專利名稱：一種金屬復合管制備方法
技術領域：
本發明涉及一種金屬復合管制備方法。
背景技術：
金屬復合管是由兩種或兩種以上不同種金屬材料構成的層狀復合管材，內、外層甚至中間層通過機械或冶金的方法連接，在外界應力的作用下，各層金屬能夠同時協調變形。由于復合管的內外層材料選擇的不同，復合管有著不同的廣泛用途。在石油、化工等領域，復合管廣泛用于原油的采掘、輸送和化學反應所需的各種輸送管路、加熱器管道、熱交換器管路和檢查用噴管等；在海水處理中，內層防銹蝕的復合管用作抗腐蝕的導水管；在建筑行業，內層由耐磨層的復合管用作輸送混凝土漿料的管路，等等。 金屬復合管的種類繁多，可以是碳鋼與不銹鋼復合，鋼或不銹鋼與輕金屬(Al，Ti, Mg, Zn)復合,鋼或不銹鋼與貴金屬(Cu、Ni、Co、W、Cr)復合,輕金屬與輕金屬的復合，輕金屬與貴金屬的復合等等。金屬復合管將兩中或兩種以上金屬材料的性能得到充分的發揮，同時可以減少高成分貴金屬的使用，降低制造和應用的成本。目前，金屬復合管的制造方法多種多樣，主要包括爆炸復合法、鑄造復合法、軋制復合法，拉拔或擠壓復合法、包覆復合、釬焊法等。爆炸復合工藝比較復雜，它是兩種金屬板或管以爆炸沖擊焊接的方式將兩種金屬焊接的方法，經過去應力退火可以直接使用，也可以爆炸焊接后再經熱軋、冷軋得到最終產品，該方法最大的限制是在爆炸過程中的管端效應，難以制備較長的管材。鑄造復合方法，是通過離心鑄造的方法將兩種金屬材料連續鑄造復合的方法(如US PATENT 4405398，US PATENT 3069209)，可以在鑄造完成后進行后續的加熱、軋制或擠壓等工序進行精成型；該工藝的主要限制是兩種鑄造的材料的熔點，對鋼和輕金屬進行鑄造復合就難以實現。軋制復合法是先將內外層金屬管形成過盈配合或間隙，經過焊接封閉和加熱軋制成型的方法(如專利申請CN 03142610. 7，JP8025063A)，這種方法更適用于高溫性能相近的材料進行復合，如普碳鋼與合金鋼、高合金鋼，不銹鋼與高合金鋼等，也有使用在鋼和鈦復合的報導。另外，在內層管在大管徑和長管材條件下實現過盈配合十分困難；采用間隙配合方式解決了組裝問題，但是在斜軋方式中因剪切變形易于讓焊接界面開裂，導致表面氧化影響界面復合質量。擠壓和拉拔是將兩種不同金屬管或管坯套在一起，在模具中擠壓或拉拔使其產生結合的方式。這種方法對內層外層管的要求較高，在生產規格上適合生產中小規格，結合層不夠緊密(如CN87103183A,日本特許公報(B2)平2 - 9543)。包覆復合法是在前后兩套焊管機組上通過軋輥孔型包覆成因一次完成，包覆復合法如果不適用釬焊方法，往往得到的是機械復合，復合層結合不緊密，采用釬焊料涂層和感應加熱方法可獲得冶金結合的復合管材(US Patent 3598156)。
釬焊法是在內管外表面或外管內表面涂敷釬焊料，成型后再加熱釬焊料進行連接的方法，它解決了復合管的復合層的界面結合問題。這種方法的限制是釬焊料與基體界面反應必須得到控制，另外高溫復合過程中受界面反應的影響往往限制了結合面強度，再次是成本較高。因此使得釬焊法的應用范圍受到限制。

發明內容
本發明的目的在于，提供一種金屬復合管制備方法，為具有冶金結合的雙金屬或多層金屬復合管提供了一種靈活、簡便的方法，克服上述復合管制造方法中的種種限制和不足。本發明的技術方案是一種金屬復合管制造方法，具體包括以下步驟
步驟I:選擇和設計需要內層金屬管，外層金屬管的材質和規格，對內層金屬管外表面·和外層金屬管內表面去除表面氧化層；其中，所述內層金屬管和外層金屬管的外徑為8 300mm,壁厚為I. 5 40mm,外層金屬管內徑比內層金屬管外徑大5%_25% ；
步驟2:將所述內層金屬管置于所述外層金屬管內部，用第一密封材料將所述外層金屬管域內層金屬管之間的間隙端部密封，用第二密封材料將內層金屬管兩端封閉，使之形成一個組合件；
步驟3:在組合件的內層金屬管兩端密封材料上設置內層金屬管進氣口和內層金屬管出氣口，在所述出氣口上設置閥門；在外層金屬管的兩端設置外層金屬管進氣口和外層金屬管出氣口 ；通過金屬管進氣口和外層金屬管進氣口向組合件的內層金屬管內部和內、夕卜層金屬管間隙通入保護氣體；其中，所述內、外層金屬管之間保護氣體為98-100%Ar+0-2%H2氣或25-98%N2+75-2%H2 ;所述內層金屬管中的保護氣體為Ar或N2或混合氣體；
步驟4 :將組合件整體或中間部分放入加熱爐加熱；加熱到400-1000°C，將內層金屬管內部氣壓升高至2. 0-12. OMPa，使內層金屬管膨脹至與外層金屬管緊貼、復合，保溫時間為5min _120min ；
步驟5 :打開閥門發出氣體，冷卻后，切除組合件管端未復合部分，就得到所需的雙金
屬復合管。本發明具有以下特點
I.內管、外管的材質受限制較小?？梢允峭鈱訛殇撆c內層為輕、貴金屬的復合管(如鋼-Ti，鋼-Al，鋼-Mg、鋼-Cu、鋼-Ni)，可以內外層都為輕金屬或貴金屬(如Ti-Al,Al-Mg, Cu-Al, Ni-Al )，也可以是碳鋼與不銹鋼復合。2.制造復合管的設備簡單、投資低。主體設備主要為加熱爐、增壓氣體泵，輔助設備為除銹、處氧化層設備和少量機械加工設備。不需要大型的軋制設備，也不要昂貴的釬焊料，就能實現批量制造。3.制造復合管材的規格范圍寬。首先是管徑范圍，可以實現從外徑8 300_，壁厚I. 5 40mm,覆層壁厚O. I 4. 0mm。4.制造產品規格范圍靈活?？梢苑奖銓崿F不同管徑規格、不同壁厚規格、不同材質無縫管或焊接管的復合，在制備產品的長度上更體現其靈活性。


圖I為本發明的雙金屬復合管的結構示意圖。
圖中
I-內層金屬管進氣口，2-第一密封材料，3-內層金屬管，4-外層金屬管，
5-外層金屬管出氣口， 6-第二密封材料， 7-閥門,8-內層金屬管出氣口，9-外層金屬管進氣口。
具體實施例方式 下面結合具體實施例本本發明的技術方案做進一步說明。實施例I :鋼-Ti復合管的制備。外管材質及規格鋼Q235，外徑D=104mm，壁厚t=3. Omm ;內管材質及規格鈦合金Ti-6A1-4V (TC4)，外徑D=89. 25mm，壁厚t=2. 5mm ;管間保護氣體為98% Ar+2% H2混合氣體， 內管氣體Ar氣，壓力采用3. OMPa ;加熱溫度800-880°C;變形及變形后保溫總時間15min。最終得到的復合界面剪切強度245MPa。實施例2 :鋼-Cu復合管的制備，
外管材質及規格鋼Q345，外徑D=159mm，壁厚t=6mm ;內管材質及規格Cu合金C27400(H63)，外徑D=139mm，壁厚t=3mm;管間保護氣體為98% Ar+2% !12混合氣體；內管氣體隊氣，壓力采用4. OMPa ;加熱溫度790-810°C;變形及變形后保溫總時間120min。最終得到的復合界面剪切強度195MPa。實施例3 :鋼-不銹鋼復合管的制備
外管材質及規格鋼Q345，外徑D=89mm，壁厚t=3. 5mm ；內管材質及規格不銹鋼SUS304 ( 0Crl8Ni9Ti )焊管，外徑 D=78mm，壁厚 t=l. 50mm ;管間保護氣體為 25% N2+75%H2混合氣體；內管氣體Ar氣，壓力采用8. OMPa ;加熱溫度960-1000°C ;變形及變形后保溫總時間60min。最終得到的復合界面剪切強度358MPa。實施例4 =Ti-Al復合管的制備
外管材質及規格鈦合金TA1，外徑D=IOmm,壁厚t=0. 5mm ;內管材質及規格A1合金5056 (LF6)，外徑D=7. 0mm，壁厚t=0. 2mm ;管間保護氣體為98% Ar+2% H2混合氣體；內管氣體Ar氣，壓力采用2. OMPa ;加熱溫度400-460°C ;變形及變形后保溫總時間5_10min。最終得到的復合界面剪切強度182MPa。實施例5 :不銹鋼-Cu-Ti復合管的制備
外管材質及規格鋼Q345，外徑D=63. 5mm,壁厚t=3mm ；內管材質及規格Ti合金Ti-6A1-4V (TC4)，外徑 D=50mm，壁厚 t=2mm ;中間管材質 Cu 合金 C27400 (H63)，外徑D=54mm,壁厚t=l. 5mm ;管間保護氣體為98% Ar+2% H2混合氣體；內管氣體N2氣，壓力采用
4.OMPa ;加熱溫度810°C ;變形及變形后保溫總時間90min。最終得到不銹鋼-Cu界面剪切強度200MPa，Cu-Ti界面剪切強度105MPa。
權利要求
1.種雙金屬復合管制備方法，其特征在于，工藝步驟包括 步驟I:選擇和設計需要內層金屬管，外層金屬管的材質和規格，對內層金屬管外表面和外層金屬管內表面去除表面氧化層；其中，所述內層金屬管和外層金屬管的外徑為8 300mm,壁厚為I. 5 40mm,外層金屬管內徑比內層金屬管外徑大5%_25% ； 步驟2:將所述內層金屬管置于所述外層金屬管內部，用第一密封材料將所述外層金屬管域內層金屬管之間的間隙端部密封，用第二密封材料將內層金屬管兩端封閉，使之形成一個組合件； 步驟3:在組合件的內層金屬管兩端密封材料上設置內層金屬管進氣口和內層金屬管出氣口，在所述出氣口上設置閥門；在外層金屬管的兩端設置外層金屬管進氣口和外層金屬管出氣口 ；通過金屬管進氣口和外層金屬管進氣口向組合件的內層金屬管內部和內、夕卜層金屬管間隙通入保護氣體；其中，所述內、外層金屬管之間保護氣體為98-100%Ar+0-2%H2氣或25-98%N2+75-2%H2 ;所述內層金屬管中的保護氣體為Ar或N2或混合氣體； 步驟4 :將組合件整體或中間部分放入加熱爐加熱；加熱到400-1000°C，將內層金屬管內部氣壓升高至2. 0-12. OMPa，使內層金屬管膨脹至與外層金屬管緊貼、復合，保溫時間為5min _120min ； 步驟5 :打開閥門發出氣體，冷卻后，切除組合件管端未復合部分，就得到所需的雙金屬復合管。
全文摘要
本發明公開了一種金屬復合管制備方法，工藝步驟為選擇和設計需要內外層金屬管的材質和規格。對內層金屬管外表面和外層金屬管的內表面用機械或化學方法去除氧化層。將內層金屬管置于外層金屬管內部，并留有間隙，用材料將間隙的兩端密封；內層金屬管端密封開進氣口和出氣口，外層金屬管開有進氣口和出氣口；組裝件整體或中間部分放入加熱爐加熱。加熱前，在內層金屬管和外層金屬管之間以及內層金屬管內通入保護氣體。加熱到需要的溫度后，將內層管內部氣壓升高至2.0-10.0MPa，保持一段時間。內層金屬管膨脹后與外層金屬管緊貼、產生擴散復合，得到冶金結合的金屬復合管。本方法簡便、靈活，可用于制備多種金屬復合管。
文檔編號B21D39/04GK102909278SQ20121036781
公開日2013年2月6日 申請日期2012年9月28日 優先權日2012年9月28日
發明者余偉, 蔡慶伍, 唐荻, 陳銀莉, 劉濤, 何春雨, 張立杰 申請人:北京科技大學