一种全管体均匀变形的双金属复合管的制造方法技术

本发明专利技术公开了一种全管体均匀变形的双金属复合管的制造方法，包括：一、将装配好的基管和衬管夹持于模具中；二、计算双金属复合管水压复合成形的第一阶段理论成形压力Pi和第二阶段理论成形压力P′i；三、将夹持于模具中的基管的两端与衬管之间采用密封圈密封，然后向衬管内充水排气；四、向衬管内部打压，待压力上升至第一阶段压力设定值P1后保压2min～10min；五、继续升压至第二阶段压力设定值P2后保压10s～240s；六、卸压排水，下料，得到双金属复合管。该方法能够保证衬管在复合过程中环向和轴向发生充分变形，因此采用该方法制造的双金属复合管的基/衬接触面积大、沿轴向和环向的结合强度均匀性好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于复合材料加工
，具体涉及一种全管体均匀变形的双金属复合管的制造方法。
技术介绍
随着油气资源开采、输送经验的不断丰富，双金属复合管以其耐蚀性能和力学性能达到设计要求的同时，成本远低于纯不锈钢管的优点，得到越来越多的应用。目前国内生产双金属复合管的方式较多，以液压复合技术制造双金属复合管的方法较常见，但该技术生产的双金属复合管存在以下两个方面的缺陷。一方面，目前国内和国际常用的液压复合方法，会在衬管变形前对基衬管管端进行约束(比如封焊)，使内衬管在变形阶段形成较大的环向残余应力和轴向残余应力，这其中环向残余应力是复合管基衬紧密贴合的保障，但轴向残余应力会对基衬间的剪切强度产生削弱作用，特别是在环向残余应力减少到无法束缚轴向残余应力时，轴向残余应力会对基衬间的焊接部分(封焊或堆焊)造成应力集中效果，使基衬焊接部分更容易遭到破坏。另一方面，国内的液压复合方法，受制于材料、设备、工艺限制，在复合压力设计上均为保守计算，将导致液压复合管整管各位置贴合强度不均，贴合力小于预期，或者管体发生不受约束的塑性变形，产生危险或使产品尺寸超出规范要求。目前国内无缝钢管受制造工艺影响，存在管体壁厚、力学性能的不均现象，目前钢管制造厂可接受的无缝钢管壁厚最小偏差为±8％(标准允许壁厚有±12.5％的偏差)，而市场上常见的钢管，其管体各处的屈服强度偏差在50MPa左右，甚至更高。这将导致如果按照某个测量值来设计复合压力，很可能会出现管体局部由于壁厚偏薄、屈服强度偏小，在该压力下首先发生塑性变形，该变形在不受约束的情况下，是非常危险的。国内目前的液压复合工艺为解决该问题采用保守计算法，按安全系数或一个固定数值减少理论计算值。该方法会使局部基衬管发生弹性变形得到较好的贴合强度，但也会使壁厚偏厚、屈服强度偏高的局部没有得到合适的变形力而不能得到理想的贴合强度。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种全管体均匀变形的双金属复合管的制造方法。该方法将水压过程分阶段设定压力，第一阶段压力为衬管开始发生塑性变形的压力，在该阶段进行保压，能够确保衬管发生充分变形，直径变大的同时长度变短，即衬管在环向上，外壁与基管内壁贴紧，衬管在轴向上，两端不受约束，自由收缩，长度变短，使复合管基衬间接触的同时无明显轴向残余应力；第二阶段压力大于等于基衬管同时发生塑性变形所需水压值的临界点，在该阶段进行保压，基衬管内部承受高于基衬管发生同步弹性变形的力，并将额外的力通过基管外壁传递给模具内腔，由模具内腔给基衬管外壁一个反作用力，约束其继续发生变形，全管体受模具夹持约束发生均匀变形。采用该方法制造的双金属复合管的尺寸、椭圆度及直线度均能精确保证。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种全管体均匀变形的双金属复合管的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将装配好的基管和衬管夹持于模具中；所述衬管的长度大于基管的长度；步骤二、按照以下公式计算双金属复合管水压复合成形的第一阶段理论成形压力Pi和第二阶段理论成形压力P′i； P i = σ i ′ l n d o + 2 δ d i + 2 δ - - - ( 1 ) ; ]]> σ i ′ = σ s i + E i ′ 2 δ d o - - - ( 2 ) ; ]]> σ o ′ = σ s o + E o ′ 2 δ ′ D o - - - ( 3 ) ; ]]>P′i＝lnKσ′o+lnkσ′i (4)；其中do为衬管的外径，单位为mm；di为衬管的内径，单位为mm；δ为基管和衬管的单边间隙，单位为mm；δ′为基管和模具之间的单边间隙，单位为mm；Do为基管的外径，单位为mm；σsi为衬管的屈服强度，单位为MPa；E′i为衬管的强化模量，单位为MPa；E′o为基管的强化模量，单位为MPa；K为基管的外径与内径之比，无量纲；k为衬管的外径与内径之比，无量纲；σso为基管的屈服强度，单位为MPa；σ′i为衬管的流动应力，单位为MPa；σ′o为基管的流动应力，单位为MPa；步骤三、将步骤一中夹持于模具中的基管的两端与衬管之间采用密封圈密封，然后向衬管内充水排气；步骤四、步骤三中所述排气完成后向衬管内部打压，待压力上升至第一阶段压力设定值P1后保压2min～10min，所述第一阶段压力设定值P1为第一阶段理论成形压力Pi的0.8～2.0倍；步骤五、待步骤四中保压完成后继续升压至第二阶段压力设定值P2后保压10s～240s，所述第二阶段压力设定值P2＝P′i+Pm，其中Pm为0～100MPa；步骤六、待步骤五中保压完成后卸压排水，下料，得到双金属复合管。上述的一种全管体均匀变形的双金属复合管的制造方法，其特征在于，步骤一中所述衬管两端穿出基管的长度L不小于70mm。上述的一种全管体均匀变形的双金属复合管的制造方法，其特征在于，步骤二中所述基管和衬管的单边间隙δ不大于2mm。上述的一种全管体均匀变形的双金属复合管的制造方法，其特征在于，步骤二中所述基管和模具之间的单边间隙δ′不大于2mm。上述的一种全管体均匀变形的双金属复合管的制造方法，其特征在于，步骤四中所述第一阶段压力设定值P1为第一阶段理论成形压力Pi的0.9～1.2倍。上述的一种全管体均匀变形的双金属复合管的制造方法，其特征在于，步骤五中所述Pm为30MPa～80MPa。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1、本专利技术将水压过程分阶段设定压力，第一阶段压力为衬管开始发生塑性变形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全管体均匀变形的双金属复合管的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将装配好的基管和衬管夹持于模具中；所述衬管的长度大于基管的长度；步骤二、按照以下公式计算双金属复合管水压复合成形的第一阶段理论成形压力Pi和第二阶段理论成形压力P′i；Pi=σi′lndo+2δdi+2δ---(1);]]>σi′=σsi+Ei′2δdo---(2);]]>σo′=σso+Eo′2δ′Do---(3);]]>Pi'＝lnKσ′o+lnkσ′i    (4)；其中do为衬管的外径，单位为mm；di为衬管的内径，单位为mm；δ为基管和衬管的单边间隙，单位为mm；δ'为基管和模具之间的单边间隙，单位为mm；Do为基管的外径，单位为mm；σsi为衬管的屈服强度，单位为MPa；E′i为衬管的强化模量，单位为MPa；E′o为基管的强化模量，单位为MPa；K为基管的外径与内径之比，无量纲；k为衬管的外径与内径之比，无量纲；σso为基管的屈服强度，单位为MPa；σ′i为衬管的流动应力，单位为MPa；σ′o为基管的流动应力，单位为MPa；步骤三、将步骤一中夹持于模具中的基管的两端与衬管之间采用密封圈密封，然后向衬管内充水排气；步骤四、步骤三中所述排气完成后向衬管内部打压，待压力上升至第一阶段压力设定值P1后保压2min～10min，所述第一阶段压力设定值P1为第一阶段理论成形压力Pi的0.8～2.0倍；步骤五、待步骤四中保压完成后继续升压至第二阶段压力设定值P2后保压10s～240s，所述第二阶段压力设定值P2＝P′i+Pm，其中Pm为0～100MPa；步骤六、待步骤五中保压完成后卸压排水，下料，得到双金属复合管。...

【技术特征摘要】
1.一种全管体均匀变形的双金属复合管的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将装配好的基管和衬管夹持于模具中；所述衬管的长度大于基管的长度；步骤二、按照以下公式计算双金属复合管水压复合成形的第一阶段理论成形压力Pi和第二阶段理论成形压力P′i； P i = σ i ′ l n d o + 2 δ d i + 2 δ - - - ( 1 ) ; ]]> σ i ′ = σ s i + E i ′ 2 δ d o - - - ( 2 ) ; ]]> σ o ′ = σ s o + E o ′ 2 δ ′ ...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁国栋，魏帆，袁江龙，吴泽，郭霖，梁国萍，王剑，李缘，赵欣，王斌，赵东，宗友刚，
申请(专利权)人：西安向阳航天材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61