发电厂或其它工厂采用管道或管道组，流体如水或蒸汽通过其进行循环。 流体通常被加热使用，如用来驱动汽轮机发电。
所述管道通常被布置成大块板状或平行的管道组，采用位于管道组一对相 邻管道之间的连续金属薄板(membrane)或网格连接在一起，形成管道墙。管道 的外径通常可从大约1英寸到大约3英寸，壁厚可达大约0.5英寸。将相邻管 道连接到一起的网格或薄板通常和管道具有大致相同的厚度，网带的宽度一般 从大约0.25英寸到大约0.75英寸。网格或薄板通常被焊接到相邻管道的外壁 上以形成管道组。在一些情况下，在管道组的部分区域上带有包含金属或合金 的堆焊层，以防止腐蚀或性能变差。在一些具体实施方式中，堆焊层位于管道 组的两侧。由于由腐蚀和类似情形导致性能变差，管道有时候需要更换。一般 地，受损或破裂管道的修理要切割并切除掉管道组的相当大一部分，并用新的 管道组进行更换。被更换的管道组通常呈大矩形，典型的长度尺寸为从几英尺 到10英尺、20英尺、100英尺甚至200英尺。
需要更换的管道组部分通常采用动力锯或火焰切割机切割掉。将锅炉管道 墙一部分切割掉的方法和装置在美国专利5,033,347中进行了描述和图示，在 此全部并入本申请，以做参照。
在管道墙需要更换的受损或破裂部分被切割掉并移走后，在将新的管道组 部分于旧管道墙开口内就位之前，需要通过将老旧部分切除掉，以适当地使管道 接头暴露。使现有锅炉管道墙的管道接头适当地暴露要求对该管道接头进行锥 面加工，以在新的管道墙部分和现有的锅炉管道墙之间实现良好焊接。更具体 地讲，现有管道墙的管道接头和和新的或管道墙更换部分的管道接头应被加工 成平顶锥体(frustoconical bevel)，以使得当所述管道接头被对准放置时， 形成一个环行槽，接受焊条的熔融金属。管道墙的更换部分通常在现有管道墙 的受损或破裂部分被切除前在场外进行制造和准备以用来焊接用。然而，用于 焊接的现有管道暴露的管道接头则通常必须在有限的现场空间准备。将在现有 管道墙上进行的所有工作尽可能快地有效完成，以使因维修造成的蒸汽发电机 停机的时间缩短到最少是非常理想的。因此，用于焊接的现有管道暴露的管道 接头的准备通常采用手持式铣刀完成，这些铣刀的例子在美国专利4,449,871 和4,889,454中进行了披露，在此全部并入本申请，以做参照。
为了使用常规的加工工具将现有管道墙暴露的管道接头快速有效地加工出 锥面，并绕管道接头的整个环状面在垂直相邻的管道之间提供充足的空间进行 焊接，将现有管道墙暴露的一对管道接头之间薄板的一部分切除是非常理想的， 也是通常需要的。典型地，将由切除受损的管道墙部分而暴露的相邻管道接头 之间的薄板进行切除是理想的，薄板的切除从现有锅炉管道墙的水平切口开始， 深度至少等于在管道接头将被加工成的平顶锥体的深度。典型地，薄板材料从 两个相邻管道之间的水平切口开始被切除的深度为从切口处大约3/8英寸、3/4 英寸或更多。
迄今为止，采用旋转加工工具在现有管道墙的一个管道上切除薄板一直局 限于切削范围仅达到该管道的外径处。现有的薄板切除头由于铣刀头铣刀的构 造和设计问题，不能够进行管道清理和/或堆焊层的切除。现有的薄板切除头和 堆焊层或管道材料接触时会被抓住、卡住和/或停止进行切削。当薄板材料和/ 或堆焊层材料被切除后，管道的整个环状面被加工成平顶锥体。然后，具有相 应锥面的第二管道和第一锥面管道配合，所述管道通过位于被连接管道周围， 特别是位于由连接的锥面管道接头形成的环形槽内的熔融金属或焊料被焊接在 一起。人们发现用这种现有的方式连接的锥面管道，由于没有进行清理或管道 薄层切除，通常在焊接区域存在弱点，有时由于起斑点，产生气泡或焊接强度 不够。在具有锥面接头的连接管道之间形成高强度坚固的焊缝是有益的。
发明概要
本发明涉及修理管道的方法，特别涉及用于修理锅炉管道组的方法。所述 方法包括用带有一专用管道薄层切除铣刀头的旋转加工设备或动力工具从实质 上环绕管道接头的整个环状面切除直径的一小部分或一薄层厚度的一个步骤。 管道薄层被切除的部分优选至少在要被进行锥面加工的区域，或在邻近要进行 锥面加工的区域的一纵向区域也进行薄层切除。更有益的是，所述薄层切除铣 刀头也能够从管道表面切除任何堆焊层。采用管道外环状面薄层切除这一步骤， 可从管道外环状面上切除一预定的径向厚度或环状物。优选地，径向薄层切除 能提供一实质上暴露的金属表面。所述薄层切除步骤能够提供没有锈蚀、氧化 皮的管道表面，并有益于在相邻的管道之间提供性能更高的焊缝。
在一个具体实施方式中，所述方法包括一个常规步骤，通过该常规步骤将 受损或破裂的部分从现有的锅炉管道墙上切除，以在管道墙上获得一个具有包 括管道墙垂直管道纵向上的上部水平切口和下部水平切口的开口。根据本发明 的原理，如果在锅炉管道墙的相邻管道之间有薄板材料，它将被带有专用旋转 铣刀头的动力工具沿切入锅炉管道墙的水平切口在暴露的管道接头的紧邻区域 被切除。所述铣刀头一般包括一位于其一个轴向端的安装部分，以将之连接到 动力旋转工具的心轴或轴上，和多个位于铣刀头的另一侧或末端的薄板铣刀。 该铣刀头包括一个心轴，所述心轴能够插入到一个破裂或受损部分已经从其上 切除的现有锅炉管道墙暴露的管道接头中。所述心轴使铣刀头定位并稳固，以 防止工具在加工过程中偏离管道的长度方向移动或振动。对薄板切除来说，多 个按一定角度布置的铣刀的每一个都有一从薄板铣刀头的旋转轴处径向布置的 刀刃，从而确定一环状切削范围(cutting sweep)。该加工范围的内半径(inner radius)尺寸比管道墙一个管道的名义外半径尺寸大。典型地，加工范围的径向 厚度(即沿穿越环状加工范围的轴或中心线的内环状面和外环状面的尺寸之差) 从大约3/8英寸到大约1/2英寸，以获得足够的空间绕管道接头进行随后的锥 面加工和焊接。从而，刀刃的切削范围能够从邻近管道接头管道墙的一对相邻 管道之间切除掉足够多的薄板材料，而不对管道墙造成损坏风险或被加工掉的 风险。
在加工的过程中，有一个在心轴和径向分布铣刀形成的切削范围之间在径 向分布的环状凹槽，用来容纳和接收管道墙的管道接头。所述凹槽的深度至少 等于在每一个管道接头上要加工出的锥面深度。在加工过程中，在心轴插入到 一个管道接头中，动力工具的驱动装置被开启后，所述工具和连接到其上的铣 刀头被移向管道接头，从紧邻管道接头的区域逐渐加工掉需要量的薄板材料。 对每一个暴露的管道接头重复薄板加工操作，以在管道接头上加工出锥面并在 相邻的管道之间提供足够的空间，从而将新管道组部分焊接到现有的管道墙上。 薄板被加工到合适的深度以在从管道接头算起的预定管道长度上可随后进行清 理。
在本发明的一个具体实施方式中更进一步的步骤中，在管道清理或薄层切 除步骤之前和/或之后对管道进行锥面加工。作为优选，对管道进行锥面加工的 步骤在管道清理步骤之后进行。对管道进行锥面加工的步骤采用连接到旋转加 工装置的单独铣刀头进行。美国专利5,542,177中披露了一个在一些具体实施 方式中能够对管道进行薄层切除和进行锥面加工的铣刀头。其中的锥面加工铣 刀是本领域已知的，它成一定角度，对暴露的管道接头进行加工，从而在管道 上准备一平顶锥体。
因此，本发明的一个目的是，提供一种包括优选在管道的外面部分进行管 道薄层切除步骤，并可用于为随后的焊接工序进行管道准备或清理的方法。在 一个具体实施方式中，管道薄层切除步骤和采用同一个铣刀头的堆焊层切除步 骤和/或薄板切除步骤同时进行。在又一个具体实施方式中，采用新的薄层切除 铣刀头，除了切除任何存在的薄板外，只切除堆焊层，而不实质性地切除任何 管道的外直径。管道薄层切除的步骤在不实质性地使管道性能变差的情况下提 供一个有益的焊接界面。
本发明的另一个目的是，提供一套使用同一旋转加工设备或动力工具的铣 刀头，所述铣刀头除了具有进行管道薄层切除的功能外，还具有进行薄板切除、 堆焊层切除、对管道接头进行锥面加工或其组合的功能。该套可互换的铣刀头 能够用于管道准备，和单一的加工设备使用，能够使用户更有效率，因此减少 停机时间和费用。
本发明的又一个目的是，提供一带有其构造能够进行管道薄层切除的铣刀 和另外至少一个其构造可以对管道接头进行锥面加工铣刀的铣刀头。除此以外， 该铣刀头适于将存在于管道上的薄板和/或堆焊层切除掉一预定深度。所述的铣 刀头能够对管道接头进行精密加工，其中的管道表面被加工成适用于随后的焊 接工序。所述的铣刀头能够同时进行多种加工，从而使得用户高效率地完成管 道的准备。
附图简要说明
申请人认为说明本发明最好模式的优选具体实施方式，将在下面的说明书 中进行描述、在附图中予以图示并在所附的权利要求书中特别并清楚地予以指 出和陈述。
图1为管道墙的俯视平面图，表示通过切除管道墙的一部分已经暴露的管 道接头；
图2为图1中管道墙的正视图；
图3为一薄板铣刀头的侧视图；
图4为图3中所示薄板铣刀头的仰视图；
图5为带有连接到其上的管道薄层切除、薄板切除、堆焊层切除或其组合 的铣刀头的加工工具的立体图。
图6为一锥面铣刀头的侧面立体图；
图7为图6中所示锥面铣刀头的仰视图；
图8为一管道薄层切除铣刀头一个具体实施方式的侧视图；
图9为图8中铣刀头的仰视图；
图10为一薄层切除铣刀的正视图；
图10A为图10沿线10A的剖视图；
图11为位于采用其进行加工的管道上方的一管道薄层切除和锥面加工铣 刀头的侧视图；
图12为图11中铣刀头的仰视图；
图13为在锥面加工铣刀区域，图11中铣刀头的部分侧视图。
本发明的详细描述
阅读本对优选具体实施方式进行描述的说明书应结合附图，附图为本发明 整个说明书的一部分。在本说明书中，贯穿始终的相应标号用来表示同一个或 功能相似的零部件。相关术语“水平”、“垂直”、“上”、“下”、“顶部”和“底 部”及它们的派生词(如：“水平地”、“向下地”、“向上地”，等等)应被理解 为用来表示描述的或正在讨论的附图中所示出的方向。这些相关术语是为了描 述方便而不是想规定一个特定的方向，除非被具体表示为相对于“向外”的“向 内”、相对于“横向”的“纵向”及其它被解释为和另一个方向相对或如果适当， 相对于延长轴、旋转轴或旋转中心处于相对方向位置。有关连接、配合及类似 情形的术语，如“连接的”和“相互连接的”，除非做出其它明确说明，是指其 中的结构通过中间结构直接或间接地相互紧固到一起或连接到一起的关系，及 其中的结构都能移动或固定不动的连接或关系。术语“功能性连接”是指能使 相关结构根据其连接关系按预定方式运行的结合、配合或连接。
图1和图2示出了锅炉管道墙10的一部分，其中的一端已被切除以暴露管 道接头12。锅炉管道墙10由一排平行的、典型地处于垂直方向的管道14组成， 每一个管道通过网格或薄板16连接到相邻的管道上。管道14和薄板16通常单 独地由金属或合金如钢材制成，然后再焊接在一起。对管道墙进行修理一般要 切掉管道墙破裂或受损的一段，对通过切除管道墙破裂或受损部分暴露的管道 接头进行锥面加工，并将新的或更换用管道墙部分焊接到被切除的受损部分的 位置上。受损的管道墙部分通常通过切削两道相对于管道14的纵向位置处于横 向位置的两道分隔开的水平切口和两道分隔开的垂直切口进行切除，两道分隔 开的垂直切口和两道分隔开的水平切口一起确定一个将要被更换掉的矩形空 间。在安装新的或更换用管道墙部分之前，需要通过首先从管道接头之间切除 薄板材料，再对管道接头进行锥面加工，并在被进行锥面加工或将要进行锥面 加工的部分下面的一定长度上采取管道薄层切除或直径清理步骤来准备管道接 头。
在一些具体实施方式中，管道会在管道墙的一侧或两侧带有堆焊层17，如 图1所示。堆焊层典型地为金属覆层，如纯金属，但更典型地为合金材料如因 科内尔镍铬铁耐热耐蚀合金(inconel)或其它本技术领域和文献熟知的合金， 它们被应用到管道上保护管道免受锈蚀和/或磨损。堆焊层17的厚度多种多样， 通常没有精确要求。因此，在一些情形下，尽管切除所述堆焊层困难，但必须 切除以准备用于焊接的管道接头。
在一个具体实施方式中，管道接头采用旋转加工设备或动力工具18进行准 备，如图5所示。所述的旋转加工设备或动力工具最好能够采用可进行互换的 图3、6和8中示出的铣刀头20、220和320。旋转加工设备在本技术领域是熟 知的，并能从市场上购买到，如从位于俄亥俄州瓦德斯沃斯的高安工具公司购 买。所述设备的例子包括但不限于MB型、MS型、B型、MT型和MFT型。旋转 加工设备通常为电动或风动。
在一个具体实施方式中，本发明中的薄板切除旋转铣刀头20(如图3和图 4所示)被用来从管道之间切除薄板材料。铣刀头20有一个通常为圆柱形的主 体24，在主体的一端带有多个轴向伸展的径向铣刀支座26，另一端带有一个直 径缩小的共轴圆柱形工具安装部分28，中间的平顶锥体部分30连接主体24和 安装部分28。安装部分有一个同轴圆柱形孔32，以可拆卸地接收动力工具18 的心轴。在一个具体实施方式中，圆柱形孔32优选包括键槽，它和工具传动装 置的键进行配合连接，以将旋转铣刀头锁紧到工具上。旋转铣刀头20优选包括 一个孔33，通过该孔，中心轴或心轴50可以穿越。旋转铣刀头20的安装部分 28带有多个径向螺纹孔，用来接收六角凹头螺钉。所述六角凹头螺钉用来将铣 刀头可拆卸地固定到动力工具18上。当然，可以采用各种各样的其它装置将旋 转铣刀头20安装到旋转工具的输出轴上，如在铣刀头的安装部分采用螺纹孔将 铣刀头通过螺纹连接到旋转工具的带螺纹的输出轴上，或采用常规的用于将工 具零部件安装到旋转动力工具输出轴上的刀夹或其它装置。
铣刀38由在每一个铣刀支座26螺纹孔42中的六角凹头螺钉40可拆卸地 固定到每一个铣刀支座26上。铣刀38优选常用的矩形，并带有至少三个刀刃 44、46和48，刀刃44通常和铣刀头20的旋转轴垂直，而另两个刀刃46、48 则和铣刀头的旋转轴平行，它们之间的距离等于刀刃44的长度并确定铣刀38 的切削范围。环状切削范围的内半径优选大于将要加工的管道墙管道的外半径， 或如果存在的话，大于从管道中心点或管道的纵向轴测量的堆焊层的最大径向 距离，切削范围的外半径(outer radius)等于管道墙管道的半径总量，或堆焊 层外半径加上相邻管道之间薄板材料宽度的50％到100％。
更优选的方案是，矩形铣刀38除带有刀刃44、46和48外，还有一个和刀 刃44处于相对位置的第四刀刃。这种情形使得铣刀38的使用得到延伸。例如： 如果其中的一个刀刃断刃，就可以松开螺钉40，旋转铣刀38以使受损的刀刃 朝向铣刀支座并不再作为刀刃使用，然后再重新旋紧螺钉40。
根据本发明的一个优选具体实施方式，刀刃44、46和48优选带有正前角 以获得最快可能的切削速度。然而，也可以采用零前角(neutral rake)或负 前角(negative rake)，它们也有其它的一些优点。例如，负前角铣刀耐磨性 好，但需要较长的切削时间。具有零前角刀刃的铣刀(即平刀口的铣刀)耐磨， 并能以正前角刃刀和负前角刃刀之间的中间速度进行切削。零前角铣刀具有能 绕垂直于刀刃的轴旋转的优点，从而可用于扩大的用途。
其它铣刀形状，如三角形铣刀，也可采用但不理想。同样地，每一个铣刀 的一个刀刃和铣刀头20的旋转轴垂直也不必要。但是，布置矩形铣刀的一个刀 刃44和铣刀头的旋转轴垂直是非常理想的，因为它们能提供最大的切削效率， 铣刀的磨损和损坏的可能性最低。人们发现，采用更多的铣刀可获得更好的切 削效率和减少铣刀损坏和磨损。但是，加工带有超过四个或五个铣刀支座的铣 刀头和当有超过四个或五个铣刀支座时进行铣刀更换会越来越困难。因此，铣 刀头20最好带有大约4个或五个铣刀支座，这些铣刀支座呈一定角度地环铣刀 头的旋转轴对称分布。铣刀38可由任意合适的坚硬材料制成，如碳化钨、通常 用于切削或铣加工的钢和其它金属或合金。
在一个优选的具体实施方式中，旋转加工工具包括心轴50，它从铣刀头的 切削端向外伸展，以在铣加工的过程中对旋转铣刀进行导向并使之稳固。心轴 和稳固装置为本领域的技术人员所熟知。图5中示出了带有连接到其上的固定 夹头的心轴50的一个例子。心轴50在铣加工之前被插入到管道一端开口中， 并优选和铣刀头的旋转轴调整为同轴。心轴50优选采用固定装置如夹头52可 拆卸地固定于管道内。在一个具体实施方式中，夹头52包括由一块板、螺钉和 一个O形环连接到一起的三个部分并形成一个单独部件。所述夹头通过穿过心 轴50的螺纹棒54连接到铣刀18的心轴50上。夹头上带有的相应锥度，和心 轴50可通过旋转螺纹棒54使夹头在心轴50上被拉起，从而使夹头向外扩张， 直到其和管道的内径接触并与之锁紧。当铣刀头绕该轴旋转进行切削加工时， 夹头52和心轴50在管道内保持稳定。在加工过程中，旋转加工工具沿心轴进 入到被加工的管道内部，或者从其内部退出以进行所需要的铣加工，即切除薄 板或管道接头的材料等。一旦需要的管道加工完成，心轴和其它任何相应的固 定装置如夹头52，将被从管道中移出。
第二铣刀头，本发明的锥面铣刀头220如图6和图7所示。锥面铣刀头220 能够用来在管道组10的管道14的接头上形成平顶锥体22。锥面铣刀头220有 一通常为圆柱形的主体224，主体224上有多个开口225，如图中所示的矩形凹 槽，用于限定铣刀支座226。刀刃230带有一刀刃固定部分232，正好放入主体 224的开口225中，由铣刀支座226限制并由固定元件如固定螺钉227固定在 开口中。开口228的尺寸应适当，并能够使用诸如六角螺丝起子或类似工具将 刀刃230连接到铣刀支座上。
锥面铣刀头220包括一同轴圆柱形孔240，用来接收旋转加工设备的旋转 驱动装置或输出轴。圆柱形孔240优选包括一键槽242，它和驱动装置上的一 个键配合，从而将锥面铣刀头220锁紧到所述工具的旋转部分上。锥面铣刀头 220还可以进一步使用固定元件如拧入螺纹孔245的固定螺钉进行固定。图示 的固定方法可以用本领域已知的安装铣刀头的多种其它方法进行替代。其它的 安装机构包括提供一带有内螺纹的圆柱形孔240，它和旋转加工工具带螺纹的 输出轴配合，以及其它多种用于将工具零部件安装到旋转动力工具输出轴上的 其它常用的工具夹头。
通过螺纹固定装置如位于螺纹孔229中的固定螺钉227固定到铣刀支座226 上的锥面铣刀230有一具一定角度的刀刃234，它通常与孔240的旋转加工设 备的心轴成一角度布置。锥面铣刀230的刀刃234以一适当的角度布置，用以 提供需要的锥面。刀刃234与铣刀旋转轴的角度通常从大约30°到大约60°，优 选从大约30°到大约45°。一个或多个用于锥面加工的铣刀在轴向上布置，从而 使锥面铣刀确定一个能从管道的内径到外径进行锥面加工的环状切削范围。连 接到旋转加工工具的锥面铣刀头220使用的情况和铣刀头20类似。在加工开始 时，锥面铣刀头向管道接头移动直到锥面铣刀头的刀刃234接触到管道接头。 旋转加工工具18优选采用夹头或其它本领域已知及在此说明书中描述的固定 装置临时连接或固定到要进行锥面加工的管道上。锥面加工刀刃234向管道移 动，直到在管道上加工出需要的锥面。
优选的管道直径薄层切除铣刀头320如图5、8和9所示，它被用来准备用 于随后焊接的管道接头。管道直径薄层切除的步骤优选在采用锥面铣刀头220 对所述管道进行锥面加工之前或之后进行。管道直径薄层切除的步骤采用切削、 研磨或其它方式从管道的外表面上切除薄层或薄的环状物，优选实质上完全地 或完全地从管道的环状面进行切除。即，除了堆焊层材料和/或保留在管道上或 管道周围要进行清理区域的薄板材料外，还要切除管道外直径的一部分。
管道直径清理铣刀头320的构造或设计能使它的铣刀加工管道的一部分以 及任何堆焊层和/或位于管道一侧或两侧的薄板材料。铣刀的切削面是自清理 的，并可以连续切削表面，特别是连续的或半连续的表面，例如但不限于管道 的环状面、堆焊层和薄板材料。所述铣刀头的自清理能力实质性地防止在加工 过程中铣刀头被卡住、俘获或停止运行，并从铣刀切削面摆脱碎片或切屑，从 而能够进行连续的、不间断的切削和旋转。
如采用铣刀头320的管道薄层切除，和选择性的堆焊层切除和/或薄板材料 切除，从管道接头起被加工到预定的深度，一般从大约0.25英寸到大约0.75 英寸，理想的到大约1英寸，优选到大约1.5英寸或更多。采取管道薄层切除 步骤切除的外部径向部分的量的范围为基于管道总的径向厚度(环状物)从大 约2％到大约20％，或大约25％，理想的到大约15％，优选的到大约5％或10％，径 向厚度为从中心点或管道的纵轴沿径向从管道的内半径测量到管道的外半径的 尺寸。采用管道薄层切除的步骤能在清理区的管道外面部分暴露一个清洁的、 裸露的金属表面。在清理的过程中，锈蚀、氧化皮及类似物都被切除掉。经加 工的管道表面为随后的焊接工序提供了一个坚固的焊接区域。
如图8所示，优选的多功能管道薄层切除铣刀头320在一端包括多个轴向 伸展的径向铣刀支座326，在另一端包括一工具安装部分328，主体324位于两 者之间。安装部分328有一个圆柱形孔332，用来可拆卸地接收旋转加工工具 18的旋转传动装置。在一个具体实施方式中，圆柱形孔332包括一个和工具旋 转传动装置上的键进行配合连接的键槽，以将直径清理铣刀头320锁紧到工具 的旋转传动装置上。本说明书中上面描述的用于安装该铣刀头的各种各样的其 它装置或本领域已知的其它装置也可选择使用。
铣刀338优选通过不易察觉的固定元件340，如位于为每一个铣刀支座326 设计的螺纹孔354中的螺钉或固定器，可拆卸地固定到每一个铣刀支座326上。
在图10和10A所示的一个具体实施方式中，铣刀338包括一个带有环绕孔 354的沉头孔或凹槽352的工作面350。通过孔354，固定元件340将铣刀338 连接到铣刀头的一部分，即铣刀支座326上。在一个能够方便地将管道薄层、 堆焊层、薄板或它们的组合切除掉的优选具体实施方式中，不易察觉的固定元 件的一部分，如螺丝头、端部或类似部分从工作面伸离或伸出一个距离A，距 离A小于或等于距离B，所述距离B为从固定元件340的外端低沿到刀刃344 的下表面或底部的距离，如图10A所示。与距离B相比，距离A通常少大约100％， 理想的少大约95％，优选少大约90％。在一个更进一步的具体实施方式中，铣刀 凹槽352的加工尺寸使得固定元件340坐靠于其中，从而使工作面350具有平 的表面。即，固定元件340被平镶，或沉头安装在工作面350上。
如图10所示，铣刀338通常优选矩形，并至少有三个刀刃344、346、348， 下刀刃344通常和铣刀头320的旋转轴垂直，另两个刀刃346和348和铣刀头 320的旋转轴平行，两者之间的距离和刀刃344的长度相同并确定铣刀338的 切削范围。环状切削范围内半径的大小为能够使管道的外部径向部分在上述范 围内被切除掉预定的量。如上所述，铣刀的刀刃具有正前角、零前角或负前角。 作为选择，直径清理铣刀头的铣刀可以制成如上面描述的铣刀38的其它形状。
本发明中的铣刀头20、220和320通常和带有旋转轴的各种各样的动力工 具一起使用。工具的马达可为电动、液压驱动或风动，通常优选空气驱动马达。 人们发现铣刀头的旋转速度，如从大约55到大约6000转/分(rpm)，更优选地 从大约80到大约150转/分(rpm)对实现有效的切削和减少铣刀和铣刀头的磨 损和损坏是非常理想的。在操作过程中，加工工具配以需要的铣刀头，并根据 铣刀头的设计或目的用于对管道进行加工。
在一个优选的具体实施方式中，薄板铣刀头用于切除将一管道连接到另一 管道的薄板。薄板的切除达到一预定深度。随后，管道薄层切除铣刀头被连接 到旋转加工工具上并用来从管道的外直径上切除预定量的管道薄层，以及堆焊 层和/或存在的薄板材料。管道薄层的切除应进行到预定的深度，该深度应超过 要进行锥面加工的区域。更进一步，将锥面铣刀头220连接到旋转工具上，在 如通过焊接的方式将第二接头连接到该管道接头之前对之进行锥面加工。在又 一个具体实施方式中，对管道薄层切除可以在对管道锥面加工完成之后进行。 在另外的一个具体实施方式中，管道薄层切除铣刀头可用于切除薄板、堆焊层、 管道薄层或它们的组合。单一的工具使用多个可互换的铣刀头，为后道工序如 焊接工序准备管道接头是本发明的一个重要的优点。
在本发明的又一个具体实施方式中，铣刀头420如图11和图12所示。铣 刀头420优选用在旋转加工工具，如本说明书中描述的加工工具18上。铣刀头 420包含第一加工部分430和独立的并与第一部分分隔开的第二加工部分440。 所述铣刀头能够分别使用第一和第二加工部分进行管道薄层切除和对管道接头 进行锥面加工。如果在管道上有堆焊层和/或薄板，也可通过采用铣刀头420的 第一加工部分将之从管道的外环状面或外直径上切除掉。
铣刀头420被制成带有一通常为圆柱形的主体，并包括一工具安装部分 422。该工具安装部分422带有一个孔424，以可拆卸地接收旋转加工工具18 的传动装置或输出轴。在一个优选的具体实施方式中，孔424包括一个与旋转 工具上的键配合连接的键槽，以将铣刀头420锁紧到加工工具18上进行转动。 固定螺钉423在一些具体实施方式中被用于将铣刀头固定到加工工具18上。其 它本领域一般技术人员已知的替代装置也可以用来将铣刀头固定到加工工具18 上。
第一加工部分430通常位于铣刀头420相对于工具安装部分的最远端。第 一加工部分的构造优选如上面描述的铣刀330及相关结构，即铣刀支座326、 固定元件340等，如图5、8和9所示。因此，第一加工部分430包括一个或多 个铣刀432，每一个都可拆卸地连接到在铣刀头420的主体中形成的铣刀支座 434上。具有不易察觉连接的固定元件436位于孔438中，以将铣刀固定到铣 刀头上。
在一个优选的具体实施方式中，固定元件连接铣刀432到铣刀头420上， 它能够进行管道薄层切除、堆焊层切除、薄板切除或对三者一齐切除而不造成 旋转铣刀的加工困难或突然停机。固定元件436的一部分，如头部、端部或类 似部分从工作面伸离或伸出一个距离A，距离A小于或等于距离B，所述距离B 为从固定元件的外端低沿到刀刃432的下表面或底部的距离。图10A中示出了 相应的距离A和距离B。与距离B相比，距离A通常少大约100％，理想的少大 约95％，优选少大约90％。
在一个更进一步的具体实施方式中，铣刀432包括一个凹槽，该凹槽使得 固定元件436坐靠于其中进行连接，从而使被连接的铣刀具有平的表面。固定 元件436的顶部被平镶，或沉头安装在铣刀432的面上。
铣刀432通常为矩形并至少有三个刀刃461、462和463，下刀刃463通常 和铣刀头421的旋转轴垂直，另两个刀刃462和461和铣刀头的旋转轴平行， 两者之间的距离和刀刃463的长度相同并确定铣刀432的切削范围。环状切削 范围内半径的大小为能够使管道的外部径向部分在上面描述的管道薄层切削范 围内被切除掉预定的量。如上所述，其它形状和/或设计的铣刀也可以采用。
第二加工部分440适于在管道接头12上进行锥面加工，并如图11所示赋 予管道接头12一锥面22。第二加工部分440位于铣刀头420的第一加工部分 430和工具安装部分422之间。
铣刀头420包括至少一个位于中心空腔或内部部分与铣刀头的外表面之间， 铣刀头主体内的开口。开口442一般为任意的尺寸或形状并且至少足够大，以 采用位于孔447中的固定元件446将锥面铣刀444连接到铣刀头420上。在一 个优选的具体实施方式中，采用一个、两个、或三个每一个带有相应开口的锥 面铣刀。铣刀的数量通常由铣刀头的尺寸决定，较大直径的铣刀头可以带有较 多数目的锥面铣刀。当锥面铣刀连接到铣刀头420时，开口442仅有相当小的 部分或空间被锥面铣刀占据。在使用过程中有利的是，由对管道接头加工产生 的刨花、切屑或薄片可通过开口442从铣刀头420排出。至少有一个锥面铣刀 444连接到铣刀头上，以使刀刃448如图12所示向内伸入到环状凹槽426中。 铣刀444优选如图12所示，沿铣刀头420的中心轴向外伸出的径向平面布置。
锥面铣刀444的刀刃448相对于铣刀的旋转轴421以一个一定的角度布置， 以为管道接头提供一个需要的锥面角度。刀刃448相对于铣刀头420的旋转轴 421以大约20°到大约60°固定，理想的是大约30°到大约45°，优选为37.5°。第 二加工部分440的锥面铣刀的位置位于在径向上达到第一加工部分的铣刀432 的径向内刀刃，并由此处向内。至少一个锥面铣刀形成的环状切削范围通常与管 道薄层切除铣刀432的切削范围同轴并沿径向向内。
锥面铣刀444固定连接到优选位于竖直方向并与铣刀头420的纵向中心旋 转轴421平行的开口442的壁上，即如图11所示穿越第一加工部分和工具安装 部分中心轴的线。在一个优选的具体实施方式中，所述的壁面相对于铣刀头的 中心轴421为一径向平面。锥面铣刀444的一个优选具体实施方式如图13所示， 锥面铣刀444为实质性的三角形并包括三个刀刃448、449和450。当然，锥面 铣刀444可为其它形状，如菱形或其它几何形状，并不仅仅局限于图示具体实 施方式中的三角形。如图11所示，仅采用一个刀刃448来对管道接头进行锥面 加工，而不使用其它的刀刃。一刀刃紧靠开口442的上壁并将锥面铣刀撑牢到 所述铣刀头的主体上，以在加工的过程中实质性地阻止铣刀444的移动。
锥面铣刀444可具有零前角、正前角或负前角，优选正前角。有益的是， 当使用的刀刃448破损或发生类似情形时，可将锥面铣刀444卸掉、旋转并重 新连接，从而使用新的刀刃449或450。在需要更换或重新开刃之前，每一个 锥面铣刀444可使用多次。在一个具体实施方式中，锥面铣刀的孔447有一个 用于连接固定部件、或不易察觉的固定部件或两者的组合的凹槽。
在又一个具体实施方式中，使用的锥面铣刀444为如图13所示的切屑断裂 锥面铣刀，它能在管道接头上准备一光滑的锥面。切屑断裂锥面铣刀有一类似 典型小刀逐渐变窄的刀刃。该逐渐变窄的刀刃从铣刀的厚部开始，到能够为要 加工的管道接头提供清洁加工面的相对薄的尖点一端结束。切屑断裂器66可通 过磨削、切除或增强所述刀刃区域刀面的一部分以获得逐渐变窄的刀刃制成。
第二加工部分440的锥面铣刀444从第一加工部分430和管道薄层切除刀 432处分开一预定距离，以准备具有需要特征的管道。锥面铣刀起作用的刀刃 最下面的部分从管道薄层切除铣刀432的下刀刃451处离开一段距离，通常从 大约0.25英寸(0.63cm)到大约1.50cm(3.81cm)或大约2.0英寸(5.08cm)， 理想的从大约0.75英寸(1.91cm)到大约1.35英寸(3.43cm)，优选从大约1 英寸(2.54cm)到大约1.25英寸(3.18cm)。
在加工过程中，铣刀头通过工具安装部分422连接到旋转加工工具18上。 旋转加工工具18优选暂时采用连接到轴50上，如图5所示的夹头52连接或固 定到管道上。铣刀头420向管道行进，其中的第一加工部分铣刀432接触并随 后加工掉管道的外环状面预定部分。在进行切削操作时，铣刀头420进一步沿 管道行进。在铣刀面432切削范围内处于管道表面上的任何薄板和/或堆焊层也 都被切除掉。随着铣刀头沿管道前进，第二加工部分440锥面铣刀444接触管 道接头12并在管道上加工出需要的锥面。当需要的加工操作已经完成后，将旋 转铣刀从管道上移出。这时，管道就带有一被加工成锥面的接头，在被加工成 锥面的接头下面一部分，管道薄层已被切除掉达一预定距离。
根据专利法规，本说明书给出了最好的模式和优选的具体实施方式，但本 发明的范围并不局限于此，而是由所附的权利要求书的范围进行限定。
相互参照
本申请为于2003年9月9日提出的、序号为10/657,890、名称为“管道 接头准备方法和铣刀头”的美国专利申请的部分继续申请。