向管接头施加保护层的方法

专利名称：向管接头施加保护层的方法
技术领域：
本发明涉及涂布管道的装置和方法，尤其涉及但不限于涂布输油管道和输气管道的环焊缝的装置和方法。
背景技术：
用于地下安装的管道通常是分段制造的，运输到目的地之后，使用环焊缝将它们接合为连续的管，然后埋入地下。由于钢管通常需要保护以免受环境的腐蚀，因此通常在工厂里为管段设置保护涂层。为适应一个管段与下一个管段之间的预期焊接，保护涂层通常没有从头至尾完全覆盖管段。通常，在距离管段端部大约十五厘米范围内的区域上没有涂层。这使得如何在焊缝和紧邻管段端部的未涂布区域上提供适当的耐腐蚀涂层成为一大挑战。这项任务特别具有挑战性，因为通常在作业现场而不是在工厂里完成这项任务。
已经证明，要把焊缝、邻近焊缝的原钢、以及钢管的预涂布部分涂覆得使接头具有足够的耐腐蚀性是比较困难的。对失效模式进行分析后发现，地下管在焊缝处或焊缝附近要比沿管长度的其他任何地方更容易失效。已知有各种不同技术用于保护焊缝免受腐蚀。例如， 一些技术涉及用密封带包裹焊缝、采用粘合剂材料包裹焊缝、或用防腐材料浸渍焊缝。还使用可热縮套筒和可喷组合物来保护焊缝免受腐蚀。另外，构建了用于夹
紧管道并对管道施加保护层的装置。例如，参见美国专利No. 5, 589， 019(Van Beersel等人)。然而，这类装置在整体效率、易用性、可靠性和通用性上还有待改进。
在共同转让的名称为"环氧树脂和聚烯烃树脂的半互穿聚合物网络及其制备方法禾口使用"(Semi-Interpenetrating Polymer Networks OfEpoxy And Polyolefin Resin, Methods Therefor， And Uses Thereof)(Perez等人)的美国专利5,709,948中描述了一种用于涂布管道的尤其适用的方法和材料，该专利的全文以引用的方式并入本文。然而，尽管在该领域已经有很大的进展，但仍然需要在管道上涂布保护涂层的更为有效的方法。具体地讲，需要在作业现场保护焊缝的更为有效的方法。

发明内容
本发明提供向管施加保护材料的装置和方法。该装置和方法可用于将材料粘结到管的暴露钢材部分以及管的先前存在保护涂层的部分。该装置和方法尤其适用于涂布管的环焊缝以及管的环焊缝附近的区域。在一些实施例中，环焊缝附近的区域包括受一层环氧树脂和聚烯烃树脂的半互穿聚合物网络保护的管表面。在这类实施例中，可使用该装置和方法施加覆盖不同的管表面的保护涂层。


图1为根据本发明实施例的、安装到管上的管涂布装置的透视图2为从管上脱开的图1的管涂布装置的透视图3a为图1的管涂布装置的一部分的前视图3b为图3a的分解组装视图4为安装到管上的管表面准备装置的透视图5为管涂布装置的一部分的组装视图，示出了快速脱开机构的实施
例；
图6为图1的管涂布装置的一部分的透视剖视图；图7为图6的管涂布装置的一部分的端视图8a为管涂布装置的一部分的透视图，该管涂布装置相对于安装框架处于縮回位置；
图8b为管涂布装置的一部分的透视图，该管涂布装置相对于安装框架处于伸出位置；
图9a至9f示出了连接机构的实施例，该连接机构使管涂布装置能够縮回和伸出，并且能够快速连接到安装框架和从安装框架脱开；图10为图4的管表面准备装置的仰视透视图；图IIA示出图1的管涂布装置的电控系统的实施例的高压部分；图IIB示出图1的管涂布装置的电控系统的实施例的低压部分；图12示出向管施加涂层材料的方法的实施例；并且
图13A至13D示出通过执行图12所示方法产生的结构的示例性实施例。
具体实施例方式
整体参见图1至3b，其中示出了管爬行器100的实施例，所示管爬行器100位于管101的焊缝128上。在示出的实施例中，焊缝128位于管101的两个管段124和126通过焊接接合在一起的位置。所示管爬行器100包括框架102，工具122连接在框架102上。在所示实施例中，框架102被构造为围绕管的一部分进行夹持，并且围绕管101作周向旋转。当框架绕管旋转时，启动工具122以执行所需的功能(如清洁、打毛、涂布)。
所示实施例中的框架102由两个大致弧形的部件104和106构成。框架102的一端被构造为可朝向或背离另一端枢转。在所示实施例中，框架102在安装到管上之后，绕管的5/8至7/8延伸。在可供选择的实施例中，框架102可绕管101的更多或更少部分延伸。在所示实施例中，框架部件主要由铝构成。然而，应当理解，也可使用其他合适的材料，例如钢、聚合物、复合材料等。框架102的部件104、 106、 108和110可以穿孔，以便出现多个孔，从而减轻框架102的重量。在一些实施例中，框架102的重量低于80磅，并且被构造为安装到直径为36英寸至60英寸的管上。在可供选择的实施例中，框架的重量和尺寸的变化范围可在上述值之外。框架102包括横向部件112，该横向部件112为框架提供扭转刚度，同时也用作方便抓握(例如提起和搬运)框架102的部位。
具体参见图3a和图3b，铰链107被构造为在朝向管101移动把手150时，会使框架102的枢转元件108和110朝向管101枢转。在所示实施例中，铰链107被构造为在朝向管101移动把手150时，把手通常停留在锁定位置，直到使用者将把手150拉离管101为止。图3a和3b示出提供此自动锁定功能的偏心铰链构造的实施例。此外，在所示实施例中，框架102被构造为通过使横向部件152绕其轴线旋转，使用者可对框架和管101之间的贴合状况进行微调。在所示实施例中，横向部件152通过紧固件156以及偏心螺母154连接到枢转元件108和110上(参见图3b)。该构造允许使用者通过旋转横向部件152来调整枢转元件108和110的位置。应当理解，还可采用众多可选的微调构造。
再次整体参见图1至3b，图中示出了安装到框架102端部的辊114和116。在所示实施例中，辊114通过辊架118安装到框架102上，辊116通过辊架120安装到框架102上。辊架118和120包括多个安装孔138，这些安装孔可与框架102上的托架孔140对齐，以调整框架102来适应各种尺寸的管。在所示实施例中，所示的每个辊114和116分别容纳于辊架118和120内，而辊架118和120又安装到管爬行器100的框架102上。在所示实施例中，辊114和116中之一由马达驱动。用于驱动规定辊114或116的马达容纳于辊架自身内。在可供选择的实施例中，辊114和116均由马达驱动。应当理解，在可供选择的实施例中，可使用任意数目的辊，并且它们可由马达驱动或手动驱动。还应当理解，框架102的一些实施例可能不包括辊。
在所示实施例中，示出了朝向框架102中部安装的工具122，该工具122用于在管101上执行作业。如上所述，所示实施例中的工具122可用于多种用途，包括例如准备管表面(如清洁、打毛)或涂布管。在图1和图2中所示的工具122是涂覆器300，然而在图4和图10中所示的工具122是表面准备装置400。表面准备装置400和涂覆器300将在下文详细描述。在所示实施例中，当辊114和116中之一或两者在一个或多个马达的驱动下开始旋转时，管爬行器100将围绕管周向移动。当管爬行器100围绕管101移动时，工具122可在面向工具122的管部分上执行作业。在所 示实施例中，管爬行器100位于焊缝128上方以焊缝为中心，因此，工具 122可在焊缝128以及管101的紧邻焊缝的区域上执行作业。应当理解， 装置100可用于沿着管101的任何部分执行作业。还应当理解，所示装置 的可供选择的实施例除使工具122围绕管101移动之外，还可有其他用 途。
参见图1、 2、 4、 5和图10，工具122示出为通过快速脱开安装组件 130 (在本文也可互换地称为工具框架或装置框架)与框架102连接。如上 所述，图1、 2和图5中的工具122是涂覆器300，用于向管101的外表面 施加保护材料，而图4和图10的工具122是表面准备装置400，用于为进 一步处理而对管表面进行清洁或其它准备。具体参见图5，快速脱开安装 组件130包括安装托架200、 202，安装托架200、 202包括可与框架102 上的孔对齐的多个孔，使得可相对于框架102调整工具122的位置。安装 托架的构造允许将该系统连接到多种不同尺寸的管上。
在所示实施例中，快速脱开安装组件130还包括不使用工具就可将工 具122从安装组件130上脱开的构造。在所示实施例中，通过使圆形把手 204从第一位置移动到第二位置，可将工具122从安装组件上解除锁定。 在所示附图中，示出了处于第一位置的圆形把手204。圆形把手204的第 二位置为其移动到通道206相对端时的位置(参见图5、 9a和图9b)。将 圆形把手204移动到第二位置会使销214縮回，从而将连接构件216拉离 工具122的壳体(图9e和9f)。连接构件216将在下文详细描述。 一旦 工具122从安装组件130的框架上解除锁定，工具122就可从快速脱开安 装组件130的框架上滑开。在所示实施例中，工具包括位于工具122两端 的导轨208，该导轨208被构造为可滑动地接纳与安装托架200、 202连接 的对齐轨道210、 212。快速脱开构造130允许快速而容易地交换涂覆器 300和表面准备装置400。应当理解，并非本发明的所有实施例均包括快速 脱开安装组件，并且在不包括此类组件的实施例中也可采用其他多种可选 的构造。
参见图6至7，图中更为详细地示出了涂覆器300。在所示实施例中， 涂覆器300包括壳体302，三个曲面304、 306和308锚定在壳体302上。
9曲面304和306配合以形成区域310，在该区域中装有成巻的涂层材料312 的薄片。根据一些实施例，涂层材料312的薄片为聚合物薄片，例如如在 美国专利No. 5， 709, 948中描述的那些互穿聚合物网络涂层(PINC)，该美国 专利名称为"环氧树脂和聚烯烃树脂的半互穿聚合物网络及其制备方法和 使用 "(Semi-interpenetrating polymer networks of epoxy and polyolefin resins, methods therefor, and uses thereof)， 该美国专 利全文以引用的方式并入本文。曲面306和308还形成了通道314，涂层 材料312的薄片可从该通道中穿过。从而，涂层材料312的薄片的远端 316可在狭槽318处离开通道314。可通过将手指插入壳体302中的狭槽 301 (在图3中可见)来拉伸涂层材料312的薄片；人的手指可与材料312 接合并使其穿过通道314向前移动。
涂覆器包括一张或多张加热毯320。当电流通过时，每张加热毯320 都会产生热量。根据一些实施例，涂覆器300可只包括一张加热毯320。 根据其他实施例，涂覆器300可包括两张、三张、四张或更多加热毯 320。在图6至7示出的具体实施例中，涂覆器300包括四张加热毯320。 如在图6中可看到的那样，可将加热毯320固定到形成通道314的每个曲 面306和308上，从而在涂层材料312的薄片通过通道314向狭槽318移 动时，对它的两侧进行加热。根据一些实施例，每张加热毯320都是可单 独控制的，以使得第一张加热毯320可由第一电流驱动，从而达到第一温 度，而第二张加热毯320可由第二电流驱动，从而达到第二温度。根据一 些实施例，最靠近狭槽318的一对加热毯可形成一个烘箱，用于在涂层材 料312即将离开狭槽318之前，将其加热到刚好在熔点之下的温度。离狭 槽318较远的另一对加热毯300可形成预热烘箱，以将涂层材料312的薄 片加热到所选温度，从而使得当涂层材料312通过主烘箱时，能够在离开 狭槽318时达到所需的温度。这种构造可用于例如特别寒冷的环境。
在操作过程中，如图1所示，涂覆器300定向在焊缝128的上方/居中 位于焊缝128的上方(必须先假定其中的装置122为涂覆器300，而不是 Roto PeerT)。如图6至7所示，涂层材料312的薄片穿过通道314，使 得其远端316从狭槽318中出来，然后进入由施料辊322和管形成的夹持 部，即施料辊322沿着焊缝128以及管的暴露区域和周围区域滚动，同时涂层材料312被压在施料辊322和管之间。在一个实施例中，电流通过加 热毯320，从而将涂层材料312加热到恰好在其熔点之下的温度。根据将 各种PINC用作涂层材料312的一个实施例，各加热毯320配合以将涂层材 料312加热到大约320下的温度。因此，涂层材料312的薄片在离开狭槽 时是易弯的，从而能够贴合可能并不规则的管表面。
根据一个实施例，涂层材料312在接触管时会被进一步加热，这是因 为在即将操作管爬行器/涂覆器之前，管被感应加热。管被感应加热到等于 或高于涂层材料312熔点的温度。因此，涂层材料312在接触管时，会被 夹在施料辊322和管之间，由此施加到管的表面上，在此涂层材料312融 化并且粘合/粘结到管上。在管爬行器绕管圆周移动时，涂层材料312会退 绕并不断穿过通道314前进，这意味着管爬行器100沿其经过的轨迹留下 粘结到管上的涂层材料带。在所示实施例中，焊缝128以及管的暴露区域 由此被覆盖上涂层材料，而无需使用粘合剂。施料辊322向涂层材料312 施加的压力可实现额外功能，即可去除可能截留在涂层材料312和管表面 之间的任何气泡。
继续参见图6至7，根据一些实施例，施料辊322的表面可包括围绕 辊322的圆周延伸的凹槽600。已经发现，有利的是，施料辊322具有非 常好的适形性，以适应不同高度的区域，例如焊接隆起部对管的规则表 面。实现该目的的一个方法是，在施料辊322上提供上述多个周向凹槽 600。实现该目的的另一种方法是，在施料辊322上提供适形性很高的层， 该层可能具有适形性稍差但却更耐磨的薄表面层。 一种可选的方法是，使 辊具备软橡胶外表面，该软橡胶外表面硬度大约为15至30的肖氏硬度 A，厚度为12mm。该实施例的这种外表面具有8mm深、6mm宽的周向凹槽， 这些凹槽沿着辊的整个宽度以8mm的间隔分开。也可设想出可用于施料辊 322的许多其他构造。具体地讲，可设想出具有如下外表面的施料辊，该 外表面由覆盖有实心硅树脂套筒的闭孔硅树脂海绵软管形成，该实心硅树 脂套筒的合适硬度大约为60的肖氏硬度A。这种构造可得自例如Ipotec， Exeter， NH。尽管在图6中不可见，但施料辊322可包括多个纵向空隙， 这些空隙大致沿整个辊322的长度穿透辊322，从而使辊322更为易弯。 在一些实施例中，施料辊的外径介于约2英寸至10英寸之间。
ii再次参见图1，可在图中看到，驱动辊114和116都具有凹陷表面， 以使得只有端部区域接触管。凹陷区域115不与管接触。因此，在所示实
施例中，驱动辊114禾n 116不与位于每个驱动辊114和116的凹陷区域 115下方的焊缝128接触。该构造的优点在于，驱动辊114和116不会朝 热的已被施加的涂层材料312施加额外的压力。在一些实施例中，这种额 外压力可导致涂层材料312 "呈蘑菇形扩展(mushroom)"，或者会推压 表面不平的焊缝128穿透涂层材料312。 将管爬行器和管接合/脱开
如图1所示，管爬行器100安装在管上，即与管接合。在这种构造 中，驱动辊114和116以及施料辊或周边辊134 (下文将详述)与管接 触。与管接合时，驱动辊114与工具122分开大约11(T，并且工具122与 另一个驱动辊116分开大约110°。由于管爬行器100在三个点上与管接 触，并且这三个点包围的管的圆弧超过180°,因此管爬行器100扣紧到管 上，不会掉落。
如前所述，框架102包括自锁铰链系统107，该系统可以让可旋转部 件108和110沿箭头132所示的方向旋转。铰链系统107由把手150控 制。如上所述，图1示出了处于"向下"或"锁定"位置的把手，并且框 架102的可旋转部件108和110被锁定就位。当旋转到"向上"或"解 锁"位置时，把手150操纵铰链系统107，以使可旋转部件108和110向 外摆动，从而离开管。然后框架102会呈现出大于管直径的开口。通过这 种方式，管爬行器100可从管上脱开。
为接合管爬行器100，将把手150旋转到上述的"向上"位置，以使 得可旋转部件108和110向外摆动，框架102会呈现大于管直径的开口。 在这种构造状态下，管爬行器100被放置在管上。接着，对辊架118、 120 和工具框架130中的每一个都进行调整，以适应管的直径。例如，观察辊 架118，可以看到框架118包括多个孔。通过选择让哪一对框架孔与相应 的一对托架孔对齐，可以让框架118 (以及辊114)向靠近或远离管的方向 移动。作出选择之后，将螺纹紧固件穿过对齐的框架孔和托架孔。(另一 个辊116和工具122以相似的方式分别安装在框架120和130上，框架 120和130具有间距相同的孔，并且应该对这些孔作出相应的选择，例如，如果选择了辊架118上的第n对孔用于对齐，那么就应该选择框架
120和130上的第n对孔)。对框架118、 120和130的调整构成了对管直 径的粗调。
执行上述粗调之后，可进行精调。如上所述，精调可通过松开螺栓 156 (图3b)来进行，这允许部件152绕自身的纵向轴线旋转。部件156 的旋转会导致凸轮的旋转，继而导致可旋转部件108禾B 110朝向管旋转。 部件152可旋转到辊114和116在管上施加的压力达到所需程度为止。此 时可旋紧螺栓156，并将把手150旋转到"向下"位置，从而将管爬行器 100锁定在管上。
启动/停止管爬行器
让管爬行器100停止操作已成为一大挑战，g卩，如果使管爬行器100 停止前进，以使得它可从管上分离(如上所述)，那么结果是在将管爬行 器100分离之前，涂覆器300中的烘箱仍保持在给定区域的上方。这样， 烘箱往往对其下方的区域提供过多的热量，从而趋于使管爬行器100正下 方的管上的涂层材料熔化。这可能会在保护涂层上产生平斑。为了避免产 生平斑，工具122可滑动地安装在框架内。在所示实施例中，施料辊322 与周边辊134是不同的。当涂覆器300向管表面施加保护涂层时，施料辊 322和周边辊134是共线的，并如同单根辊一样作业。然而，通过旋转把 手304 (参见图8a和图8b)，可使涂覆器300从管101和周边辊134上縮 回。因此，要让管爬行器100停止作业，可采取以下步骤。首先，在管爬 行器100围绕管圆周前进并施加保护涂层时，把手304应旋转至图8a中所 示的脱开位置。该旋转会让涂覆器300 (包括施料辊322)从管上缩回。需 要注意的是，固定在装置框架130上的周边辊134仍然停留在原位。因 此，即使涂覆器及其辊322已经縮回，管爬行器100仍然保持在三个点上 与管接触。通过縮回涂覆器300，位于涂覆器300正下方的管区域不再受 过热的影响。接着，可使管爬行器100停止前进。例如，可通过将on/off 开关选择到"off"位置来使管爬行器100停止前进，或可使用遥控器使其 停止前进。在使管爬行器停止前进之后，可用上述方法将管爬行器100从 管上脱离。要使管爬行器开始作业，可用上述方法将管爬行器与管接合。然后可
将上述把手推动到"接合"位置，从而使涂覆器300 (室310、烘箱及施料 辊322)朝向管和周边辊134前进，以使得施料辊322与周边辊134共 线。在图8b中示出了接合位置。此时，管爬行器100开始前进。另外，也 可通过将on/off开关选择到"on"位置，或者使用遥控器等装置来完成该 操作。接着，在管爬行器100处于运动中时，操作者可将自己的手指插入 由涂覆器的壳体302所限定的狭槽301中，以接触涂层材料312的薄片。 操作者可使用手指使涂层材料312穿过通道314前进，直到薄片312的远 端316从狭槽318中出来并且被夹在辊322和管之间为止。从而，管爬行 器围绕管的圆周前进，沿其移动轨迹留下粘合/粘结到管上的保护涂层带。
图9a至9f进一步示出了该机构的一个实施例，该实施例使涂覆器 300能够容易地相对于周边辊134靠近和离开管101。在上文中关于框架 130的快速脱开功能所描述的连接构件216在框架130的縮回和伸出功能 中也发挥了作用。在所示实施例中，连接构件216会在把手304旋转时旋 转。连接构件216的一端以离轴构造与环217接合，从而当连接构件216 沿第一方向旋转时使环217升起，而在沿第二方向旋转时使环217下降。 在所示实施例中，环217可移动地安装到与涂覆器300连接的导轨208 上，而连接构件可移动地安装到框架130上。上述构造可使工具122 (如 涂覆器300)相对于框架130升起和下降。
参见图10，图中示出了图4的表面准备装置400，下面对其进行更为 详细的描述。表面准备装置400是工具122的例子。在所示实施例中，表 面准备装置400包括旋转的清洁部件404，该清洁部件可以商品名Roto PeerT从3M公司商购获得。Roto PeerT包括多个研磨垫402 (如卡宾盘 (carbine disk))，这些研磨垫可弯曲地连接到(例如受气动驱动、液 压驱动或马达驱动)旋转的轴上。在轴旋转时，研磨垫402也会跟着旋 转。研磨垫402由此撞击管101，从而去除管的表面污染物，并且在某些 情况下可对管表面进行打毛。在所示实施例中，旋转的清洁部件404由清 洁部件马达406通过皮带和一对皮带轮412、 410驱动。通过启动驱动管爬 行器100的马达以及驱动旋转的清洁部件404的马达406，管爬行器100 可围绕管圆周作36(T移动，由此可对整个焊缝128以及管101的位于焊缝
14128两侧的部分进行清洁和打毛。所示表面准备装置400安装在壳体内， 该壳体与上面参考涂覆器300描述的壳体相似。这使表面准备装置400可 与涂覆器300快速而容易地互换。
尽管在所示实施例中在框架102上每次只连接一个工具122，但应当 理解，可将多个工具122连接到单个框架102上。例如，在可供选择的实 施例中，表面准备装置400和涂覆器300可同时连接到框架102上。在另 一个可供选择的实施例中，可将两个或更多个涂覆器300连接到单个框架 102上，从而涂布装置100旋转一次就可将两层或更多层材料施加到管 上。在一些实施例中，上述两层或更多层可为不同的组合物(即耐磨纤 维、防潮涂层)和不同的几何构造(如不同的宽度和厚度)。使用两个而 不是一个涂覆器300可让两层材料在都已软化时更好地施加到管上。
电控系统
现在参见图IIA，图中示出了适用于控制图1的装置的示例性电控系 统702的高压部分700。高压部分700方便地适于与250伏的三相外部电 源704 (如由多种市售的便携式发电机所提供的外部电源)连接。三相主 电源706通过快断保险丝708和710连接到固态继电器712。适用的继电 器为例如可自Watlow of Winona, MN商购的Din-A-Mite B型固态继电 器。固态继电器712由来自低压部分的线路714和716上的控制脉冲来控 制(如图11B所示)，这一点将在下文结合图11B进行更详细的描述。由 固态继电器712控制的三相电源通过快断连接器718方便地与加热毯320 连接。技术人员会很容易认识到，如果存在另外的加热毯320 (如在多个 优选实施例中均会出现这种情况)，则可以用主电源以并联的方式对它们 进行操作。
主电源706也可用于驱动可选地安装到管爬行器100上的辅助装置。 例如，在环缝焊接之后、施加包裹材料之前对管表面进行清洁和打毛通常 是比较有利的，这样可以去除氧化物并且促进良好的粘结性。为迅速达到 该目的，可在框架102上安装成组的研磨工具或清4产工具。用于该辅助器 具的马达通过快断连装置724方便地连接到主电源706上。当存在这类设 备时，通常需要使用过载保护装置726禾口/或联锁装置728来保护马达，当 用于驱动辊轮114禾B 116 (参见图1)的驱动装置732和734 (参见图11B)在以与研磨工具或清铲工具自然旋转方向相反的方向工作时，过载保
护装置726和/或联锁装置728防止对马达进行操作。通过转至低压马达控 件760的禁止线路729可实现该控制，这一点将在下文进行更详细的描 述。
在所示实施例中，主电源706与低压部分的电源736连接。电源736 方便地布置成为一对例如12伏电池738和740充电，这两个电池是串联 的，以在端子742和744上提供24伏的直流电压。尤其适用的电池为电流 强度高的、使用寿命长的电池，例如可从BatteryMart of Woodbury, MN 商购获得的Energy Odyssey PC310电池。据信，在典型的现场使用中，电 源可有利地为8安培、24伏的充电电源，例如可从Soneil of Ontario, Canada商购获得的、型号为2416SRF的电源。
现在参见图IIB，图中示出了适用于控制图7的装置的示例性电控系 统702的低压部分。正总线752和负总线754分别与端子742和744连接 (并从这里连接至如上所述的图11A中的电池738和740)。加热器控制 电路746 (可方便地以型号SD6C从Wat low of Winona， MN商购获得)用 于为加热毯320提供闭环控制。热传感器748 (方便地为热电偶)布置为 使其可感测加热毯320的温度。对固态继电器712的线路714和716 (也 示出在图IIA中)进行控制。
方便地，驱动装置732和734位于低压部分，但并非必须如此。如果 想能方便地从管上退绕给高压部分700供电的电缆，那么驱动装置732和 734能够绕管进行前进和后退操作是非常方便的。可方便地采用马达控制 器760 (如可从KB Electronics of Coral Springs, FL商购获得的KBBC-Micro)以协调控制功能，并且可方便地通过线路762和764从马达控制器 处为驱动装置732和734供电。马达控制器的主电源通过主on/off开关 766提供。借助与马达控制器760连接的可变电阻器768，可方便地实现速 度控制。马达控制器还方便地采用了故障状况指示灯770。在驱动装置以 反向运转时，禁止线路729起作用。
驱动装置不仅可用装置上的手动控制进行操作，还可用无线遥控器来 控制，这也是很方便的。可配备无线接收器772;适用的无线接收器可采 用市售的汽车库门控制器，例如可从Chamberlain Group of Elmhurst，IL商购获得的型号为RA-423LM的控制器。由于管含有的大量铁对无线电 波的屏蔽性很强，因此采用以良好的方式绕框架102延伸的天线774是很 方便的，该天线774可使管爬行器100在围绕管的任何方向上均能响应无 线电信号。
无线接收器772包括三个常开开关772a、 772b和772c，在接收到来 自发射器的无线电信号后这些开关会闭合，这些无线电信号用于指示前进 驱动、后退驱动以及停止这三个状态的请求。分别与常开开关772a、 772b 和772并联的是手动控制开关780、 782和784，它们可独立调节前进驱 动、后退驱动和停止这三个状态。
可方便地通过继电器来发送前进和后退信号。前进继电器具有常开触 点790a，该触点在线圈790通电后会闭合(为了降低示图的复杂程度，这 些组件都是分开显示的)。后退继电器也具有常开触点792a，该触点在线 圈792通电之后会闭合(同样是分开显示的)。触点790a和792a的瞬间 闭合足以分别激活前进和后退模式；马达控制器760可被构造为根据瞬间 接触信号锁定这些模式。
操作
在图12中示出了根据本发明的实施例向管施加涂层材料的常规操作。 首先，如操作800所示，对要涂布的管区域进行清洁。可通过上述表面准 备装置400使用清洁溶液(或以任何其他适用的方式)对管进行清洁。要 清洁的区域通常包括焊缝128和管的暴露区域(通常为焊缝两侧约15cm的 管区域)。
对管进行清洁之后，对管进行感应加热，如操作802所示。管被加热 至等于或高于要施加到管上的涂层材料的熔点温度。例如，如果采用PINC 作为涂层材料，则可把管加热至约450°F的温度。如果涂层材料为层叠材 料(将在下文描述)，则应将管加热至等于或高于层叠材料的底层的熔点 的温度。应当理解，也可采用除感应加热之外的方式对管加热，只要能使 要施加涂层的区域达到所需温度即可。
此后，将要施加到管上的涂层材料加热到刚好在其熔点之下的温度， 如操作804所示。通常，涂层材料为多种PINC，但也可采用其他涂层材 料。 一般来讲，涂层材料为不含粘合剂的材料，并且是聚合物材料。材料
17在施加(如操作806所示)时会软化，以贴合管的表面(通常要借助施料 辊)，并且由此牢固地粘合或粘结在管上。应当理解，可供选择的实施例 可包括粘合剂。
图13A中示出了前述操作的一种可能结果。如所看到的那样，所得结 构为带有直接施加的一层涂层材料(在图13A的实施例中为PINC)的管。 没有粘合剂。
在某些情况下，可优选使用层叠涂层材料。例如，可将表涂层施加到 涂层材料之上。在涂层材料为多种PINC的情况下，表涂层起到保护PINC 不受紫外线辐射的作用。两种材料可同时施加到管上，在向管施加涂层材 料时，涂层材料软化并且与管和表涂层粘结。 一种与PINC配合使用的示例 性的可用表涂层为M0PLEN ,其为聚丙烯型材料，可从Basell商购获得。 本发明的发明人已使用M0PLEN 作为PINC上的表涂层进行了测试，发现它 可以承受低至-50下的温度而不开裂。图13B示出了将表涂层与涂层材料 一起使用而得到的结构。
在一些情况下，在施加涂层材料之前，可使用熔结的环氧树脂(FBE)来 处理管。图13C禾B 13D示出了两种所得结构只施加涂层材料的所得结构 (图13C)以及施加涂层材料和表涂层的所得结构(图13D)。
实例
由0. 5英寸(12. 5mm)厚的钢材制成的两根外径为30英寸(76. 2cm)的管 段通过环焊缝接合。焊缝的高度为6mm。另一条高度大致相同的焊缝位于 其中一个管段的外表面上，该管段的方向与管的纵轴线平行，以模拟通过 轧制和焊接制成的管。
焊接的管端部涂覆有0.06英寸(1.5mm)厚的一层环氧树脂和聚烯烃树 脂的半互穿聚合物网络，大致如在共同未决以及共同转让的美国专利申请 60/707332中所描述的那样，该专利申请名称为"提供互穿聚合物网络作 为金属基底涂层的方法和套件"(Method and Kit for Providing Interpenetrating Polymer Network as Coating for Metal Substrate) (Perez等人，代理人巻号59519US003)，该专利申请以引用方式并入本 文。涂层是终断的，以在环焊缝的两侧留下大约6英寸(15.20cm)宽的暴露 钢的间隙。该实验设置模拟刚刚在钢管上完成了现场焊接的情况，该钢管200780020706.2
使用Scotchkote" 224N防腐蚀化合物进行了处理，该防腐蚀化合物可从 St. Paul, MN的3M公司商购获得。然后使用Roto Peen 翼片砂轮对暴露 间隙中的钢进行清洁和打毛，该翼片砂轮可从St. Paul, MN的3M公司商 购获得。
构建大致如图1所示并且已在上文描述的包裹装置。膜盒装有一巻厚 25密尔(0.64ram)、宽6英寸(15. 3cm)的薄膜，该薄膜由上述用来涂覆管端 部的、相同的环氧树脂和聚烯烃树脂的半互穿聚合物网络构成。间隙烘箱 配有两个600瓦特毯式加热器作为第一和第二加热器，这些加热器可以目 录号SHS01300从Wood Dale, IL的Tempco商购获得。提供预加热器，该 预加热器设置有两个1300瓦特毯式加热器作为第一和第二预加热器，这些 预加热器可以目录号SHS01299从Te即co商购获得。间隙烘箱中的加热器 设置为将薄膜的朝向管的一侧加热至160°C，并将薄膜向外的一侧加热至 140°C。铺设辊具有包裹钢轴的软橡胶外层。外层的硬度为20至30的肖氏 硬度A，厚度为12mm。该外层具有8mm深和6mm宽的周向凹槽，凹槽在辊 的整个宽度上以8ram的间隔分开。
然后将焊接的管暴露在六个3000瓦特加热器所产生的热能中，每个加 热器的尺寸为6英寸(宽)X20英寸(长)(15.3cmX50.8cm)，可从Wood Dale, IL的Tempco商购获得，这些加热器设置为从内到外加热管。然后 将包裹装置夹持在管上并启动包裹装置，从而以焊缝为中心，从盒中将受 热的薄膜施加在管的受热表面上。驱动装置被设置为用于推进包裹装置， 使包裹装置以7.6cm/sec的圆周速度移动。当对焊缝完成一次包裹之后， 停止包裹装置并将其从管上移除。使管冷却到室温，然后对其进行视觉检 查。据观察，涂层形成了十分均匀地附着的保护层，不仅粘结到清洁过的 钢上，也粘结到已清洁区域两侧上的、预先施加的保护涂层上。
虽然已结合本发明的多种实施例对本发明进行了具体的展示和描述， 但本领域内的技术人员应当理解，在不脱离本发明的范围和精神的前提 下，可对本发明的形式和细节做出各种其他修改。
19
权利要求
1. 一种涂覆管接头的方法，包括在管接头的上方可移动地安装保护材料的涂覆器；加热保护材料以软化所述保护材料；将管加热至比所述保护材料的熔点温度高的温度；并且使所述涂覆器围绕所述管接头作圆周移动，同时将所述保护材料压在所述管接头上。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中将所述保护材料压在所述管接头 上的步骤包括将所述保护材料的第一表面置于施料辊上，并且将 所述保护材料的第二表面置于所述管接头上。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中所述第一表面被加热至第一温 度，并且所述第二表面被加热至第二温度，所述第一温度低于所述 第二温度。
4. 根据权利要求3所述的方法，其中加热所述保护材料的步骤包括 移动所述保护材料穿过所述涂覆器内的通道，其中在所述通道的两 侧设置有加热元件。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中在所述管接头上方安装所述保护 材料的涂覆器的步骤包括下述步骤将所述保护材料的涂覆器安装 到框架上，并且将所述框架夹持在所述管接头的上方。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中将所述框架夹持在所述管接头上方的步骤包括使所述框架上的辊与所述管接合。
7. 根据权利要求1所述的方法，还包括准备所述管的表面的步骤在所述管接头上方安装表面准备装置，使所述表面准备装置围绕所述 管接头作圆周移动。
8. 根据权利要求7所述的方法，其中使所述表面准备装置围绕所述管接头作圆周移动的步骤对所述管进行清洁和打毛。
9. 根据权利要求1所述的方法，其中所述保护材料包含环氧树脂和聚烯烃树脂。
10. 根据权利要求9所述的方法，其中所述保护材料还包含聚烯烃层。
11. 根据权利要求1所述的方法，同时使多个涂覆器围绕所述管接头作 圆周移动，以将多层保护材料施加到所述管接头上。
12. —种涂覆管接头的方法，包括 暴露管上与焊缝邻近的原钢带； 在所述焊缝上方可移动地安装保护材料的涂覆器；预加热保护材料带，其中所述保护材料带的宽度大于所述管上的原钢带的宽度； 加热所述管；并且使所述保护材料的涂覆器围绕所述原钢带作圆周移动，同时将所述 保护材料压在所述管的表面上。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中所述保护材料带被预热到比所述 管的温度低的温度。
14. 根据权利要求12所述的方法，其中施加所述保护材料带，以使所述 保护材料带在暴露的原钢上以及在所述管的涂覆有熔结环氧树脂的 部分上延伸。
15. 根据权利要求12所述的方法，其中所述保护材料带包含互穿聚合物 网络。
16. 根据权利要求15所述的方法，其中所述保护材料带包含直接设置在 所述互穿聚合物网络上的表涂层材料。
17. 根据权利要求12所述的方法，其中将所述保护材料压在所述管接头 上的步骤包括将所述保护材料的第一表面置于施料辊上，并且将 所述保护材料的第二表面置于所述管接头上。
18. 根据权利要求12所述的方法，其中在所述焊缝上方可移动地安装所 述保护材料的涂覆器的步骤包括将所述保护材料的涂覆器连接到 框架上，所述框架绕所述管夹持并且包括动力辊，所述动力辊配置 为使所述框架围绕所述管作圆周移动。
19. 根据权利要求12所述的方法，其中暴露所述管上的原钢带的步骤包 括将表面准备装置连接到框架上，所述框架绕所述管夹持并且包 括动力辊，所述动力辊配置为使所述框架围绕所述管作圆周移动。
20. 根据权利要求12所述的方法，其中加热所述保护材料带的步骤包 括移动所述保护材料带穿过所述保护材料的涂覆器中的通道，所 述保护材料的涂覆器包括位于所述通道两侧上的加热元件。
21. 根据权利要求12所述的方法，其中所述管被加热到高于所述材料保 护带的熔点的温度。
全文摘要
一种向管的环焊缝施加保护材料的装置和方法。所述装置尤其适用于保护这样的管，即除所述焊缝附近的端部之外，均由环氧树脂和聚烯烃树脂的半互穿聚合物网络层保护的管。使用所述装置和方法，可将所述保护材料牢固地粘结到所述暴露的钢端部以及所述已存在的保护层上。
文档编号B29C63/02GK101460293SQ200780020706
公开日2009年6月17日 申请日期2007年6月1日 优先权日2006年6月5日
发明者托马斯·L·伍德, 马里奥·A·佩雷斯 申请人:3M创新有限公司