CN1267246A - 用于管件非晶态连接的装置 - Google Patents

Abstract

一种用于管件非晶态连接的装置包括:一夹紧部件(104、105、106、107),这些夹紧部件用于使一对端部将要被连接的管件(112、113)保持轴向对中;一加工装置(110),包括一主体,该主体上设置有一对间隔开的切割装置,在使用时,切割装置使管件的相邻端部成形,从而使成形的端部基本相互平行;及一个电感线圈,用于加热管件的成形端部,同时使成形的端部相互抵靠,并通过夹紧部件使管件保持轴向对中。

Description

用于管件非晶态连接的装置

本发明涉及一种用于管件非晶态连接的装置。

非晶态连接可在汽车工业上用于部件的连接，如欧洲专利申请No.418606所述，这种连接方法用于连接管件。要被连接的表面一般要被研磨，以使其基本平行。接着，在两个表面之间***一层特殊合金的薄膜，然后将两个部件抵靠在一起，并在一预定的时间段内对接头附近加热。最终形成的接头非常牢固，而且接头的冶金性能在整体上比较均匀。

目前，要被连接的表面一般通过设置有加工头(working head)的机床被研磨平行，加工头的两侧设置有砂轮。使用时，机床在要被研磨的表面之间沿一导轨定向。

很久以来，在油气井的建造、维护和维修方面就存在着使用非晶态连接的方法来连接管件的需要。应该知道：由于在钻井过程中所产生的蒸汽极其危险，而且许多油气储量的勘测都是在深海及恶劣的天气下在来回摆动的海上平台上进行的，因此就会产生许多技术问题。

本发明所要解决的问题就是如何形成在非晶态连接前和连接过程中其直径可能在15cm至105cm之间变化的管件表面并使所述管件表面对齐。

现有技术的解决方案并非可行，其原因如下。首先，如果采用小直径的砂轮，那么由于陆地钻井设备和海上平台都是活动的，因此不可能以足够的精度围绕管件移动磨具。

如果采用大直径的砂轮，那么机床的加工头也将很大，而且在井架上操作机床所产生的困难也很多。

本发明着手解决管件端部的对中、形成问题和从不同角度实现非晶态连接对中的问题。

本发明提供一种用于管件非晶态连接的装置，该装置包括：

-一夹紧组件，该夹紧组件用于使一对端部将要被连接的管件沿大体上的轴向对中；

-加工设备，其包括一主体，该主体包括一对轴向隔开的切割装置，在使用过程中形成所述管件的所述相邻端部，从而使成形的端部大体平行；

-一电感线圈，用于加热管件的成形端部，同时通过夹紧组件使成形的端部相对抵靠并使管件沿大体上的轴向对中。

每个切割装置最好包括至少两个刀片，其中一个刀片要比另一个刀片宽，并且被设置成由较窄的前部刀片开始切割，由较宽的刀片完成切割的形式。

所述主体可被设计成能够沿管件的端部滑动，或者是一个由两部件组成的结构，用于安装在要被切割的管件周围。这种由两部件组成的结构是优选的，因为其能够将包括失效接头的管体部分快速截掉。

可以看到：使用对开框架式切割装置是公知的，例如由英国切尔西SK11 7BD，Macclesfield的Wachs有限公司制造并销售的切割装置。这种公知的切割装置基本包括两个可围绕管件安装的对开部件。这种公知的切割装置仅包括一个刀片，该刀片被气体动力源、液压动力源或电源所驱动，以切割管件。

尽管管件可以被顺序地切割，但最好通过本发明的装置使其同时被切割。我们还希望在切割一个管件之前不久即开始另一管件的切割。后者的安排方式具有以下优点：下部管的初始切割使相关的切割部件定位，从而当开始切割另一管件时，起到导向的作用。

电感线圈最好装配有一个用于夹持至少一个所述管件的对中装置，该对中装置相对所述电感线圈固定不动；而且该对中装置包括可在导轨上移动的滚轮，而所述导轨固定于支承框架上。

所述对中装置最好包括多个弹簧加载的臂，这些臂包括对心滚轮。

对中装置也可包括多个偏心轮，这些偏心轮可以被电机同步驱动，该对中装置包括两个对开部分，每个对开部分都包括至少一个偏心滚轮。

此外，电感线圈最好包括至少两个分开的不同部件，该装置还包括一个外壳，该外壳包括至少两个分开的不同部件，每个部件都包括所述电感线圈之所述部件中的至少一个部件，在使用时，这些部件抵靠在一起，以在非晶态连接过程中围绕加热线圈和所要连接的管件之端部形成一个密封罩式的气体腔室。

为更好地理解本发明，现参照附图，通过实施例对本发明进行说明，其中：

图1为根据本发明装置的一个实施例的立体图，该图示出了恰在切割操作之前各个部件的状态；

图2为切割装置示意性的侧视图，图中示出了根据本发明的切割工艺的原理；

图3示出了用图2的切割装置除去包含失效接头的管体部分的示意图；

图4为完成切割工序时通过图1所示之装置的一部分的垂直剖视图；

图5示出了图1所示的非晶态连接机之加热线圈的对中装置的放大视图，图中局部为剖视图；

图6为图1所示的非晶态连接装置的加热线圈的对中对心装置的底部平面视图，图中局部为剖视图；

图7为根据本发明装置的加热线圈的对中装置第二实施例的侧视图；

图8为图7所示装置的顶部平面视图；

图9为图1所示装置的对开式加热线圈的放大视图；

图10为图9之视图的局部放大图；

图11为一个与图10类似的视图，但图中示出了另一加热线圈部件处于打开位置上；

图12为一个与图11类似的视图，图中示出了加热线圈部件处于夹紧位置上。

参照图1，图中示出了根据本发明的非晶态连接装置。

整体上由附图标记100表示的装置包括一支承框架102，该框架固定于滚轮103上，而滚轮103可沿设置于沟槽(未示出)内的导轨移动。

支承框架102设置有一个夹紧部件，该夹紧部件包括四个夹具104、105、106、107，这四个夹具被设置成下部的一对夹具104、105和上部的一对夹具106、107。夹具106、107可通过两个活塞和液压缸组件108、109升高或降低。

一切管机110装配在一个支架上，而该支架又安装在支承框架102上。下文将对切管机110进行详细的说明。但就此而言，应该理解：在使用过程中，下部管件112将被固定在卡瓦(未示出)中。下部管件112的顶部被夹具104和105所紧固，而上部管件113以与下部管件112沿大体的轴向对中的方式被夹具106、107所紧固。

水平平面内的夹具106、107的位置可通过微调装置来调整，以保证上部管件113与下部管件112沿大体的轴向对中。

在切割操作之前，活塞和液压缸组件108、109被驱动，从而使上部管件113从图1所示的位置下降，直到下部管件112与上部管件113的相邻表面间隔约20mm。

此时，切管机110移动并围绕图示的接头固定。切管机110为改进的Wachs对开式框架切割机，这种切割机由英国切尔西SK11 7BDMacclesfield的Wachs有限公司制造。标准的Wachs对开式框架切割机仅具有一个切割装置，当该装置起动时，仅在一个位置切割管件。

相反，如图2所示，根据本发明装置的切管机110包括两个切割装置116、117，这两个切割装置间隔40mm并装配在一个公共的机体118上。

为便于切割作业，每个切割装置116、117都设置有两个刀片，其中一个刀片要比另一个刀片宽。较窄的刀片，例如宽度为3.6mm的刀片可用于初始切割，而较宽的刀片例如宽度为4mm的刀片可被设计成紧随窄刀片之后对边缘进行精加工。

当切管机110被驱动时，其将分别切去下部管件112和上部管件113的端部119、120，形成由切割装置116和117所示的平行表面121和122。应该知道：不论切管机110的方向如何，表面121和122都将保持平行，尽管正常的工艺操作要求表面121和122应该垂直于下部管件112和上部管件113的纵向轴线。

一旦形成表面121和122，那么就可在两个表面之间***一层适当的合金薄膜。接着，通过使用活塞和液压缸组件108、109而使表面121和122抵靠在一起，同时使用如图5-9所示的电感加热装置对接头区域加热。该工艺形成了非晶态连接，这种连接还将在后面的流程中被检测。如果接头不合格，那么切管机110将围绕接头重新固定于管件上，并切去管件的一段，如图3所示。

参照图4，切管机110包括两个对开部分123和124，这两个对开部分围绕下部管件112相互固定在一起。切管机110包括一下部部件125，该下部部件125设置有多个部分126，每个部分126的径向位置可通过所设置的螺钉127来调节。各个部分126的位置被设定，从而当两个对开部分123和124固定到一起时，切管机110紧紧固定在下部管件112上。

多个滚轮128被装配在下部部件125上，以允许支架129相对下部管件112转动。

两个切割装置116、117装配在支架129上。切割装置116包括两个刀片，在图4中只能看到其中的一个刀片。类似地，切割装置117也包括两个刀片，在图4中也只能看到其中的一个。

如图4所示，与切割装置117相比，切割装置116距支架129的距离更远一些。

使用时，支架129相对下部部件125转动。这种转动可以以任何便利的方式实现，例如通过主体装配在下部部件125上的小型液压马达来实现支架的转动，这种液压马达可用于使与支架129上的轨道相啮合的小齿轮转动。应该理解：在进行切割操作时，刀片径向向里移动。这种动作可通过任何便利的手动或自动推移机构来完成。

参照图5和6，图中示出了根据本发明用于使电感线圈与管件对中的装置。该装置整体上由附图标记20表示，其包括一第一组件12和一第二组件14。

第二组件14包括一外壳23，在外壳23内容纳着用于使电感线圈26、28产生大电流的装置24。该装置24被刚性连接到防爆外壳23上。外壳23被刚性连接到防爆的双层壁壳体的一个对开部分25上，该对开部分内容纳着电感线圈26、28的一个对开部分。

第一组件12包括防爆的双壁壳体的另一对开部分27和电感线圈的另一对开部分28。第一组件12安装于液压缸15的一端上。液压缸15的另一端连接到支承框架102(见图1)上。

外壳23装配于滚轮29上，滚轮29可沿刚性连接到支承框架102上的轨道22滚动。

外壳23还被刚性连接到一个对中装置30上。该对中装置30包括两个臂31和32，每个臂分别包括对心滚轮33和34。臂31和32分别通过销36和37活动连接到对中装置30的壳体35上。臂31和32通过弹簧(未示出)相对偏压。另一对心滚轮38在臂31和32之间设置于壳体35上。

一液压缸21通过一吊耳39连接到外壳23的一端上，液压缸21的另一端被连接到支承框架102上。

使用时，如图1所示支承框架102被推向下部管件112。上部管件113被下降到适当的位置上。在该步骤，可对下部和上部管件112、113的端部进行切割加工。当需要连接下部管件和上部管件112、113时，第二组件14通过液压活塞21被推向下部管件112。第二组件14沿轨道22滚动，直到所有三个滚轮33、34、38与下部管件112接合(如图6所示)。当第二管件14朝下部管件及上部管件112、113移动时，设置于臂31和32之端部上的滚轮33和34沿下部管件112滚动。现在，第二组件14相对下部管件112保持在固定的位置上。此时，第一组件12可通过活塞15移动并与第二组件14接合(如图1所示)。防爆壳体25、27的两个对开部分和电感线圈26、28的两个对开部分相互协作，对环绕电感线圈26、28的空间进行密封，并允许电流流过电感线圈26、28。现在，开始连接工序。完成连接工序之后，活塞15缩回，同时使第一组件12缩回。活塞21伸出，以使第二组件14缩回。对中装置30从与下部管件112的接合中脱出。

参照图7和8，图中示出了本发明的加热线圈及对中装置的第二实施例，其整体上由附图标记220表示。装置220包括一第一组件212和一第二组件214。

第二组件214包括一外壳223，在壳体223内容纳着用于使电感线圈226、228产生大电流的装置。该装置被刚性连接到外壳223上。外壳223刚性连接到防爆壳体的一个对开部分225上，该部分内容纳着电感线圈26的一个对开部分。

第一组件212包括防爆壳体的另一对开部分227和电感线圈的另一对开部分228。第一组件212装配于液压缸上，而液压缸又被连接到支承框架102上。

第二组件214可沿轨道(未示出)移动。外壳223安装于滚轮229上，滚轮229以类似于第一实施例的方式沿轨道滚动。

对中装置的一个对开部分230被刚性连接到防爆壳体之对开部分225的底座231之下。对中装置的另一半240被刚性连接到防爆壳体之另一对开部分227的底座241之下。对中装置的每个对开部分230、240都包括两个偏心轮232、233，242、243。每个偏心轮都设置有一与花键槽成一直线的孔，花键轴234、235、244、245与这些孔啮合。对中装置的对开部分230设置有液压活塞236、237，液压活塞236、237可转动地固定于吊耳238和239上。对中装置的另一对开部分240设置有吊耳246和247，用于固定所述的液压活塞236、237。

在使用时，支承框架102被移动到位，并被推向下部管件112。上部管件113被下降到适当的位置上。在该步骤，可进行图2-4所示的形成下部管件和上部管件之端部的各种操作。接着，第二组件214通过液压活塞(未示出)移动到更靠近下部管件112的位置上。第二组件214沿轨道滚动，直到偏心轮232和233接触下部管件112。第一组件212也通过液压活塞(未示出)移动到更靠近下部管件112的位置上。液压活塞236、237转过吊耳246、247，并使液压压力作用于活塞上，以使装置的两个对开部分230、240接合在一起。花键轴234、235、244和245通过一液压马达(未示出)转动，以使所述装置和电感线圈226、228相对下部管件112对心，同时保持下部管件与上部管件112、113平行。

现在开始连接工序。完成连接工序之后，活塞236、237伸出，并脱离吊耳246、247回转，活塞(未示出)也被缩回，以使第一和第二组件212和214缩回。

可以设想其它的修改和/或改进，例如外壳23、223可以是防爆的和/或双层壁。

参照图9和10，图中示出了围绕管件112(和113)之外壳的各个对开部分310、311容纳着线圈316分开的不同部分313、314、315。

线圈316包括一加热元件317，其径向的外表面设置有冷却槽318。加热元件317通过杆320和321连接到一个高频振荡器319上。

杆320被连接到设置有一吊耳323的部分322上。吊耳323由坚固的黄铜制成，而且还包括一镀银的接触表面324。

部分315在其两端分别设置有一吊耳325、326。每个吊耳325、326都被连接到部分315上，而且也由坚固的黄铜制成，每个吊耳分别包括一镀银的接触表面327、328。最后，部分313的一端被连接到杆321上，而其另一端设置有一吊耳329，吊耳329上具有一镀银的接触表面330。

从图10中可看到，吊耳323、325；326、329抵靠在一起。这一点对几个方面非常重要，尤其是在使电阻最小化和防止产生火花方面具有重要的意义。

参照图10，吊耳323被一个装配在螺纹杆332一端上的绝缘体331所支承，其中螺纹杆332滑动安装在壳体333内。绝缘体331可通过所设螺钉334的转动而伸出和缩回。一装配在螺纹杆332上的螺母335限制了沿一个方向的移动。

吊耳329以类似于吊耳323的方式被支承，因此不再对支承设置作详细的说明。

吊耳325通过一个包括一绝缘体336和一活塞杆337的装置偏压于吊耳323上，其中活塞杆337滑动装配在套筒338内并与对开部分311固定在一起。活塞杆337的另一端与活塞339相连接，活塞339可通过将液压流体导入腔室340而伸出。

吊耳326设置有与吊耳325相类似的装置，因此不再对其进行详细的说明。

使用时，当将对开部分310、311固定到一起之后，吊耳323、325；326、329将处于彼此相对的位置上。此时，液压流体进入腔室340(和腔室341)内，以移动各个活塞杆并以所需的力使吊耳相互抵靠。

一旦将所需的力作用于吊耳上，那么就可以开始加热并完成非晶态连接。

在所述的实施例中，冷却槽318是由入口槽342、圆周槽343、344和345及出口槽346、水密接头形成的，当对开部分310和311连接在一起时，所述水密接头形成于圆周沟槽343与344、344与345之间。但如果需要，可由一个水冷却***对对开部分310内的部分343和345进行冷却，而另一对开部分内的部分344可由另一独立的水冷却***来冷却。

图11和12示出了对开式加热线圈的另一实施例。与图9和10所示的部件在功能上类似的部件以类似的附图标记来表示，但以“400”序列表示。

其主要区别在于：使吊耳423、425；426、429抵靠在一起的装置。在该实施例中，该装置包括一通过螺栓固定于对开部分410之底面上的底板450。一固定支架451装配于底板450上并支承吊耳423。一活动支架452可转动地装配在从底板450向上凸出的支柱453上。

一液压活塞-液压缸组件装配在底板450之下，并可在图11所示的打开位置与图12所示的关闭位置之间使活动支架452转动。这种设置具有以下优点：将吊耳固定到一起的力不会作用于两个对开部分410、411之间。

为清楚起见，在图11和12所示的实施例中，省去了线圈的水冷却***。

Claims (12)

1.一种用于管件非晶态连接的装置，包括：

-一夹紧组件，该夹紧组件用于使端部将要被连接的一对管件保持大体上的轴向对中；

-一加工装置，包括一主体，该主体上设置有一对轴向隔开的切割装置，该切割装置在使用时可使所述管件形成所述相邻的端部，从而使成形的端部基本平行；

-一电感线圈，用于加热管件之成形的端部，同时使成形的端部相对抵靠，同时所述管件通过所述夹紧部件保持基本轴向对中。

2.根据权利要求1所述的装置，还包括一支承所述夹紧部件、加工装置和电感线圈的支承框架。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：每个切割装置都包括至少两个刀片。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述刀片中的一个要比另外一个刀片宽，而且被设置成由较宽的刀片完成由前部刀片开始的切割。

5.根据权利要求1，2或3所述的装置，其特征在于：所述主体为一个由两部分组成的结构，该结构适于安装在要被切割的管件周围。

6.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：所述主体活动装配在所述支承框架上。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述电感线圈装配有一用于夹持至少一个所述管件的对中装置，该对中装置相对至少部分所述电感线圈保持固定不动。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于：所述对中装置包括一个装配在滚轮上的部分，所述滚轮可在安装于支承框架上的轨道上移动。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于：所述对中装置包括多个弹簧加载的臂，所述的臂包括对心滚轮。

10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于：所述对中装置包括多个偏心滚轮，这些偏心滚轮可被一电机同步驱动，而且所述对中装置包括两个对开部分，每个对开部分都包括至少一个偏心滚轮。

11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述电感线圈包括至少两个分开的不同部件。

12.根据权利要求11所述的装置，还包括一个外壳，该外壳包括至少两个分开的不同部分，每个所述部分都包括电感线圈的所述部件中的一个，在使用时，所述外壳的两个部分抵靠在一起，以在非晶态连接过程中围绕所述加热线圈和被连接的管件形成一个密封的护罩。

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