專利名稱：用于連續(xù)卷繞管的雙斜面焊縫的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及卷繞管的制造，更具體地說，本發(fā)明涉及用于連續(xù)卷繞管的改進(jìn)焊縫。
金屬卷繞管在石油工業(yè)中應(yīng)用很廣。例如，金屬卷繞管用于將高壓液體加入油井中，將測量儀器引導(dǎo)入井內(nèi)，以及在許多場合用于油井鉆進(jìn)，生產(chǎn)和出油管線。典型地，金屬卷繞管儲(chǔ)存于大的展卷輪中，由此可以拆卷引入井內(nèi)，而當(dāng)操作完成后可以重新將其卷取。
通過彎曲平面帶材和沿著縱向接縫焊接，可以形成金屬管，由于大批量生產(chǎn)的帶材長度受到限制，所以由這樣方法形成的金屬管的長度也受到限制。因此，假定在要求的尺寸中可獲得的帶材最大長度為4,000英尺，例如，要求的金屬卷繞管的長度為20,000英尺，按照現(xiàn)有技術(shù)需要對接焊5個(gè)從5個(gè)帶材段形成的4,000英尺的卷繞管。
對接焊兩金屬管形成一焊縫，例如，

圖1所示的。該焊縫具有環(huán)形的焊縫1和在它的每側(cè)的熱影響區(qū)3A，3B。由于熱影響區(qū)不能承受重復(fù)的盤卷和拆卷應(yīng)力，構(gòu)成的20,000英尺長的金屬卷繞管在幾次盤卷和拆卷之后，其中之一的對接焊縫將會(huì)斷裂。不論怎樣，該裂口需要重新焊接管子和常常需要從井底將管子拉出。此外，圖1所示的焊縫1向內(nèi)延伸，所以，部分地堵塞管的內(nèi)徑。除了阻礙流體通過管子外，由于減少內(nèi)徑勢必阻擾傳送通過管子的測量儀器。
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的受讓人開發(fā)了圖2所示的螺旋焊縫，在美國專利US 4863091和5,191,911作了詳。經(jīng)的描述，這兩專利引用結(jié)合于本說明書作參考。為形成螺旋焊縫，兩帶材5A，5B切削成互補(bǔ)的銳角(優(yōu)選為45°)，如圖3a所示。然后，將兩帶材對接一起，并沿著斜面接縫(見圖3b)焊接。在連接的帶材的邊緣提供多余的焊縫材料，并且避免在帶材的邊緣的燒蝕。在焊接前，將接頭片7A，7B點(diǎn)焊于帶材的邊緣。而焊頭9從第一接頭7A的外邊沿著斜面接頭移動(dòng)到第二接頭7B的外邊緣。因此，形成的焊縫垂直于帶材的頂部和底部表面(見圖3C)，并且與其縱向Z成銳角。
一旦完成焊接，除去接頭片7A，7B，并對焊縫附近的頂部，底部和側(cè)面表面進(jìn)行磨光，從而最終焊縫的尺寸與原先帶材的尺寸相同。
然后，如果由兩帶材5A，5B構(gòu)成的組合帶材成形為管子，如圖2所示，焊縫11為螺旋形，它開始和終了均在縱向接縫13處。在管子制造廠里，為考慮時(shí)間因素以完成轉(zhuǎn)角度的接和修整步驟，可采用儲(chǔ)存器，例如，在上述現(xiàn)有專利技術(shù)中所述的。另外，組合帶材可構(gòu)成所要求的長度，并且纏繞到展卷輪上，然后，可以從展卷輪上以穩(wěn)定的速度拆卷去形成管子。
作為現(xiàn)有技術(shù)焊接的結(jié)果，在焊縫11的附近管子的內(nèi)徑和外徑是均勻的。因此，焊縫不阻擾液體通過管子或測量裝置的運(yùn)動(dòng)。此外，不形成熱影響區(qū)和螺旋焊縫能承受重復(fù)盤卷和拆卷應(yīng)力。
本發(fā)明提供用于構(gòu)成連續(xù)卷繞管的雙斜面焊縫，以對上述現(xiàn)有技術(shù)的改進(jìn)尤其是，按照本發(fā)明的一方面，本發(fā)明涉及從第一帶材和第二帶材形成卷繞管的方法，第一帶材和第二帶材的寬度相等，該方法包括的步驟是在第一帶材的末端形成平的端部表面該平的端部表面是由沿著第一帶材，它相對于第一帶材的縱向成銳角的，頂部表面的直線和沿著第一帶材相對于第一帶材的縱向成銳角的，邊緣表面的直線限定的；在第二帶材的末端形成平的端部表面，該平的端部表面是由沿著第二帶材相對于第二帶材的縱向成銳角的，頂部表面的直線和沿著第二帶材相對于第二帶材的縱向成銳角的，邊緣表面的直線限定的；形成組合帶材，即將第一帶材的平的端部表面與第二帶材平的端部表面焊接，以形成雙斜面焊縫，該雙斜面焊縫超出組合帶材的頂部，底部和側(cè)面表面；從組合帶材的頂部，底部和側(cè)面表面，除去多余的焊縫材料，以致焊縫的寬度與第一和第二帶材的寬度相等，沿著組合帶材的底部表面形成平的表面，和形成連接第一和第二帶材的頂部表面的光滑，連續(xù)的表面；和從組合帶材形成為卷繞管。
按本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明涉及一種卷繞管產(chǎn)品，它具有可承受重復(fù)盤卷和拆卷應(yīng)力的裝置，卷繞管由第一帶材和第二帶材制成，第一和第二帶材的寬度相等，該卷繞管是這樣制成的在第一帶材的末端形成平的端部表面，該平的端部表面是由沿著第一帶材相對于第一帶材的縱向成銳角的頂部表面的直線，和沿著第一帶材，它相對于第一帶材的縱向成銳角的邊緣表面的直線限定的；在第二帶材的末端形成平的端部表面，該平的端部表面是由沿著第二帶材相對于第二帶材的縱向成銳角的，頂部表面的直線，和沿著第二帶材它相對于第二帶材的縱向成銳角的，邊緣表面的直線限定的；形成組合帶，即將第一帶材的平的端部表面與第二帶材的平的端部表面焊接，以形成雙斜面焊縫，該雙斜面焊縫延伸超過組合帶材的頂部，底部和側(cè)面表面；從組合帶材的頂部，底部和側(cè)面表面除去多余的焊縫材料，以致焊縫的寬度與第一和第二帶材的寬度相等，沿著組合帶材的底部表面形成平的表面，連接第一和第二帶材的頂部表面形成光滑，連續(xù)的表面；從組合帶材形成卷繞管產(chǎn)品。
在某些實(shí)施例中，每一個(gè)銳角是45°，在某些實(shí)施例中，組合帶材在形成卷繞管之前，卷繞到展卷輪上。在某些實(shí)施例中，使用焊接裝置以形成雙斜面焊縫，而該焊接裝置轉(zhuǎn)成角度以便移動(dòng)通過雙斜面焊縫的平面。
在某些實(shí)施例中，在雙斜面處通過切以形成第一和第二帶材的平的端部表面。在另外的實(shí)施例中，在單斜面處通過切割和銑削最終的邊緣，以形成第一和第二帶材的平的端部表面。
在某些實(shí)施例中，對組合帶材進(jìn)行射線照相探傷。在某些實(shí)施例中，對卷繞管進(jìn)行射線照相探傷。
在某些實(shí)施例中，第一和第二帶材的厚度相等。
按照本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明涉及卷繞管產(chǎn)品，它包括相同外徑的第一管形部分；相同外徑的第二管形部分；和連接第一管形和第二管形部分的螺旋焊縫，以形成連續(xù)長度的管子，它具有縱向接縫，其中螺旋焊縫開始和終止均在縱向接縫處，和其中在螺旋焊縫和縱向接縫之間的每個(gè)交叉點(diǎn)，螺旋焊縫相對于連續(xù)長度管子的縱向成銳角傾斜。
下面通過附圖及實(shí)施例說明本發(fā)明，附圖中
圖1是常規(guī)對頭焊接的透視圖；圖2是常規(guī)螺旋焊的透視圖；圖3a-3c表示常規(guī)單斜面焊縫的結(jié)構(gòu)；圖4a-4c表示按照本發(fā)明實(shí)施例的雙斜面焊縫的結(jié)構(gòu)；圖5是頂視圖，表示帶材橫向焊縫射線照相探傷的結(jié)果；圖6是頂視圖，表示帶材單斜面焊縫射線照相探傷的結(jié)果；圖7是頂視圖，表示帶材雙斜面焊縫射線照相探傷的結(jié)果；圖8a-8b是示意圖，表示按照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的組合帶材的形成過程；圖9a-9b是示意圖，表示按照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的連續(xù)卷繞管材的形成過程；圖10是頂視圖，表示管的對接焊縫射線照線照相探傷的結(jié)果；圖11是頂視圖，表示管的常規(guī)螺旋焊縫射線照相探傷的結(jié)果；圖12是頂視圖，表示管的雙斜面焊縫射線照相探傷的結(jié)果。
現(xiàn)結(jié)合附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
圖4a表示按照本發(fā)明實(shí)施例的雙斜面焊縫。待連接的兩帶材15A，15B相對于帶材的縱向Z和相對于垂直方向Y切成互補(bǔ)的銳角。其結(jié)果是，帶材15A，15B的端部表面位于PA，PB平面，該兩平面是這樣確定的，即由各沿著帶材的頂部表面并與帶材的縱向Z成銳角θ1A，θ1B的第一線L1A，L1B，和沿著各帶材的邊緣表面并與帶材的縱向Z成銳角θ2A，θ2B的第二線L2A，L2B所限定的，各銳角優(yōu)選為45°。
用帶鋸或類似的工具在雙斜面處切割每個(gè)帶材的末端部分，或用大剪刀或帶鋸以與縱向Z成45°切割每個(gè)帶材，然后，相對于垂直方向Y銑削每個(gè)端面，以形成第二個(gè)45°角，從而能夠形成帶材15a和15b的互補(bǔ)的平端部表面PA，PB。
一旦形成互補(bǔ)的平端部表面，將帶材15A和15B對接一起，并將接頭片17A，17B點(diǎn)焊于帶材，如圖4b所示。然后，用等離子弧焊機(jī)9或類似的，以與垂直方向成45°的夾角對接頭進(jìn)行焊接。這樣形成雙斜面焊縫19，它與帶材的縱向Z成45°和與垂直方向Y成45°(見圖4c所示)。
現(xiàn)結(jié)合圖8和9描述按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例形成連續(xù)卷繞管材的全過程。參見圖8a-8b，用顎口送料機(jī)從卷筒23拉下所要求尺寸的帶材21A。由于通常購得的是大板材，然后切割成所要求的寬度成帶材，帶材通過多輥壓延機(jī)27以除去由于切割帶材所引起的邊級損傷。然后，用帶鋸29以與帶材的縱向成45°的角切割帶材21A的端部。一旦完成切縫，帶材21A的端部移至銑邊器31，對垂直切縫銑削出45°，即相對于帶材的垂直軸線成45°進(jìn)行銑削。然后，帶材21A的經(jīng)銑切端部前進(jìn)到焊接工位33，在那里與已由帶鋸29和銑邊器31所形成的帶材21B的互補(bǔ)的端部對接。
用活塞夾緊裝置35A，35B將對接的端部在原位固定，并且將接頭片37a，37b點(diǎn)焊于帶材的邊緣。然后，用焊機(jī)39從接頭片37a開始到接頭片37b結(jié)束完成焊縫，即沿著帶材21A和21B之間的雙斜面接頭進(jìn)行焊接。焊機(jī)39優(yōu)選用等離子弧焊機(jī)，但也可以用鎢極惰氣保護(hù)焊機(jī)(TIG)或閃光電焊機(jī)。焊機(jī)39沿著與帶材的縱向成45°角和相對于帶材的垂直軸線成45°角傾斜的軌跡移動(dòng)，所以，隨著接頭雙斜面的平面移動(dòng)。焊接熱聚集床41設(shè)置在接頭的下面，它包括青銅或紫銅板以聚集焊接熱量。
一旦完成焊接，接頭前進(jìn)通過研磨頂部和底部的磨機(jī)43，以便從接頭的頂部和底部表面去掉多余的焊縫材料。如果帶材21A和21B的厚度相同，研磨的結(jié)果是得到在接頭的區(qū)域內(nèi)是相同的平面頂部和底部。在帶材厚度不相同的情況下，例如，制造斜焊縫的長材，研磨后在接頭的附近將產(chǎn)生平的底部表面和“斜面的”頂部表面。尤其是，在按照本發(fā)明的斜焊縫的長材形成階梯的接頭，在焊接過程中，在接頭的頂部表面必須留下足夠多的焊縫材料，以便通過研磨去掉多余的焊縫材料時(shí)形成平滑、連續(xù)的表面。
在研磨后，接頭前進(jìn)到射線照相探傷裝置45，它利用X射線，超聲波和/或磁粉探傷技術(shù)對接頭進(jìn)行檢查。在這階段，若是簡單的橫向焊縫，在垂直方向受到射線照相探傷的檢查，檢查的結(jié)果在圖上所示的是直線的焊縫，如圖5所示。類似地，如果檢查在帶材上現(xiàn)有技術(shù)圖3b的斜面焊縫，所得到的結(jié)果僅僅是直線(見圖6)。由于從這些圖不能看出焊縫的實(shí)際內(nèi)部情況，在檢查過程中，焊縫中的各種缺陷可能未查出。如果在垂直方向檢查本發(fā)明的焊縫，可獲得圖7所示的結(jié)果，即從單一觀察可以檢查全部的焊縫。因此，本發(fā)明的焊縫，可以大大地改善對帶材焊縫的檢查。同樣，例如，若是用超聲波檢查，沿與斜面焊縫的相對的方向，以與垂直方向成45°角進(jìn)行檢查，可以獲得焊縫完全垂直方向檢查。因此，通過檢查，在焊接中沒有查到可能存在的缺陷的情況是大大地減少。
在檢查過程之后，將接頭片37A，37B剪切去，并且用磨邊機(jī)47研磨。邊緣磨光后，用加熱輥41將焊縫輥平，并將最后所得到的帶材卷在展卷輪51上。
參見圖9a-9b，將展卷輪51轉(zhuǎn)移到管子成形流水線上，組合帶材21C供給到管子成形裝置53。通過多個(gè)模具和輥55以及用焊機(jī)57焊接縱向縫，從而使帶材成形為管子21T。最好，在新形成的管子內(nèi)裝上火焰清理器58，從管子的內(nèi)部除去多余的焊縫材料。然后，將管子21T通過火焰清理器59，以便除去管子外部多余的焊縫材料，并通過焊縫退火爐61，用于對縱向焊縫退火。優(yōu)選的退火爐61包括兩水平板61A，61B，對靠近于縱向焊縫的管子頂部進(jìn)行加熱，以確保對焊縫的合適處理。
已加工好的管子21T通過無損探傷檢驗(yàn)(NDT)裝置63，優(yōu)選的包括渦流試驗(yàn)裝置，它為全部管子的完整性提供穩(wěn)定的檢驗(yàn)。然后，管子通過整體的退火裝置65，它包括螺旋形加熱旋線圈67，并通過冷卻槽69，管子經(jīng)冷卻后卷繞成管卷71。
一旦完成所要求長度的金屬卷繞管的加工，可以要求用X射線或其它技術(shù)進(jìn)行焊縫檢查。如果垂直地檢查具有縱向焊縫75和對接焊縫77(按圖1現(xiàn)有技術(shù)制成的)的管子73，將獲得圖10所示的結(jié)果。顯然，該圖對焊縫77的狀況提供較少的信息。如果以同樣的方式檢查按圖3a-3b現(xiàn)有技術(shù)制成的具有螺旋焊縫79的管子73，可獲得圖11所示的結(jié)果。該圖對焊縫狀況所提供的信息比圖10的多。如果檢查具有按照本發(fā)明形成的焊縫81的管子73，可獲得圖12所示的結(jié)果。顯然，它可以檢查實(shí)質(zhì)上焊縫的全部表面。因此，在檢查的區(qū)域內(nèi)，大大地增強(qiáng)了焊縫的可檢查性，而且檢查出焊縫缺陷的概率得到大大地提高。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的雙斜面焊縫還具有其它優(yōu)點(diǎn)。尤其是，現(xiàn)有技術(shù)的垂直焊縫在研磨頂部和底部表面后，保留的焊縫材料量只限于帶材的厚度。然而，按照本發(fā)明的雙斜面焊縫，在焊縫留下比現(xiàn)有技術(shù)多約20％或更多的焊縫材料。
上面已經(jīng)詳細(xì)描述了各種實(shí)施例，本發(fā)明不局限于此，而只是由所附的權(quán)利要求書的范圍來限定。
權(quán)利要求
1.一種從第一帶材和第二帶材形成卷繞管的方法，所說的第一帶材和第二帶材的寬度相同，該方法包括以下步驟在所說第一帶材的末端形成平的端部表面，所說平的端部表面的平面是由沿著所說第一帶材相對于第一帶材的縱向成銳角的，頂部表面的直線，和沿著第一帶材相對于第一帶材的縱向成銳角的，邊緣表面的直線限定的；在所說第二帶材的末端形成平的端部表面，所說平的端部表面是由沿著所說第二帶材相對于第二帶材的縱向成銳角的，頂部表面的直線，和沿著第二帶材相對于第二帶材的縱向成銳角的，邊緣表面的直線限定的；形成組合帶材，即將所說第一帶材平的端部表面與第二帶材的平的端部表面焊接以形成雙斜面焊縫，所說的雙斜面焊縫延伸超過組合帶材的頂部，底部和側(cè)面表面；從組合帶材的頂部，底部和側(cè)面表面除去多余的焊縫材料，使焊縫的寬度為第一和第二帶材的寬度相同，沿著組合帶材的底部表面形成平的表面，和形成連接第一和第二帶材的頂部表面的光滑，連續(xù)的表面；和從組合帶材形成管。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是，所說的每個(gè)銳角近似為45°。
3.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是，所述的組合帶材在形成為卷繞管前，盤卷到展卷輪上。
4.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是，使用焊接裝置以形成雙斜面焊縫，該焊接裝置轉(zhuǎn)成角度，以便能移動(dòng)通過雙斜面焊縫的平面。
5.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是，在雙斜面處，通過切削以形成第一和第二帶材的平的端部表面。
6.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是，在單斜面處通過切割并銑削最終的邊緣，以形成第一和第二帶材平的端部表面。
7.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是，還包括對組合帶材進(jìn)行射線照相探傷的步驟。
8.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是，還包括對卷繞管進(jìn)行射線照相探傷的步驟。
9.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是，所說的第一和第二帶材的厚度相同，并且其中所說連接第一和第二帶材頂部表面的光滑，連續(xù)的表面是平面。
10.一種卷繞管產(chǎn)品，它具有可承受重復(fù)盤卷和拆卷應(yīng)力的裝置，所說的卷繞管產(chǎn)品是由第一帶材和第二帶材制成，第一和第二帶材的寬度相同，所說的卷繞管通過下述步驟制成的在所說第一帶材的末端形成平的端部表面，該平的端部表面的平面是由沿著第一帶材，它相對于第一帶材的縱向成銳角的，頂部表面的直線，和沿著第一帶材相對于第一帶材的縱向成銳角的，邊緣表面的直線限定的；在所說第二帶材的末端形成平的端部表面，該平的端部表面是由沿著第二帶材相對于第二帶材的縱向成銳角的，頂部表面的直線，和沿著第二帶材相對于第二帶材的縱向成銳角的，邊緣表面的直線限定的；形成組合帶材，即將第一帶材平的端部表面與第二帶材平的端部表面焊接，以形成雙斜面焊縫，所說的雙斜面焊縫延伸超過組合帶材的頂部，底部和側(cè)面表面；從組合帶材的頂部，底部和側(cè)面表面除去多余的焊縫材料，使焊縫的寬度與第一和第二帶材的寬度相同，沿著組合帶材的底部表面形成平的表面，連接第一和第二帶材的頂部表面形成光滑，連續(xù)的表面；和從組合帶材形成卷繞管產(chǎn)品。
11.按照權(quán)利要求10的產(chǎn)品，其特征是，所說的每個(gè)銳角近似45°。
12.按照權(quán)利要求10的產(chǎn)品，其特征是，所說的組合帶材在形成卷繞管前，盤卷到展卷輪上。
13.按照權(quán)利要求10的產(chǎn)品，其特征是，使用焊接裝置形成雙斜面焊縫，該焊接裝置轉(zhuǎn)成角度，以便能移動(dòng)通過雙斜面焊縫的平面。
14.按照權(quán)利要求10的產(chǎn)品，其特征是，在雙斜面處通過切割以形成所說第一和第二帶材的平的端部表面。
15.按照權(quán)利要求10的產(chǎn)品，其特征是，在單斜面處通過切割和銑削最終的邊緣，以形成所說第一和第二帶材的平的端部表面。
16.按照權(quán)利要求10的產(chǎn)品，其特征是，還包括對組合帶材進(jìn)行射線照相探傷的步驟。
17.按照權(quán)利要求10的產(chǎn)品，其特征是，還包括對卷繞管進(jìn)行射線照相探傷的步驟。
18.按照權(quán)利要求10的產(chǎn)品，其特征是，所說的第一和第二帶材的厚度相同，并且其中所說連接第一和第二帶材的頂部表面的光滑，連續(xù)的表面是平面。
19.一種卷繞管產(chǎn)品，包括相同外徑的第一管形部分；相同外徑的第二管形部分；一螺旋焊縫連接所說第一管形部分和第二管形部分，以形成連續(xù)長度的管子，所說的連續(xù)長度的管子具有縱向接縫；其中螺旋焊縫的開始和終止均在所說的縱向接縫處，并且其中在螺旋焊縫和縱向接縫之間的每個(gè)交叉點(diǎn)，所述的螺旋焊縫相對于連續(xù)長度的管子的縱向成銳角傾斜。
全文摘要
一種雙斜面焊縫，用于連接帶材形成卷繞管。由第一帶材(15a)和第二帶材(15b)形成管子，第一和第二帶材的寬度相同。在第一帶材的末端形成平的端部表面(Pa)。類似地，在第二帶材的末端形成平的端部表面(Pb)。通過第一帶材平的端部表面與第二帶材平的端部表面的焊接，以形成雙斜面焊縫，從而構(gòu)成組合帶材。然后，從組合帶材的頂部，底部和側(cè)面表面除去多余的焊縫材料，以致焊縫的寬度與第一和第二帶材的寬度相同。然后，由組合帶材形成金屬卷繞管。
文檔編號B21B15/00GK1136290SQ94194339
公開日1996年11月20日 申請日期1994年12月2日 優(yōu)先權(quán)日1993年12月3日
發(fā)明者羅伯特·E·斯塔格 申請人:優(yōu)質(zhì)管材有限公司