薄壁不锈钢管连接工艺.doc

文章摘要：
      0引言薄壁不锈钢管具有安全耐用、环保卫生、价格合理、美观豪华等优异的综合性能，已大量应用于建筑给水和直饮水管道。众所皆知，管道的躯干是由管材组成的，而管材是依赖管件连接而成的，因管件型式的多样，才有不同特色的连接方式，因此，研究与探索不锈管的连接技术，具有显见..
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· 连接
· 管道
· 方式
· 焊接
详细内容：

　　0引言
　　薄壁不锈钢管具有安全耐用、环保卫生、价格合理、美观豪华等优异的综合性能，已大量应用于建筑给水和直饮水管道。众所皆知，管道的躯干是由管材组成的，而管材是依赖管件连接而成的，因管件型式的多样，才有不同特色的连接方式，因此，研究与探索不锈管的连接技术，具有显见的现实意义。
　　1 常用管道连接
　　1.1 管道连接种种
　　管道连接，由于生产工艺要求、管道材质、施工情况等多种因素的不同，出现了尽可能最佳应对的各种连接方式。目前国内采用的常用管道连接，有螺纹连接、法兰连接、焊接连接、承插连接、粘合连接、机械连接等。
　　1.2 管道连接浅析
　　上述螺纹、法兰、焊接、承插这四种连接，属传统的应用面较广泛的连接方式。粘合连接具有一定的局限性。机械连接一般指比较灵活、现场可组装的即安装较简捷的连接方式（此处机械连接属狭义范畴）。
　　2 国外薄壁不锈管管道连接
　　2.1 国外不锈管管道连接种种
　　厚壁不锈管，主要有螺纹连接、法兰连接、焊接连接三种方式，应用以工业管道为主，其管件相对比较简单。在研制薄壁不锈管时，借鉴厚壁管螺纹等三种连接方式，开发了品种各异的管件，也就奠定了更加多样的连接方式。国际上公认的薄壁不锈管管道连接技术，主要指压缩式、压紧式、推进式、焊接式、粘接式管件及其连接方式。
　　2.2 管件采用的标准
　　压缩式管件采用的标准有BS 4368：Part3:1974 和 DIN 2353:1991；压紧式和推进式管件都列入了WBS（Water Byelaws Scheme，由英国WRC管理）；日本JWWA G 116 标准规定的管件主要有压缩式、压紧式、伸缩可挠式和焊接式；粘接式也由WRC批准，但对输送介质的温度、pH值都有限制范围[1].[2]。
　　3 国内薄壁不锈管管道连接[3]
　　我国薄壁不锈管管件的开发，在借鉴国外标准同时，结合自身专利，其产品可谓缤纷多彩。据笔者调研，可归结为压缩式、卡压式、伸缩可挠式、焊接式、法兰式、活接式、沟槽式、粘接式等八大类别（尚有派生系列）及其连接方式。
　　3.1 压缩式
　　国产压缩式管件与国际上通称的压缩式管件一样，由配管插入管件承口，通过螺母紧固，使密封圈压缩起密封作用的一种连接方式（图1）。首先，它似同管道传统的螺纹连接，所不同的是，在螺纹连接基础上，又加一道密封圈密封，另外其螺纹需事先加工并与管件本体焊接而成，配管需专用工具胀形，整个管件还包括预制的螺母。

　　② 适用范围：≤DN50的明装、暗敷管道。
　　③ 优点：安装简单，能拆卸，便于维修，明装管道亮丽豪华，如同饰品。
　　④ 缺点：成本高（管件体积大，重量重，生产工序多）。
　　3.2 卡压式和卡环式
　　① 卡压式，配管插入管件承口（承口内带有橡胶密封圈）后，用专用工具压紧管口而起密封和紧固作用的连接方式（图二）。
　　② 卡环式（图三），与卡压式大同小异。
　　③ 适用范围：≤DN100的明装、暗敷管道。

　　④ 卡压式、卡环式与2.1节国外压紧式原理相同，都是用专用卡钳压紧使配管、管件受到径向力而达到密封和紧固的效果。卡压式与卡环式两者主要区别是，前者压紧一次即可，后者要求配管、管件轴向旋转30°～90°后再压紧第二次。
　　⑤ 优点：安装方便。
　　⑥ 缺点：橡胶圈不可能与不锈管同寿命，一旦渗漏维修麻烦；且管径愈大，卡压愈难。
　　3.3 伸缩可挠式
　　① 伸缩可挠式，配管插入管件承口，紧固内螺母，通过挤压环使密封圈受压起密封作用的连接方式（图四）。    

　　② 伸缩可挠式适用管径为≤DN60，其原理与2.1节国外的推紧式类同。
　　③ 轴向有伸缩、径向有可挠作用，防地震、基础下沉能力强，但成本较高。
　　3.4 焊接式
　　薄壁不锈管焊接式连接可分承插氩弧焊式和对接氩弧焊式两类型。
　　① 承插氩弧焊式连接，由配管插入管件承口，用钨极氩弧焊（TIG）熔焊焊接成本体一色的通称“无接头连接”的连接方式（图五）。所谓承插式、焊接式都是管道常见的连接方式，创新的承插氩弧焊式管件和连接方式，是吸取传统的承插式管道连接和焊接式管道连接两者之长，并进行有机的结合，以适应不锈钢良好的焊接性能。

　　该管件承插口与管件本体用TIG焊接，且承插口设计有特殊的延伸边，安装施焊时以替代焊丝用，整个管件壁厚一般不低于同口径配管的壁厚。另一种承插焊式管件，其承口采用扩口方式加工，工艺简单，成本低，安装施焊时需用焊丝（也有不用个案）等辅料，但目前仅≤DN50为多。
　　② 对接氩弧焊连接，由配管与管件对接或配管间对接，用TIG焊熔焊焊接成“无接头连接”的连接方式（图六）。施焊过程均需焊丝或焊条，一般用于DN100以上管材，其壁厚相对较厚，配管端口应先坡口，以TIG焊为好，如需多道施焊时，也应TIG焊打底，其余各层允许采用焊条电弧焊。

　　③ 焊接式连接适用范围见表一。
　　表一  焊接式连接适用范围
　　型式
　　适用管径
　　特点
　　适用场合
承插氩弧焊 DN15～100 承插口用TIG焊，无接头连接，管件壁厚，有延伸边，施焊时不需焊丝，焊接速度快，质量好 明装、暗敷，在管道井、嵌墙等场合，“无接头连接”更具特殊优势 DN15～50 承插口用扩口方式，无接头连接，管件壁薄，成本低，施焊时一般需用焊丝，质量好 对接氩弧焊 DN15～100 无接头连接，施焊时需用焊丝 ＞DN100   无接头连接，施焊时需用焊丝，配管坡口，可多道施焊
　　3.5 法兰式
　　 薄壁不锈管法兰式连接可分平法兰、活接法兰和卡箍法兰等几种类型。
　　① 不锈钢平法兰，是类同碳钢法兰的传统式法兰，两法兰盘之间的密封垫应视输送介质而定，紧固件大小与数量按工作压力与管径尺寸，可参阅国标选用之。
　　② 活接法兰，在两片不锈钢平法兰之间，夹有不锈钢密封环，该环两侧各衬一个密封圈，同样用紧固件紧固。区别在于活接法兰配合面开有沉孔，以镶嵌不锈钢密封环。
　　③ 卡箍法兰，不锈钢“二哈夫”卡箍与法兰片以锥形槽配合，两法兰片间衬有密封垫，用紧定螺钉紧固（图七）。

　　④ 上述平法兰、卡箍法兰与配管连接采用氩弧焊（TIG）焊接。用活接法兰，配管端口需预先翻边。各种法兰连接的适用范围见表二。
　　表二  法兰式连接适用范围
型式 适用管径 特点 适用场合  平法兰 DN15～200 大小管径均可 最常用。其中小口径平法兰一般与带有法兰的管路附件相匹配 活接法兰 DN65～150 可拆卸 对介质温度变化较大的管道密封最适用  卡箍法兰 DN15～100 来自国际医药行业GMP技术，连接可靠，拆装灵活，一般与其他连接方式配合使用 用于安装过程中最后有困难的接口位置或需拆卸较多（如与阀门连接做活接头用）的部位
　　3.6 活接头
　　 两配管端口90°翻边后，在对接平面间依次安放O型密封圈、金属密封环和垫圈，用预先套入的内、外螺母两管件啮合力，使管件密封的连接方式。
　　 适用范围：以DN15～DN150的明装管道为主，属可拆卸连接。
　　3.7 沟槽式
　　 两配管端部加工沟槽后，对接时将卡箍（内衬密封圈）卡入沟槽内，用扳手拧紧卡箍上的螺栓，起密封和紧固作用的连接方式。
　　 适用范围：≥DN100管道，可拆卸，沟槽式管件的卡箍，材质为球墨铸铁，有刚性、柔性之分。
　　3.8 粘接式
　　 配管端部缩径成锥形，管件承口（内也为锥形）用胶粘剂粘接而成的连接方式。
　　胶粘剂有厌氧性密封胶粘剂等，适用范围DN15～DN100。
　　4 若干连接方式综合性能比较
　　①薄壁不锈钢管，目前国内在建筑给水管道应用较多的有卡压式、焊接式等若干种连接方式，按收集的资料汇总见表三。
　　表三 若干连接方式汇总
型式 国际上统称 连接原理 适用范围 性能简析 备注 压缩式（A） 压缩式 螺纹压缩连接 ≤DN50 明装、暗敷 可拆卸，使用管径范围窄 螺纹连接属传统的管道连接 卡压式（B） 压紧式 工具压紧连接 ≤DN100明装、暗敷 安装便捷，DN50以上卡压效果下降 “卡压”属机械连接，管径愈大，配管、管件、密封圈产生变形愈困难 伸缩可挠式（C） 推紧式 螺纹推紧连接 ≤DN60明装、暗敷 防震、抗基础下沉能力强，成本高，适用管径范围窄 管件锥形承口和锥形密封圈有伸缩与可挠功能 焊接式（D） 焊接式 氩弧焊焊接“无接头”连接 ≤DN200明装、暗敷 适用范围广，对中、高档建筑的给水管，尤其在管道井、嵌墙场合，“无接头连接”更具有特殊优势，安装相对麻烦些 奥氏体不锈钢具有良好的焊接性能
　　② 薄壁不锈钢管焊接式等连接方式综合性能比较表四。
　　表四 若干连接方式性能比较
内容 综合性能比较 结论 适用管径范围 D＞B＞C＞A D适用范围广 安装简易度 B＜A＜C＜D B安装简捷 防震抗基础下沉 C＞D＞A、B C抗灾能力强 管件连接性能 D＞C＞A、B D耐压高，气密性好，拉拔力大  使用寿命 D＞C＞A、B D无接头连接寿命长 价格 D＜B＜A＜C D成本、价格低
　　注. A压缩式，B卡压式，C伸缩可挠式，D焊接式。
　　5 小结
　　① 薄壁不锈钢管管道连接技术，富有多样性和特色性，为设计与应用单位提供了多种选择的平台。
　　② 人无完人，金无赤金，管道的各种连接方式，目前尚存在良莠不齐的现象，确实没有绝对的最好，只能说更合适某种工况而言。
　　③ 面对建筑给水薄壁不锈钢管道连接，选用时应注重建筑物的档次（如按建筑类型和功能分高、中、低档），注重水质对安全性、卫生性的要求（如冷水、热水、直饮水），注重水压要求（各种连接方式都受压力和管径大小的制约），更应注重敷设场所（如明装、嵌墙等直埋式、管道井等非直埋式）差异的种种因素，做出综合性能与效果的最佳选择。
　　参考文献
　　1．陈超译，张孝福校． 不锈钢管道工程NiD1技术资料11019
　　2．张志仁译，李成校．日本自来水管道及室内配管使用不锈钢现状与未来NiD1 NB99-003
　　3．同济大学建筑设计研究院．国家建筑标准设计，建筑给水金属管道安装 薄壁不锈钢管 04S 407-2