压焊复合法制造双金属冶金复合管的方法技术

本发明专利技术提出一种压焊复合法制造双金属冶金复合管的方法，旨在提供一种安全可靠、层间结合强度高的冶金复合管的制备方法。本发明专利技术通过下述技术方案实现：先将一端制有锥形扩口的内管同轴装于外管内，管端两端层间密封后充入惰性气体制成管坯；再将管坯穿过环形焊接支架上的感应加热线圈、环布正电极和装在尾座的焊接芯杆，在焊接芯杆头部固联压焊圆锥扩孔焊头，装夹到机床移动工作台上动力头的气动卡盘内，动力头牵引管坯向左匀速旋转运动，压下正电极，通电，正电极与压焊圆锥扩孔焊头上负电极间管坯层间表面，形成V形环高频电流扫描加热区或电阻焊电极压合加热区，熔融结合面表面金属，管坯强制通过轴向固定的圆锥扩孔焊头，将管坯焊合为一体。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提出一种，旨在提供一种安全可靠、层间结合强度高的冶金复合管的制备方法。本专利技术通过下述技术方案实现：先将一端制有锥形扩口的内管同轴装于外管内，管端两端层间密封后充入惰性气体制成管坯；再将管坯穿过环形焊接支架上的感应加热线圈、环布正电极和装在尾座的焊接芯杆，在焊接芯杆头部固联压焊圆锥扩孔焊头，装夹到机床移动工作台上动力头的气动卡盘内，动力头牵引管坯向左匀速旋转运动，压下正电极，通电，正电极与压焊圆锥扩孔焊头上负电极间管坯层间表面，形成V形环高频电流扫描加热区或电阻焊电极压合加热区，熔融结合面表面金属，管坯强制通过轴向固定的圆锥扩孔焊头，将管坯焊合为一体。【专利说明】
本专利技术涉及一种金属冶金复合加工领域中，广泛应用于石油、化工、电力、冶金等工业领域，海水淡化、医药化工、污水处理、新能源、食品加工等行业的。
技术介绍
为获得一种全新新能的管材或大幅度降低高腐蚀管线的建设成本，各种双金属复合管应运而生。如一种外覆不锈钢，内衬低碳钢的锅炉用换热管即保持了低碳钢的高导热系数，又具有极好的抗高温腐蚀性能。又如，在强腐蚀介质输送管线，通常采用不锈钢管或镍基合金管作为管线材质，如果采用内覆不锈钢或镍基合金，外衬高强度低合金钢的复合管替代，则可成倍降低这类管线的造价。目前国内、外双金属复合管根据复合方法不同分为冶金复合、机械复合两类:I)爆炸复合爆炸复合法是将装配好的内外管放置在水槽内，将爆炸物放置在内衬管轴线上，通过引爆爆炸物，使覆层与基层产生强烈撞击，内层管产生塑性形变，外层管产生弹性形变，同时爆炸波能量在两种材料的结合表面产生机械嵌合及局部熔接，从而形成具有部分冶金熔接和机械嵌合的复合管。爆炸复合的成型特点导致它有以下缺点:(1)界面结合区为波形，结合面难以实现完全冶金结合，结合力较小，结合区残余应力较大，存在时效分层的现象。这种分层现象为其后的管线焊接连接带来极大的困难。(2)如果内层金属具有较高的屈服强度或者壁厚较大，则在爆炸成形过程中需要更大的爆炸能量，过大的爆炸能极易造成内外管的同步塑性变形，从而带来成形失败。因此对于较厚内层要求的复合管，难以采用爆炸成形工艺。2)堆焊成型法堆焊是一种用熔焊、钎焊、热喷涂等方法在工件表面堆敷一层具有特定性能材料的工艺过程。狭义上的堆焊即指熔化焊方法堆焊。采用堆焊法制造复合管的主要缺点是:大面积堆敷成本极高:可生产的材料组合仅限于熔化焊下具有相容性的材料之间，不能复合两种熔点相差太大的材料:堆焊常用于不锈钢管与碳钢管的复合，且复合管一次焊接合格率低，堆焊后还需对焊层金属表面进行必要的机械加工，进一步增加了制造成本。3)热轧和热挤压工艺热轧复合工艺适合于有缝复合管生产，热挤压复合工艺适用于无缝复合管的生产。热轧复合是利用热轧复合板卷焊成复合管。热轧复合经常应用与壁厚小的管材加工，缺点是一次性投资大，而且很多材料组合不能通过轧制复合实现。目前应用最广泛的是利用该工艺对碳钢、不锈钢焊管复合管的制造，采用该方法不能生产无缝复合管，从而极大限制了这种复合管在高压工况下的应用。热挤压是将两种或两种以上的金属组成的大直径机械套装复合管坯加热到1200度左右，然后通过由模具和芯棒组成的环状空间进行挤压。当挤压前、后金属管环形截面面积比为10: I时，极高的挤压压力和温度会在界面处产生压力锻的焊接效应，促进界面间的快速扩散和充分结合，使成品界面形成冶金结合的复合挤压管。该方法是目前生产不锈钢和高镍合金无缝复合管的较好方法。但也存在结合力低下，生产成本较高等问题。4)离心铸造复合先通过离心铸造的方式得到冶金复合的双金属管坯，然后经过热轧或热挤压得到成品管；该方法结合区结合力强，但管坯表面的机械加工，以及结合处难以控制的夹渣、分层等铸造缺陷，致使成材率较低等问题，导致该种复合管成本极高。5)液相扩散焊法液相扩散焊法方法是在机械复合管的层间预先加入铜基钎焊剂或钎焊带，然后将制备好的机械复合管通过感应加热或其他加热方式处理，形成具有中间过渡结合层的双金属复合管。该方法结合层结合力较小，由于结合面有铜等其它金属元素的加入，无法避免管道焊接时焊缝处钎焊剂的异金属融入，严重影响焊缝的机械性能及耐腐蚀性能。通过对以上各种双金属复合管的结合形式、结构形式、性能特点、生产成本的综合分析发现，现有的各种双金属复合管的生产方法有以下特点:离心铸造复合、堆焊复合法属冶金结合，结构形式较好，结合力较大，但生产成本很高；热轧和热挤压工艺、爆炸复合、液相扩散焊法也属冶金结合，结构形式不好，结合力低下、生产成本较高。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术冶金复合管及制造工艺的不足之处，提供一种生产工艺简单，质量控制稳定，冶金结合结构形式好、层间结合强度高，制造成本低的。本专利技术的目的由以下技术措施实现:一种，其特征在于包括如下步骤:I)首先将外径小于外管5内径的内管6左端扩口，制成外径大于外管内径的锥形扩口端，再将内管6同轴装配在外管5内，焊封扩口端两管间结合缝，再在右端环缝内装入环形密封体7，形成对两管右端层间环缝的密封，然后通过环形密封体7对已密封的两管层间间隙充入惰性气体或抽真空，置换出其中的空气，制成管坯；2)将上述管坯扩口端装夹在机床动力头8的气动卡盘2内，使穿入环形焊接支架9内环面的管坯管身，纵向支撑于机床移动工作台I上，使环布在固定的环形焊接支架9内环面端口上的数个正电极12压在管坯外表面，使连接电源的感应加热线圈11套在管坯外部；使一端固联有压焊圆锥扩孔焊头的焊接芯杆13置于管坯内，压焊圆锥扩孔焊头上的负电极契合压紧于内管6锥形扩口上，使负电极与上述正电极12径向对应组成焊接电极组;焊接芯杆13另一端装有轴承，安装在固定的尾座3上；3)焊接电极组通电，用具有输出功率线性可调的感应加热线圈11对管坯的外管焊接区前端进行快速预热，启动动力头8牵引管坯向左匀速旋转运动，通过高频接触焊高频电流的集肤效应及邻近效应作用或电阻焊电流产生的电阻热，使内外管层间形成数个环状分布的V形电流集中加热区或电阻焊电极压合加热区，将内外管间表面金属迅速加热，熔融，管坯强制通过内孔轴向固定的压焊圆锥扩孔焊头，在压焊圆锥扩孔焊头产生的反作用挤压力作用下，管坯的内管6产生塑性变形后与外管5紧密贴合，将管坯焊为一体。本专利技术相比于现有技术具有如下有益效果:既有极高内外层结合力，又具有较低生产成本的双金属复合管。生产工艺简单，质量控制稳定，制造成本低，复合金属材料组合范围广。本专利技术可根据所需复合管材的用途及性能特点选择内层及外层金属的材料，生产出界面冶金结合、结构形式好、层间结合力大、生产成本低的高性能冶金复合管。仅用一台不复杂自制的压焊复合管成型机和相应的压焊圆锥扩孔焊头，采用常规工艺参数，经过高频接触焊或电阻焊焊接的方式将不同材质的两层金属管的层间紧密焊接为一体，能耗低，改善环境，解决了现有技术工艺环节复杂，安全性差，质量控制难度大，质量不稳定，一次性投资大，制造成本高的不足。结合界面为冶金结合，结构形式好，结合强度高，层间结合力大。本专利技术采用外管与内管之间经过高频接触焊或电阻焊焊接后形成原子间互相融合、渗透、扩散的冶金结合方式，解决了现有技术界面结合区不能完全冶金结合，结合力较小，结合区残余应力大，时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压焊复合法制造双金属冶金复合管的方法，其特征在于包括如下步骤：1)首先将外径小于外管(5)内径的内管(6)左端扩口，制成外径大于外管内径的锥形扩口端，再将内管(6)同轴装配在外管(5)内，焊封扩口端两管间结合缝，再在右端环缝内装入环形密封体(7)，形成对两管右端层间环缝的密封，然后通过环形密封体(7)对已密封的两管层间间隙充入惰性气体或抽真空，置换出其中的空气，制成管坯；2)将上述管坯扩口端装夹在机床动力头(8)的气动卡盘(2)内，使穿入环形焊接支架(9)内环面的管坯管身，纵向支撑于机床移动工作台(1)上，使环布在固定的环形焊接支架(9)内环面端口上的数个正电极(12)，压在管坯外表面，使连接电源的感应加热线圈(11)套在管坯外部；使一端固联有压焊圆锥扩孔焊头的焊接芯杆(13)置于管坯内，压焊圆锥扩孔焊头上的负电极契合压紧于内管(6)锥形扩口上，使负电极与上述正电极(12)径向对应组成焊接电极组：焊接芯杆(13)另一端装有轴承，安装在固定的尾座(3)上；3)焊接电极组通电，用具有输出功率线性可调的感应加热线圈(11)对管坯的外管焊接区前端进行快速预热，启动动力头(8)牵引管坯向左匀速旋转运动，通过高频接触焊高频电流的集肤效应及邻近效应作用或电阻焊电流产生的电阻热，使内外管层间形成数个环状分布的V形电流集中加热区或电阻焊电极压合加热区，将内外管间表面金属迅速加热，熔融，管坯强制通过内孔轴向固定的压焊圆锥扩孔焊头，在压焊圆锥扩孔焊头产生的反作用挤压力作用下，管坯的内管(6)产生塑性变形后与外管(5)紧密贴合，将管坯焊为一体。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：唐勇，王宏，唐夕尧，易刚，刘帆，
申请(专利权)人：唐勇，王宏，
类型：发明
国别省市：