【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及钢管制造，特别是涉及一种双金属无缝复合管高效率制备方法。
技术介绍
1、金属管道，因其优良的抗腐蚀、耐高温、耐冲击等性能被广泛应用于石油化工、海洋船舶、航天航空、能源运输、建筑装饰等领域。但随现代工业的快速发展，材料服役状态面临的挑战越来越严峻，目前，单一金属管材面临着性能达到瓶颈的窘境，添加昂贵的稀有金属元素虽然可以提升单一金属管的性能，但提升幅度十分有限，且稀有金属元素也无法在工业生产上大量使用。
2、双金属无缝复合管是通过特殊的加工工艺或熔炼铸造，使基层管和覆层管两层金属管发生机械啮合或冶金结合的新型管材，双金属无缝复合管可同时具备两种金属的优良性能，有较高的比强度、比刚度、抗氧化、耐磨和耐蚀等特点。根据双金属无缝复合管基层管和覆层管不同的服役环境，合理地选择基层管和覆层管的材料可以减少单一金属管生产过程中昂贵金属元素的加入，降低生产成本。
3、目前双金属无缝复合管的生产工艺主要有爆炸复合、液压膨胀复合、轧制法复合和热挤压法复合等，但受复合工艺和机械设备的制约，复合管结合的均匀性和长度等均受到了一定的限制，无法高效、高质量地生产无缝复合管。爆炸复合由于爆炸产生的冲击波和高温高能可使两管发生冶金结合，但由于爆炸物的使用，需要操作人员有足够的经验储备和较高的技术条件，有一定的危险性；爆炸过程中产生的气体和噪音会对环境造成严重污染；并且爆炸过程中产生的冲击波会使得复合管壁产生波纹形状，影响两管结合的均匀性。液压膨胀是对覆层管施加一定的力使覆层管发生膨胀，待力卸除之后覆层管与基层管发生机械啮合
4、热挤压生产双金属复合管管坯一般有两种方法，一种是直接离心铸造复合管管坯；另外一种是铸造实心锭然后通过液压冲孔或机械加工的方法生产基层管管坯和覆层管管坯，将两管坯进行打磨之后进行装配生产复合管管坯。离心铸造生产的复合管管坯，不仅需要两种材料的熔点相近，而且内层金属液的加入时机需要一定的经验，加入金属液过早或过晚会造成两管坯之间产生冷隔、夹杂、气孔、疏松等缺陷，从而降低复合管界面质量，严重影响复合管结合强度与均匀性。采用普通铸造和机械加工的方法制备复合管管坯，不仅可以降低离心铸造工艺的复杂性，而且可以有效提升同一批复合管管坯性能的一致性。但是一般的基层管管坯与覆层管管坯平行装配的装配方式容易造成覆层管管坯提前被挤出的问题，另外平行装配的方式无法以较大的挤压比生产双金属无缝复合管，从而在一定程度上限制了复合管的长度，降低了生产的效率。因此，如何合理地进行复合管管坯的装配，提升双金属无缝复合管的生产效率成为了亟待突破的关紧技术瓶颈。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种双金属无缝复合管高效率制备方法，以解决上述现有技术存在的问题。本专利技术的方法避免了离心铸造制备复合管管坯的复杂性，简化了复合管管坯的制备方法，提升了复合管的基层管与覆层管管面的结合力，较大地提高了复合管的长度。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、本专利技术的技术方案之一：一种双金属无缝复合管高效率制备方法，包括以下步骤：
4、（1）根据需要，选择两种不同材质的金属材料（一种作为基层管管坯，另一种作为覆层管管坯），两种不同材质的金属材料需要有相近的热加工窗口温度，保证热加工窗口温度差值在100℃以内，以便可以在同一预热温度下具有近似的热变形抗力。
5、热变形抗力相近，可以保证两种金属的流动规律同单金属无缝管挤压时的流动规律一致。
6、本专利技术管坯的生产过程为先通过普通砂型铸造或金属型铸造生产铸锭，再进行冲孔、车削等机械加工方式生产基层管管坯与覆层管管坯，可制备熔点差距较大但变形抗力较为相近的双金属无缝复合管管坯，如铜铝、镁铝等双金属无缝复合管。
7、进一步地，所述基层管管坯的材质为6061铝合金或5052铝合金等金属材料；所述覆层管管坯的材质为1060铝合金、az31b镁合金或t2紫铜等金属材料。
8、（2）根据挤压筒内径d1选择合适直径d0（复合管管坯外径）的圆柱坯料进行机械加工处理，选定规则为d0=d1-（0.3~10）mm，对于小型挤压机选择下限0.3mm，对于大型挤压机选择上限10mm，d1和d0单位为mm。
9、（3）根据芯杆直径对基层管管坯与覆层管管坯进行中间预钻孔和外表面的车削机械加工处理，芯杆直径为d2，复合管管坯内径为d0，d0=d2+（1~3）mm，则预钻孔尺寸为d2-（2~10）mm（预钻孔尺寸小于芯杆直径是为了留足材料，便于后面的进一步机械加工），对于小尺寸芯杆选择下限，对于大尺寸芯杆选择上限，加工公差满足gb/t 1800.1-2020 it12等级，d2和d0单位为mm。
10、（4）根据所使用挤压机的型号和模具尺寸的不同，分别量取挤压模具凹模出料口直径、凸模芯杆直径、挤压筒内壁直径、所选用坯料高度以及其直径的尺寸，获取所需的三维数据，并对挤压相关构件进行三维建模，三维建模的主要过程包括根据实物所获得数据对二维草图进行绘制，然后将草图进行旋转、拉伸等步骤，从而分别获得对应实物的三维建模，最后再根据实际工况，将建模完成后的各个构件组合在一起，使用组合后的三维模型进行单金属管材的挤压模拟，单金属管挤压模拟所用材料选为流动性能较弱的材料，如6061铝合金和az31镁合金复合则选择az31镁合金作为模拟材料，根据挤压模拟的结果，分析挤压过程中不同位置金属的流动路径，根据挤压过程中金属的流动规律确定基层管管坯与覆层管管坯装配界面的形状；
11、建模精度主要由模具尺寸精度决定，从而会决定金属的流动路径，根据模具剖面形状的不同，模具可分为平模、锥模以及流线模等，不同的模具形状对应不同的金属流动路径，根据模拟软件可以确定对应流动路径。
12、进一步地，所述覆层管管坯的外轮廓由大端至小端过渡处理，大端外径是小端外径的1.5~2.6倍，所述覆层管管坯的内轮廓为圆柱形；所述基层管管坯的外轮廓为圆柱形，内轮廓与所述覆层管管坯的外轮廓相匹配，且基层管管坯的内轮廓和所述覆层管管坯的外轮廓之间有0.05mm的间隙；
13、进一步地，所述覆层管管坯截面的大端至小端的连线为外凸曲线结构。
14、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种双金属无缝复合管高效率制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述基层管管坯的材质为6061铝合金或5052铝合金；所述覆层管管坯的材质为1060铝合金、AZ31B镁合金或T2紫铜；所述热加工窗口温度为金属熔点的0.75~0.95倍。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述去应力退火处理的温度为280~350℃，时间为2h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，复合管管坯外径定义为D0mm，保温时间为1.5~2.5D0min。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，当D0＜50mm时，保温时间为1.5D0min；当50mm＜D0＜100mm时，保温时间为（1.5+0.01×(D0-50)）×D0min；当D0＞100mm时，保温时间为2.5D0min。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述挤压的温度与所述保温处理的温度相同；所述挤压的挤压比为25，挤压速度为1~5mm/s。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征
8.一种权利要求1~7任一项所述的制备方法制备的双金属无缝复合管。
9.一种权利要求8所述的双金属无缝复合管在航天航空、能源运输、石油化工或核电领域的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种双金属无缝复合管高效率制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述基层管管坯的材质为6061铝合金或5052铝合金；所述覆层管管坯的材质为1060铝合金、az31b镁合金或t2紫铜；所述热加工窗口温度为金属熔点的0.75~0.95倍。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述去应力退火处理的温度为280~350℃，时间为2h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，复合管管坯外径定义为d0mm，保温时间为1.5~2.5d0min。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，当d0＜50mm...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩建超，王衍钧，贾燚，张新龙，张伟，张艺智，张树志，张长江，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：
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