专利名称：一种扩胀成型的承插式柔性接口钢管的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种管材，特别是一种钢管。
管道是输送介质最快捷、经济和可靠的方法，天然气、水、石油、煤块等都可以通过管道来输送。随着经济的发展，管道的使用量越来越大，管径也越来越粗，如上海市的长江引水工程就使用DN2.7米的钢管，而广州市的西北江输水工程，则拟使用DN3米的钢管。
目前管道的主要管材有塑料管，水坭管、铸铁管及钢管等，这些管材，都存在有各自的问题。其中塑料管抗压差，水坭管重量大、质量差，铸铁管强度低并有直径限制等。相比之下，钢管在质量方面，大大优于上述其它管材，因此被广泛使用，尤其在大直径的管道中，由于钢管具有强度高、韧性好、重量轻、能承受很高的内压等优点而成为首选的管材。但在应用上，随着选用管径的越来越大，钢管的接口安装存在的工艺复杂、效率差、施工成本重、影响接口质量因素较多等弱点也就更加明显，成为制约钢管管道发展的最重要的因素。
目前钢管接口形式主要有螺纹连接、佛兰连接及焊接连接等，其中螺纹连接只适用于小直径钢管，而佛兰连接虽然质量可靠而且适用于较大直径的钢管，但需增加佛兰等配件，成本很高，难以普遍使用。焊接连接是指通过焊接工艺，使钢管实现连接。这种方法在中大型直径钢管管道中普遍使用，但由于接口是现场人工焊接，所以存在工艺复杂落后、焊接工人劳动强度大、施工效率低、焊缝质量受环境、天气及操作者的操作质量直接影响以及接口的焊缝无法消除残余应力，当地形、温度或载荷发生变化，有缺陷的接口焊缝就会出现应力集中，这是钢管通常出现爆裂事故的主要原因。在国外，为了提高接口的质量，在一些重要的接口，也有采用外加套管焊接接口的方法(如图1所示)。这种方法是把原接口的对接焊缝变搭接焊缝，所以接口的强度得到一定的提高，但必须增加套管及增加近3倍的焊缝焊接的工程量，使施工成本明显增加、工效更低。因此没有被大量使用。此外，由于这同样是一种刚性连接，当地基变化时，管道承受的外力仍然无法消除。
承插式柔性接口连接，在水坭管和铸铁管中普通使用，它具有安装方便、工效高和施工质量容易保证等优点。在钢管与这些管的连接口，通常也用钢制的承插接头作为过渡连接，这种钢制的承插接头，过去只能采用将钢板铆焊成承插头形状，再用车床车制的生产工艺，所以生产成本昂贵，通常只能在水坭管或铸铁管与钢管的转换接口处使用。因此如何能采用低成本，把每条钢管都制成具承插式接口的钢管，从根本上解决大型钢管的安装薄弱环节，充分发挥钢管管材的优势，这是钢管管道发展的方向。
本实用新型的目的，是提供一种制造成本低、成型精度高、安装效率高、安装质量好、无需焊接的扩张成型的承插式柔性接口钢管。
本实用新型的上述目的是这样实现的一种承插式柔性接口钢管(如图3所示)，由连成一体的承头(4)、管体(7)和插头(5)构成。承头(4)的内径大于插头(5)的外径，承头(4)前端有一段过渡园锥面(6)，其作用是在安装管道时，导向插头(5)插入和方便具弹性的密封胶圈(3)滑入承头(4)的密封工作面，插头(5)上设有前支承介子(1)和后支承介子(2)各一个，在两者间，还套有一密封胶圈(3)，密封胶圈(3)的内径稍小于插头(5)的外径，其外径则稍大于承头(4)的内径。前支承介子(1)在插头(5)插入承头(4)的安装过程中既可起导入作用，又可保护密封胶圈(3)，避免碰压损坏。此外，前支承介子(1)还起着承受管段的径向力及调整承头(4)和另一条钢管的插头(5)之间空隙的作用，使密封胶圈(3)在前支承介子(1)和后支承介子(2)之间，通过弹性变形，达到紧密封闭的作用。后支承介子(2)是为了防止密封胶圈(3)在安装和使用过程中轴内滑移。
本实用新型的安装方法如下
(1)将密封胶圈(3)放进清理干净的准备安装管的插头(5)的前支承介子(1)和后支承介子(2)之间的间隔内；(2)清洗已安装管的承头(4)并抹上润滑剂；(3)将安装管的插头端(5)对准放进另一条已放置好的安装管的承头(4)的过渡园锥面(6)内；(4)采用推力或拉力将安装管的插头(5)插进已安装管的承头(4)内；(5)检查承头(4)和插头(5)及密封胶圈(3)的套入尺寸；(6)回填土以固定钢管的位置。
钢管扩胀承插头的加工方法是通过对钢管的两端管壁施加扩胀压力，使其发生塑性变形，并按模具的尺寸扩胀成型。
综上所述，本实用新型有如下特点(1)直接对钢管扩扩胀成型；(2)承插头不用机加工；(3)属插入式柔性接口钢管；(4)带前后支承介子的新型插头结构；(5)管道可在水淹状态下进行安装；(6)在管道转角、三通和堵头的管段经过增加的焊接处理后，可不设止推力固墩。
本实用新型有如下优点(1)加工快捷，生产工艺简单、可靠；(2)加工成本低、成型精度高；(3)成型强度、刚性比原直身钢管高；(4)扩孔过程也是对钢板及其焊缝质量的检查过程，有效保证产品的质量；(5)安装容易，密封可靠，安装质量好；(6)具有良好的抗震性；(7)安装工效高，施工成本低；
(8)经济实用，是目前最优的管材。在一般的钢管生产线上，只需增加扩胀工序，便可将传统的直身钢管升级为新一代的理想新管型，彻底解决钢管安装存在的薄弱环节。
图1为目前较先进的钢管焊接法——加套管的焊接接口示意图；图2为目前普遍使用的钢管焊接法——对接焊接接口示意图；图3为扩胀承成型插式柔性接口钢管的结构及连接示意图；图4为内模具扩胀成型法示意图；图5为外模具扩胀成型法示意图。
1.前支承介子，2.后支承介子，3.密封胶圈，4.承头，5.插头，6.承头过渡锥形面，7.钢管管体，8.扩孔头，9.内模具，10.液压缸，11.液压缸轴，12.工作底座，13.外模具，14.橡胶皮囊，15.输液管。
实施例1(如图4所示)一种由连成一体的管体7、承头4和插头5构成，直径2.4米的钢管，使用厚度16毫米的Q235B钢板材料焊接而成，扩胀承口的长度为25厘米，经计算，加工承头4的最大扩胀力为423吨，液压缸工作的最大拉力为199吨(摩擦系数取0.16)，具体的生产程序如下A.承头4的加工。先把钢管的一端套在承头内模具9外，再将锥度为14度的园锥形扩孔头8插于内模具9中央，由于液压缸轴11与扩孔头8连接在一起，因此，当启动液压缸10时，园锥形扩孔头8向下移动，通过其锥面，迫使由多块扩孔块组成的承头内模具9径向扩大，使套在外围的钢管壁产生的拉伸应力，超过材料的屈服极限而产生塑性变形。当扩孔头8下移到相应位置，使钢管端部，按内模具9的尺寸扩胀成承头4。最后，通过液压缸10，使扩孔头8上移复位，并将已扩孔成型的半成品管吊离。
B.插头5的加工。首先将钢管的另一端的适当位置，先后套上内径与钢管外径成动配合关系的前支承介子1和后支承介子2，两者之间的距离，应与密封胶圈3的宽度配合，其余的工序基本同承头4的加工，只是将承头4的内模具9，改为插头的内模具9，由于两支承介子是选用屈服极限比钢管高的材料，当内模具9在液压缸10的作用下，进行扩胀后，前支承介子1和后支承介子2即与钢管的外壁实现胀接。
实施例2(如图5所示)拟加工的钢管直径、采用的钢板的材料和规格以及扩胀承口的长度，同实施例1，只是采用外模具实施扩胀成型，采用外模具13，必须配合橡胶皮囊14，并通过输液管15在橡胶皮囊14中，输入压力液体，经计算，采用外模具13对上述规格的钢管实施扩胀，其液压泵的工作压力应大于7.1Mpa。具体的生产程序如下(1)把前支承介子1和后支承介子2装入钢管7的插头端；(2)把橡胶皮囊14装入钢管7的空腔内；(3)把钢管7整体(或分级)放进外模具13内；(4)启动液压泵；(5)往橡胶皮囊14内注入压力液体；(6)利用液体将橡胶皮囊14胀大，迫使钢管7的两端胀大并贴合于外模具13上成型；(7)拆开外模具13，吊出成品钢管。
权利要求1.一种扩胀成型的承插式柔性接口钢管，其特征在于钢管管体(7)的两端分别有与之连成一体的承头(4)和插头(5)，其中承头(4)的内径比插头(5)的外径大、承头(4)的端部有一段过渡园锥面(6)，插头(5)有固定在其上的前支承介子(1)和后支承介子(2)各一个，在前支承介子(1)和后支承介子(2)之间，有一安装前套上的具弹性的密封胶圈(3)，前支承介子(1)和后支承介子(2)的外径与承头(4)的内径相配合，密封胶圈(3)的内径稍小于插头(5)的外径，其外径则稍大于承头(4)的内径。
专利摘要一种扩胀成型的承插式柔性接口钢管,其特点是由于具承头和插头,因此在连接时,无需通过焊接,只需将钢管的插头插进另一根钢管的承头,便可实现密封连接。这种钢管的承头和插头是利用模具,通过扩胀的方法制造的,它具有制造和安装成本低,效率高,质量好等优点,特别适合用于超大型钢管的连接。
文档编号F16L21/02GK2405101SQ00227348
公开日2000年11月8日 申请日期2000年2月16日 优先权日2000年2月16日
发明者程金煦 申请人:程宇鸣