现场连接碳素钢燃气管道或不锈钢供水管道的感应加热钎焊方法和专用设备

摘要

本发明涉及一种现场连接碳素钢燃气管道或不锈钢供水管道的感应加热钎焊方法和专用设备，用于将多根直管(1)借助连接管件(2)在施工现场钎焊连接起来，其方法包括将待焊接的直管(1)插入连接管件(2)内，将一环形开口式感应圈(3)的口部张开并套住所述直管(1)与连接管件(2)的结合部位，然后使所述开口式感应圈(3)的口部闭合；令所述感应圈(3)内瞬间流通足够强度的高频电流，使所述直管(1)与连接管件(2)的结合部位产生涡流发热从而使钎料熔融借助毛细作用而流入在所述空隙内；断电并冷却使钎料在所述空隙内固化等步骤。同现有技术相比较，本发明具有工作效率高、焊接处密封性好、安全性高等优点。

说明书

技术领域    本发明涉及金属母材之间的焊接方法及其专用设备，特别是涉及借助高频加热在现场连接碳素钢燃气管道或不锈钢供水管道的感应加热钎焊方法和专用设备。

背景技术    现有技术的碳素钢燃气管道及不锈钢供水管道的连接一般采用螺纹连接并借助水胶布或别的材料做防漏处理，这种连接方式存在安装连接速度慢及防漏效果不好而存在安全隐患等缺陷。或采用氩弧焊连接不锈钢供水管道，但是氩弧焊工艺比较困难，隐蔽工程不能施工，不容易保证焊接质量，焊接处出现因密封不好而漏气或漏水的情形在所难免，存在质量隐患；而且，氩弧焊接过程中产生的焊尘焊烟及电流强光对人体健康造成影响，易导致职业病。

发明内容    本发明要解决的技术问题在于避免上述现有技术的不足之处而提出一种焊接加工效率高、焊接质量可靠，且减少损害人身健康的现场连接碳素钢燃气管道或不锈钢供水管道的感应加热钎焊方法，采用本发明方法现场钎焊连接的碳素钢燃气管道或不锈钢供水管道，密封性好，安全性高。

本发明要解决的另一技术问题在于提供一种上述钎焊方法所使用的专用设备。

本发明解决所述技术问题可以通过采用以下技术方案来实现：

提出一种现场连接碳素钢燃气管道或不锈钢供水管道的感应加热钎焊方法，用于将多根直管借助连接管件在施工现场钎焊连接起来，该方法包括如下步骤：

A.按照连接需要选配直管和连接管件；

B.将事先按照直管管径大小把钎料加工成环形的焊接环套在待焊接的直管预备插入连接管件的那一端上，并在直管该端的外表面，涂上一层膏状助焊剂；

C.将待焊接的直管插入连接管件内，并保证直管插入后，直管外壁与连接管件内壁之间留有空隙；使所述焊接环紧挨直管外壁与连接管件内壁之间的空隙，也即紧挨所述连接管件的端面；

D.将一环形开口式感应圈的口部张开并套住所述直管与连接管件的结合部位，然后使所述开口式感应圈的口部闭合；

E.令所述感应圈内瞬间流通足够强度的高频电流，使所述直管与连接管件的结合部位产生涡流发热从而使钎料熔融借助毛细作用而流入在所述空隙内；断电并冷却使钎料在所述空隙内固化，完成一处直管与连接管件的现场密封钎焊连接；

F.重复上述步骤A至步骤E，完成另一处直管与连接管件的现场密封钎焊连接；再多次重复步骤A至步骤E，即可将多根直管通过连接管件现场钎焊连接成燃气传输管道网或供水管道网。

所述直管插入后，直管外壁与连接管件内壁之间留有空隙为0.03～0.05毫米，经过多次试验证明，0.03～0.05毫米为保证碳素钢直管或不锈钢直管与管件的钎焊质量的最佳间隙距离。

所述直管为碳素钢燃气管道或者不锈钢供水管道的直管，所述连接管件为直通件、或三通件、或四通件、或弯头；在待焊接的直管插入连接管件内之前，所述直管的插入端做了缩口处理，或者所述连接管件的端部做了扩口处理。

本发明解决所述技术问题还要通过采用以下技术方案来进一步实现：

设计、使用一种现场连接碳素钢燃气管道或不锈钢供水管道的感应加热钎焊方法所使用的专用钎焊设备，包括高频电源、与该高频电源电路及水路连通的感应圈，以及与高频电源水路连通的冷却水箱；所述感应圈为开口式感应圈，包括两根与高频电源电缆作可拆卸连接的导电管材，该两导电管材各自靠近顶端的管段相向弯曲形成能夹住被加热管件的夹圈，所述两导电管材的顶端、也即两管段的顶端相互接触处各设置金属触点，还包括冷却水路循环用的绝缘冷却水管；所述两导电管材自各自的顶端向下、直至连接所述冷却水管处，均为双通道管材，同一根导电管材的双通道之间于该导电管材的顶端、也即靠近金属触点处是内部相通的，所述两导电管材之间于双通道结构的末端用所述冷却水管连通；所述开口式感应圈装置工作时，所述两导电管材内部冷却水的循环路线是：冷却水从一电源电缆流进一导电管材其中一通道，经该导电管材顶端返回流入该导电管材的另一通道，接着经由所述冷却水管流入另一导电管材的其中一通道，再经管材的顶端返回流经该管材的另一通道，最后流进另一电源电缆；所述夹圈下方还设有用于连接定位两导电管材的绝缘连接装置，该连接装置保证所述开口式感应圈在工作时，所述夹圈能夹住被加热管件。

所述连接装置包括前、后两块绝缘连接板，所述两导电管材被夹在所述两块连接板之间，在两连接板的两端用轴芯和轴套将两连接板连接固定，处于两连接板中间的两导电管材之间保证绝缘；所述连接板、轴芯和轴套均由环氧树脂材料做成；所述两管段下方的管段也为两段相向弯曲的弧形管段，该四段弧形管段共同围成一个底部开口的类“8”字形状；所述两管段之间放置有一弹性球体，所述连接板夹装于所述“8”字形的中腰处。

同现有技术相比较，本发明现场连接直管的感应加热钎焊方法及其专用设备的技术效果在于：1.现场将直管与连接管件用钎焊连接，工作效率高；2.钎焊的特点是，钎料被加热至液态，利用毛细管原理，熔融后的液相钎料自动流向连接处(焊接处)而填满被焊接直管与管件之间预留的空隙，产生大面积的接触；因此钎焊具备焊接质量高、密封性好的优点；3.钎焊的另一特点是，因安装需要而要更改管道的连接方式时，能够把焊接好的管件和直管通过加热再将它们拆分，然后重新按照需要选配直管和管件再钎焊连接，因此更改和维修管道很方便；而氩弧焊的联接则不具备这一优点；4.钎焊过程中不会产生焊尘，因此不会影响操作者的身体健康。

附图说明

图1是采用本发明方法及其专用设备现场钎焊的结构示意图；

图2是本发明之专用钎焊设备的开口式感应圈3的结构示意图；包括图2A、图2B、图2C、图2D和图2E，其中图2A是所述开口式感应圈3的主视示意图，图2B是所述感应圈3的左视示意图，图2C是图2A中的A-A剖视示意图，图2D是图2A中的B-B剖视示意图，图2E是图2A中的C-C剖视示意图；

图3是几种连接管件2的结构示意图，包括，图3A是直通件的结构示意图、图3B是三通件的结构示意图、图3C是四通件的结构示意图、图3D是弯头的结构示意图；

图4包括图4A和图4B，其中图4A是直管1做缩口处理的示意图、图4B是直管1和连接管件2的连接示意图。

具体实施方式以下结合附图所示之最佳实施例作进一步详述。

一种现场连接管道的感应加热钎焊方法，用于将多根直管1借助连接管件2在施工现场钎焊连接起来，包括如下步骤：

A.按照连接需要选配直管1和连接管件2；

B.将事先按照直管1管径大小把钎料加工成环形的焊接环4套在待焊接的直管1预备插入连接管件2的那一端上，并在直管1该端的外表面，涂上一层膏状助焊剂；

C.将待焊接的直管1插入连接管件2内，并保证直管1插入后，直管1外壁与连接管件2内壁之间留有空隙；使所述焊接环4紧挨直管1外壁与连接管件2内壁之间的空隙，也即紧挨所述连接管件2的端面；

D.将一环形开口式感应圈3的口部张开并套住所述直管1与连接管件2的结合部位，然后使所述开口式感应圈3的口部闭合；

E.令所述感应圈3内瞬间流通足够强度的高频电流，使所述直管1与连接管件2的结合部位产生涡流发热从而使钎料熔融借助毛细作用而流入在所述空隙内；断电并冷却使钎料在所述空隙内固化，完成一处直管1与连接管件2的现场密封钎焊连接；

F.重复上述步骤A至步骤E，完成另一处直管1与连接管件2的现场密封钎焊连接；再多次重复步骤A至步骤E，即可将多根直管1通过连接管件2现场钎焊连接成燃气传输管道网或供水管道网。

事先将钎料根据直管的不同规格成批地做成相应规格的钎料焊接环4，这样大大方便了现场焊接的施工，提高了施工效率，同时也使钎料熔融后在直管1外壁与连接管件2内壁之间的空隙内流动分布更均匀，焊接质量更好。助焊剂的作用是：膏状助焊剂受热后熔化，将直管1外壁和连接管件2内壁之间的空隙内因加热而产生的氧化层去除，同时使熔化后的钎料流动更为顺利，加快毛细作用，保证钎焊的质量。

本发明钎焊方法既能应用于碳素钢煤气管道的安装连接，也能在不锈钢供水管道的安装连接中被采用。所述直管1为碳素钢燃气管道或者不锈钢供水管道的直管，所述连接管件2为直通件、或三通件、或四通件、或弯头，如图3所示；在待焊接的直管1插入连接管件2内之前，所述直管1的插入端做了缩口处理，或者所述连接管件2的端部做了扩口处理，如图3、4所示。

本发明方法中，所述直管1插入后，直管1外壁与连接管件2内壁之间留有空隙为0.03～0.05毫米。所述空隙预留过小，不利于直管1顺利插入连接管件2，同时也不利于钎料熔化后的流入和均匀分布；所述空隙预留过大，加热后所述空隙内产生的氧化层过多而不易被去除从而影响钎焊的质量。所述空隙的大小还根据被焊接的金属材料不同和所用钎料的不同而确定，本发明方法焊接的直管和连接管件为碳素钢或不锈钢，所选用的钎料为银-铜合金，其熔点在650℃左右，一般，金属材料如碳素钢或不锈钢被加热至600℃以上会产生膨胀，相对而言，处于外部的连接管件2比直管1要膨胀得多一些，因此，原来预留的0.03～0.05毫米的空隙会扩大到0.05～0.08毫米，这样大的空隙正适合熔化后的液体钎料利用毛细作用而自动流入；切断高频电流停止加热，管件及钎料冷却并收缩，澎涨后的0.05～0.08mm间隙亦同步收缩而使直管与连接管件之间产生很好的连接性及较高的密封性。理论和实践证明，预留0.03～0.05毫米的空隙为钎焊连接碳素钢燃气管道或不锈钢供水管道的最佳空隙距离，这样使现场焊接的质量最高，保证了管道连接的密封性和安全性。

本发明中，焊接碳素钢燃气管道时高频加热的最佳温度为750±20℃，而焊接不锈钢供水管道时高频加热的最佳温度则为680±20℃；总的原则是，根据钎料的熔点不同，高频加热的温度相应控制在高于钎料熔点30℃左右以保证钎焊的质量。

一种现场连接管道的感应加热钎焊方法所使用的专用钎焊设备，如图1、2所示，包括高频电源9、与该高频电源9电路及水路连通的感应圈3，以及与高频电源9水路连通的冷却水箱8；所述感应圈3为开口式感应圈，包括两根可长至6米的与高频电源电缆91作可拆卸连接的导电管材31、32，该两导电管材31、32各自靠近顶端的管段311、321相向弯曲形成能夹住被加热管件的夹圈310，所述两导电管材31、32的顶端、也即两管段311、321的顶端相互接触处各设置金属触点33，还包括冷却水路循环用的绝缘冷却水管34；所述两导电管材31、32自各自的顶端向下、直至连接所述冷却水管34处，均为双通道管材，同一根导电管材的双通道之间于该导电管材的顶端、也即靠近金属触点33处是内部相通的，所述两导电管材31、32之间于双通道结构的末端用所述冷却水管34连通；所述开口式感应圈装置工作时，所述两导电管材31、32内部冷却水的循环路线是：冷却水从一电源电缆91流进一导电管材其中一通道，经该导电管材顶端返回流入该导电管材的另一通道，接着经由所述冷却水管34流入另一导电管材的其中一通道，再经管材的顶端返回流经该管材的另一通道，最后流进另一电源电缆91；所述夹圈310下方还设有用于连接定位两导电管材31、32的绝缘连接装置35，该连接装置35保证所述开口式感应圈在工作时，所述夹圈310能夹住被加热管件。

如图2所示，所述连接装置35包括前、后两块绝缘连接板351，所述两导电管材31、32被夹在所述两块连接板351之间，在两连接板351的两端用轴芯352和轴套353将两连接板连接固定，处于两连接板351中间的两导电管材31、32之间保证绝缘；所述连接板351、轴芯352和轴套353均由环氧树脂材料做成；所述管段311、321下方的管段312、322也为两段相向弯曲的弧形管段，该四段弧形管段311、321、312、322共同围成一个底部开口的类“8”字形状；所述两管段312、322之间放置有一弹性球体36，所述连接板351夹装于所述“8”字形的中腰处。所述弹性球体36是一个充满气体的橡胶球袋，该橡胶球袋与管段312、322的接触处设有球体定位槽361。

如图2所示，所述两管段312、322与电源电缆91之间的管段为手持部位313、323，该手持部位313、323上套有绝缘胶套37。所述循环冷却水管34于接近电源电缆91处将两导电管材31、32连通，也即所述两导电管材31、32自顶端至接近电源电缆91处均为双通道管材。

如图2所示，为了保证所述感应圈3能很好地夹住被加热管件，所述两管段311、321的内侧分别镶有高温陶瓷衬套38。

本发明中，所述两导电管材31、32是紫铜管，所述金属触点33采用金-银合金制成。

现场焊接时，操作者用手握住手持部位313、323，用力使两导电管材31、32下端相对靠拢，两导电管材31、32均以弹性橡胶球袋36为转动中心，相对弹性橡胶球袋36转动，使两导电管材31、32顶端两管段311、321相对张开而使连接管件2(直管1)被夹于夹圈310内，这时，在弹性橡胶球袋36的撑张和连接装置35的定位限制的共同作用下，所述感应圈3能“自动”夹住连接管件2(直管1)，启动工作开关即可进行高频加热完成钎焊连接。

本发明中，所述冷却水管34为软质柔性绝缘水管，其将所述两导电管材31、32之间的水路循环连通。所述冷却水管34与两导电管材31、32的连接处可以自接近电源电缆90处往上移动设置，也就是说，所述冷却水管34与两导电管材31、32的连接处可以是所述导电管材与电源电缆连接处与导电管材的顶端也即接近金属触点33处之间的任何位置。

所述高频电源9为小型手提式高频电源，其输入电压为220V/380V，输出功率为8～25KW，可根据被焊接直管的管径大小而选择适当的输出功率。所述冷却水箱8为风冷式冷却水箱，其带有风冷散热器。所述高频电源9的电源输入线92为一条具有屏蔽功能的电源线。