致焊缝的宽度与第一和第二带材的宽度相等，沿着组合带材的底部表面形成平的表面，和形成连接第一和第二带材的顶部表面的光滑，连续的表面；和从组合带材形成为卷绕管。
按本发明的另一方面，本发明涉及一种卷绕管产品，它具有可承受重复盘卷和拆卷应力的装置，卷绕管由第一带材和第二带材制成，第一和第二带材的宽度相等，该卷绕管是这样制成的在第一带材的末端形成平的端部表面，该平的端部表面是由沿着第一带材相对于第一带材的纵向成锐角的顶部表面的直线，和沿着第一带材，它相对于第一带材的纵向成锐角的边缘表面的直线限定的；在第二带材的末端形成平的端部表面，该平的端部表面是由沿着第二带材相对于第二带材的纵向成锐角的，顶部表面的直线，和沿着第二带材它相对于第二带材的纵向成锐角的，边缘表面的直线限定的；形成组合带，即将第一带材的平的端部表面与第二带材的平的端部表面焊接，以形成双斜面焊缝，该双斜面焊缝延伸超过组合带材的顶部，底部和侧面表面；从组合带材的顶部，底部和侧面表面除去多余的焊缝材料，以致焊缝的宽度与第一和第二带材的宽度相等，沿着组合带材的底部表面形成平的表面，连接第一和第二带材的顶部表面形成光滑，连续的表面；从组合带材形成卷绕管产品。
在某些实施例中，每一个锐角是45°，在某些实施例中，组合带材在形成卷绕管之前，卷绕到展卷轮上。在某些实施例中，使用焊接装置以形成双斜面焊缝，而该焊接装置转成角度以便移动通过双斜面焊缝的平面。
在某些实施例中，在双斜面处通过切以形成第一和第二带材的平的端部表面。在另外的实施例中，在单斜面处通过切割和铣削最终的边缘，以形成第一和第二带材的平的端部表面。
在某些实施例中，对组合带材进行射线照相探伤。在某些实施例中，对卷绕管进行射线照相探伤。
在某些实施例中，第一和第二带材的厚度相等。
按照本发明的另一方面，本发明涉及卷绕管产品，它包括相同外径的第一管形部分；相同外径的第二管形部分；和连接第一管形和第二管形部分的螺旋焊缝，以形成连续长度的管子，它具有纵向接缝，其中螺旋焊缝开始和终止均在纵向接缝处，和其中在螺旋焊缝和纵向接缝之间的每个交叉点，螺旋焊缝相对于连续长度管子的纵向成锐角倾斜。
下面通过附图及实施例说明本发明，附图中
图1是常规对头焊接的透视图；图2是常规螺旋焊的透视图；图3a-3c表示常规单斜面焊缝的结构；图4a-4c表示按照本发明实施例的双斜面焊缝的结构；图5是顶视图，表示带材横向焊缝射线照相探伤的结果；图6是顶视图，表示带材单斜面焊缝射线照相探伤的结果；图7是顶视图，表示带材双斜面焊缝射线照相探伤的结果；图8a-8b是示意图，表示按照本发明优选实施例的组合带材的形成过程；图9a-9b是示意图，表示按照本发明优选实施例的连续卷绕管材的形成过程；图10是顶视图，表示管的对接焊缝射线照线照相探伤的结果；图11是顶视图，表示管的常规螺旋焊缝射线照相探伤的结果；图12是顶视图，表示管的双斜面焊缝射线照相探伤的结果。
现结合附图描述本发明的优选实施例。
图4a表示按照本发明实施例的双斜面焊缝。待连接的两带材15A，15B相对于带材的纵向Z和相对于垂直方向Y切成互补的锐角。其结果是，带材15A，15B的端部表面位于PA，PB平面，该两平面是这样确定的，即由各沿着带材的顶部表面并与带材的纵向Z成锐角θ1A，θ1B的第一线L1A，L1B，和沿着各带材的边缘表面并与带材的纵向Z成锐角θ2A，θ2B的第二线L2A，L2B所限定的，各锐角优选为45°。
用带锯或类似的工具在双斜面处切割每个带材的末端部分，或用大剪刀或带锯以与纵向Z成45°切割每个带材，然后，相对于垂直方向Y铣削每个端面，以形成第二个45°角，从而能够形成带材15a和15b的互补的平端部表面PA，PB。
一旦形成互补的平端部表面，将带材15A和15B对接一起，并将接头片17A，17B点焊于带材，如图4b所示。然后，用等离子弧焊机9或类似的，以与垂直方向成45°的夹角对接头进行焊接。这样形成双斜面焊缝19，它与带材的纵向Z成45°和与垂直方向Y成45°(见图4c所示)。
现结合图8和9描述按照本发明的优选实施例形成连续卷绕管材的全过程。参见图8a-8b，用颚口送料机从卷筒23拉下所要求尺寸的带材21A。由于通常购得的是大板材，然后切割成所要求的宽度成带材，带材通过多辊压延机27以除去由于切割带材所引起的边级损伤。然后，用带锯29以与带材的纵向成45°的角切割带材21A的端部。一旦完成切缝，带材21A的端部移至铣边器31，对垂直切缝铣削出45°，即相对于带材的垂直轴线成45°进行铣削。然后，带材21A的经铣切端部前进到焊接工位33，在那里与已由带锯29和铣边器31所形成的带材21B的互补的端部对接。
用活塞夹紧装置35A，35B将对接的端部在原位固定，并且将接头片37a，37b点焊于带材的边缘。然后，用焊机39从接头片37a开始到接头片37b结束完成焊缝，即沿着带材21A和21B之间的双斜面接头进行焊接。焊机39优选用等离子弧焊机，但也可以用钨极惰气保护焊机(TIG)或闪光电焊机。焊机39沿着与带材的纵向成45°角和相对于带材的垂直轴线成45°角倾斜的轨迹移动，所以，随着接头双斜面的平面移动。焊接热聚集床41设置在接头的下面，它包括青铜或紫铜板以聚集焊接热量。
一旦完成焊接，接头前进通过研磨顶部和底部的磨机43，以便从接头的顶部和底部表面去掉多余的焊缝材料。如果带材21A和21B的厚度相同，研磨的结果是得到在接头的区域内是相同的平面顶部和底部。在带材厚度不相同的情况下，例如，制造斜焊缝的长材，研磨后在接头的附近将产生平的底部表面和“斜面的”顶部表面。尤其是，在按照本发明的斜焊缝的长材形成阶梯的接头，在焊接过程中，在接头的顶部表面必须留下足够多的焊缝材料，以便通过研磨去掉多余的焊缝材料时形成平滑、连续的表面。
在研磨后，接头前进到射线照相探伤装置45，它利用X射线，超声波和/或磁粉探伤技术对接头进行检查。在这阶段，若是简单的横向焊缝，在垂直方向受到射线照相探伤的检查，检查的结果在图上所示的是直线的焊缝，如图5所示。类似地，如果检查在带材上现有技术图3b的斜面焊缝，所得到的结果仅仅是直线(见图6)。由于从这些图不能看出焊缝的实际内部情况，在检查过程中，焊缝中的各种缺陷可能未查出。如果在垂直方向检查本发明的焊缝，可获得图7所示的结果，即从单一观察可以检查全部的焊缝。因此，本发明的焊缝，可以大大地改善对带材焊缝的检查。同样，例如，若是用超声波检查，沿与斜面焊缝的相对的方向，以与垂直方向成45°角进行检查，可以获得焊缝完全垂直方向检查。因此，通过检查，在焊接中没有查到可能存在的缺陷的情况是大大地减少。
在检查过程之后，将接头片37A，37B剪切去，并且用磨边机47研磨。边缘磨光后，用加热辊41将焊缝辊平，并将最后所得到的带材卷在展卷轮51上。
参见图9a-9b，将展卷轮51转移到管子成形流水线上，组合带材21C供给到管子成形装置53。通过多个模具和辊55以及用焊机57焊接纵向缝，从而使带材成形为管子21T。最好，在新形成的管子内装上火焰清理器58，从管子的内部除去多余的焊缝材料。然后，将管子21T通过火焰清理器59，以便除去管子外部多余的焊缝材料，并通过焊缝退火炉61，用于对纵向焊缝退火。优选的退火炉61包括两水平板61A，61B，对靠近于纵向焊缝的管子顶部进行加热，以确保对焊缝的合适处理。
已加工好的管子21T通过无损探伤检验(NDT)装置63，优选的包括涡流试验装置，它为全部管子的完整性提供稳定的检验。然后，管子通过整体的退火装置65，它包括螺旋形加热旋线圈67，并通过冷却槽69，管子经冷却后卷绕成管卷71。
一旦完成所要求长度的金属卷绕管的加工，可以要求用X射线或其它技术进行焊缝检查。如果垂直地检查具有纵向焊缝75和对接焊缝77(按图1现有技术制成的)的管子73，将获得图10所示的结果。显然，该图对焊缝77的状况提供较少的信息。如果以同样的方式检查按图3a-3b现有技术制成的具有螺旋焊缝79的管子73，可获得图11所示的结果。该图对焊缝状况所提供的信息比图10的多。如果检查具有按照本发明形成的焊缝81的管子73，可获得图12所示的结果。显然，它可以检查实质上焊缝的全部表面。因此，在检查的区域内，大大地增强了焊缝的可检查性，而且检查出焊缝缺陷的概率得到大大地提高。
与现有技术相比，本发明的双斜面焊缝还具有其它优点。尤其是，现有技术的垂直焊缝在研磨顶部和底部表面后，保留的焊缝材料量只限于带材的厚度。然而，按照本发明的双斜面焊缝，在焊缝留下比现有技术多约20％或更多的焊缝材料。
上面已经详细描述了各种实施例，本发明不局限于此，而只是由所附的权利要求书的范围来限定。
权利要求
1.一种从第一带材和第二带材形成卷绕管的方法，所说的第一带材和第二带材的宽度相同，该方法包括以下步骤在所说第一带材的末端形成平的端部表面，所说平的端部表面的平面是由沿着所说第一带材相对于第一带材的纵向成锐角的，顶部表面的直线，和沿着第一带材相对于第一带材的纵向成锐角的，边缘表面的直线限定的；在所说第二带材的末端形成平的端部表面，所说平的端部表面是由沿着所说第二带材相对于第二带材的纵向成锐角的，顶部表面的直线，和沿着第二带材相对于第二带材的纵向成锐角的，边缘表面的直线限定的；形成组合带材，即将所说第一带材平的端部表面与第二带材的平的端部表面焊接以形成双斜面焊缝，所说的双斜面焊缝延伸超过组合带材的顶部，底部和侧面表面；从组合带材的顶部，底部和侧面表面除去多余的焊缝材料，使焊缝的宽度为第一和第二带材的宽度相同，沿着组合带材的底部表面形成平的表面，和形成连接第一和第二带材的顶部表面的光滑，连续的表面；和从组合带材形成管。
2.按照权利要求1的方法，其特征是，所说的每个锐角近似为45°。
3.按照权利要求1的方法，其特征是，所述的组合带材在形成为卷绕管前，盘卷到展卷轮上。
4.按照权利要求1的方法，其特征是，使用焊接装置以形成双斜面焊缝，该焊接装置转成角度，以便能移动通过双斜面焊缝的平面。
5.按照权利要求1的方法，其特征是，在双斜面处，通过切削以形成第一和第二带材的平的端部表面。
6.按照权利要求1的方法，其特征是，在单斜面处通过切割并铣削最终的边缘，以形成第一和第二带材平的端部表面。
7.按照权利要求1的方法，其特征是，还包括对组合带材进行射线照相探伤的步骤。
8.按照权利要求1的方法，其特征是，还包括对卷绕管进行射线照相探伤的步骤。
9.按照权利要求1的方法，其特征是，所说的第一和第二带材的厚度相同，并且其中所说连接第一和第二带材顶部表面的光滑，连续的表面是平面。
10.一种卷绕管产品，它具有可承受重复盘卷和拆卷应力的装置，所说的卷绕管产品是由第一带材和第二带材制成，第一和第二带材的宽度相同，所说的卷绕管通过下述步骤制成的在所说第一带材的末端形成平的端部表面，该平的端部表面的平面是由沿着第一带材，它相对于第一带材的纵向成锐角的，顶部表面的直线，和沿着第一带材相对于第一带材的纵向成锐角的，边缘表面的直线限定的；在所说第二带材的末端形成平的端部表面，该平的端部表面是由沿着第二带材相对于第二带材的纵向成锐角的，顶部表面的直线，和沿着第二带材相对于第二带材的纵向成锐角的，边缘表面的直线限定的；形成组合带材，即将第一带材平的端部表面与第二带材平的端部表面焊接，以形成双斜面焊缝，所说的双斜面焊缝延伸超过组合带材的顶部，底部和侧面表面；从组合带材的顶部，底部和侧面表面除去多余的焊缝材料，使焊缝的宽度与第一和第二带材的宽度相同，沿着组合带材的底部表面形成平的表面，连接第一和第二带材的顶部表面形成光滑，连续的表面；和从组合带材形成卷绕管产品。
11.按照权利要求10的产品，其特征是，所说的每个锐角近似45°。
12.按照权利要求10的产品，其特征是，所说的组合带材在形成卷绕管前，盘卷到展卷轮上。
13.按照权利要求10的产品，其特征是，使用焊接装置形成双斜面焊缝，该焊接装置转成角度，以便能移动通过双斜面焊缝的平面。
14.按照权利要求10的产品，其特征是，在双斜面处通过切割以形成所说第一和第二带材的平的端部表面。
15.按照权利要求10的产品，其特征是，在单斜面处通过切割和铣削最终的边缘，以形成所说第一和第二带材的平的端部表面。
16.按照权利要求10的产品，其特征是，还包括对组合带材进行射线照相探伤的步骤。
17.按照权利要求10的产品，其特征是，还包括对卷绕管进行射线照相探伤的步骤。
18.按照权利要求10的产品，其特征是，所说的第一和第二带材的厚度相同，并且其中所说连接第一和第二带材的顶部表面的光滑，连续的表面是平面。
19.一种卷绕管产品，包括相同外径的第一管形部分；相同外径的第二管形部分；一螺旋焊缝连接所说第一管形部分和第二管形部分，以形成连续长度的管子，所说的连续长度的管子具有纵向接缝；其中螺旋焊缝的开始和终止均在所说的纵向接缝处，并且其中在螺旋焊缝和纵向接缝之间的每个交叉点，所述的螺旋焊缝相对于连续长度的管子的纵向成锐角倾斜。
全文摘要
一种双斜面焊缝，用于连接带材形成卷绕管。由第一带材(15a)和第二带材(15b)形成管子，第一和第二带材的宽度相同。在第一带材的末端形成平的端部表面(Pa)。类似地，在第二带材的末端形成平的端部表面(Pb)。通过第一带材平的端部表面与第二带材平的端部表面的焊接，以形成双斜面焊缝，从而构成组合带材。然后，从组合带材的顶部，底部和侧面表面除去多余的焊缝材料，以致焊缝的宽度与第一和第二带材的宽度相同。然后，由组合带材形成金属卷绕管。
文档编号B21B15/00GK1136290SQ94194339
公开日1996年11月20日 申请日期1994年12月2日 优先权日1993年12月3日
发明者罗伯特·E·斯塔格 申请人:优质管材有限公司