CN103170521A - 一种采用步进式扩径工艺生产内衬双金属复合管的方法 - Google Patents

Abstract

一种采用步进式扩径工艺生产内衬双金属复合管的方法，包括如下步骤：第一步，将基管的内表面进行除锈、清洁，并增加所述基管的内表面的粗糙度；第二步，将衬管清洁酸洗；第三步，将所述基管与所述衬管进行装配，所述衬管装到所述基管内；第四步，将机械扩径装置伸进已经组装好的所述衬管的管内，利用所述机械式扩径装置，通过步进方式完成对所述基管和所述衬管的复合。本发明一定范围内能够有效地减小生产所需的模具加工成本，有效利用现有机械扩径装置的功能，扩径头与内衬钢管间的磨擦量小，对内衬管的损伤小，节能。

Description

一种采用步进式扩径工艺生产内衬双金属复合管的方法

技术领域

本发明属于机械制造技术领域，涉及一种采用步进式扩径工艺生产内衬双金属复合管的方法。

背景技术

在酸性油气田开发过程中，酸性介质会造成普通碳钢管材的严重腐蚀，选择合适的不锈钢材料能抵抗介质的腐蚀，但若采用纯不锈钢管材，则其成本将非常昂贵，给油气田开发带来难以承受的成本压力，这种情况下选用内衬不锈钢复合管不啻为一个合理的选择。内衬不锈钢复合管兼顾了不锈钢管的耐蚀性，碳钢管的承压能力和较低廉的价格，在保证使用效果的前提下，可极大地降低成本。

不锈钢复合管目前主要采用机械复合和冶金复合两种方式，机械复合主要有机械拉拔、爆燃复合和液压加衬等技术。

爆燃式复合为基管与衬管同轴装配后，衬管内装入适当控制的***，利用其***产生的瞬间爆燃力，通过介质传递给衬管。使衬管发生塑性变形，使基管发生弹性变形，在***完成的瞬间，基管的回弹量远大于衬管，从而使基、衬管达到紧密的过盈贴合，达到复合状态。爆燃式复合在生产过程中对于装药量的控制需要大量的工艺验证，成本较高，同时成型方式较为危险，需专业火工品人员进行操作。

液压式复合为先将两管套装在一起，将钢管两端机械密封后，对钢管内腔充水加压，随着管内压力升高，内层管由弹性变形状态进入塑性变形状态，并紧贴外管。当管内压力达一定值时，外管发生弹性变形，两管紧密贴合在一起，当内管压力卸除后，如外管弹性回复能力大于内管的弹性回复能力，则内外管紧密贴合。当然进行这一操作的过程中，要采用外包模具将外管卡住，以保证复合后外管的外径尺寸。采用这种方式的弊端在于对每一规格复合管的生产均需配备一套外包模具，更换不同规格时得更换相应的模具影响生产效率，同时模具的加工需要成本，同时模具的存放要占用空间，同时受水压设备加载能力的限制，可复合的材料和产品规格范围受到很大限制，尤其是厚壁管的复合。

机械扩径是采用分瓣的扇形块沿径向扩张，使管坯沿长度方向以步进方式，分段实现全管长塑性变形的过程，机械扩径装置原理如图1所示。

传统机械式拉拔复合技术通过模具进行外基管的缩径变形，或者内衬管的扩径变形，从而达到机械结合。拉拔复合工艺流程为：复合管接触表面清洁—配管—一端热缩头冷拔—表面抛光。它先是将薄的不锈钢衬管轧制成异型管，使管径缩小，然后再套入碳钢基管中，用一拉挤模放在衬管一端内作轴向的扩挤运动，使衬管紧贴在碳钢基管内表面。拉拔法一般都附带缩径加工和扩径加工，这取决于基管和衬管之间弹性模量的差异、加工性能的不同以及衬层是在内或在外的不同等。机械式拉拔的缺点与液压式类似，生产不同规格复合管需一套锥形拉挤模，更换不同规格时得更换相应的模具影响生产效率，同时模具的加工需要成本。机械式拉拔的模具表面与管材的表面全接触，在拉拔过程中为滑动式的相对运动，摩擦阻力大，成型力大，能耗高，同时也有可能造成内衬管的磨擦损伤。

发明内容

本发明的目的在于设计一种新型的采用步进式扩径工艺生产内衬双金属复合管的方法，解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种采用步进式扩径工艺生产内衬双金属复合管的方法，包括如下步骤：

第一步，将基管的内表面进行除锈、清洁，并增加所述基管的内表面的粗糙度；

第二步，将衬管清洁酸洗；

第三步，将所述基管与所述衬管进行装配，所述衬管装到所述基管内；

第四步，将机械扩径装置伸进已经组装好的所述衬管的管内，利用所述机械式扩径装置，通过步进方式完成对所述基管和所述衬管的复合。

所述基管为无缝钢管、或者焊接钢管。

当所述基管为焊接钢管时，所述机械扩径装置上的机械扩径头上加工焊缝凹槽，所述焊缝凹槽与所述焊接钢管内凸起的焊缝相配合。

所述焊接钢管为埋弧焊接钢管(SSAW、LSAW)或高频电阻焊钢管(ERW、HFW或HFI)。

所述基管为普通钢管；所述衬管为耐腐蚀、抗磨损、抗冲蚀或具有其它特殊功能的钢管。

所述基管为碳钢管，所述衬管为不锈钢管。

所述机械扩径装置的长度大于被加工的所述内衬双金属复合管长度的一半。

所述机械扩径装置的长度可大于被加工的所述内衬双金属复合管的长度。

所述第一步中，将基管的内表面通过打砂或喷砂的方式进行除锈、清洁，并有意造成具有粗糙度的锚纹或锚纹深度。

本发明设计利用一种长度在13m以上(或者6.5m以上，这时从两端进行扩径复合)钢管机械扩径装置，扩径头部分长度约800mm，通过步进内胀扩径方式进行内衬双金属复合管的加工生产：

1)将基管(一般采用成本较低的碳钢管)的内表面通过打砂(喷砂)的方式进行除锈、清洁，并有意造成一定的粗糙度(锚纹、锚纹深度)；

2)将衬管(一般采用抗腐蚀的不锈钢管，或者抗磨损、抗冲蚀等特殊功能的其它薄壁钢管)清洁酸洗；衬管与基管的内外径尺寸通过理论计算、试验验证确定；

3)将基管与衬管进行装配，衬管装到基管内；

4)将机械扩径装置置于(伸进)已经组装好的衬管管内，利用机械式扩径装置，通过步进方式完成对一支钢管的复合，机械扩径的扩径量须通过理论计算、试验验证确定；

5)该方法适用于基管为无缝钢管、或者焊接钢管的内衬复合加工工艺。采用焊接钢管作基管时，对机械扩径头可能需要加工一凹槽，以便适应焊接钢管凸起的焊缝(埋弧焊接钢管的焊缝)。

本发明的有益效果可以总结如下：

1、本发明利用直缝埋弧焊钢管生产中常见的机械扩径装置，采用步进扩径的方式进行内衬双金属复合管的加工生产。采用这种方式进行内衬复合管复合加工，在一定范围内能够有效地减小生产所需的模具加工成本，有效利用现有机械扩径装置的功能。

2、本发明采用步进式操作方式进行内衬复合管的加工生产时，采用内胀扩径的方式完成钢管的内衬复合，扩径头与内衬钢管间的磨擦量小，对内衬管的损伤小，节能。

附图说明

图1为现有技术中机械扩径装置原理的示意图；

图2为本发明工作原理的示意图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种采用步进式扩径工艺生产内衬双金属复合管的方法，包括如下步骤：

第一步，将基管的内表面通过打砂或喷砂的方式进行除锈、清洁，并有意造成具有粗糙度的锚纹或锚纹深度；

第二步，将衬管清洁酸洗；

第三步，将所述基管与所述衬管进行装配，所述衬管装到所述基管内；

第四步，将机械扩径装置伸进已经组装好的所述衬管的管内，利用所述机械式扩径装置，通过步进方式完成对所述基管和所述衬管的复合。

在本实施例中，所述基管为埋弧焊接碳钢管，所述衬管为抗磨损、抗冲蚀的不锈钢管，所述机械扩径装置上的机械扩径头上加工焊缝凹槽，所述焊缝凹槽与钢管内凸起的焊缝相配合；所述机械扩径装置的长度大于被加工的所述内衬双金属复合管的长度。

如图2所示，其中：

1-钢管和基管衬装配好的待复合管

2-楔形体

3-斜块

4-扇形块

本实施例中扩径头的有效长度约为800mm，具体的步进方式扩径的过程如下：

a扩径头外径收缩，将机械扩径装置置于(伸进)已经组装好的衬管管内；

b扩径头外径外胀，将已经组装好的衬管扩至与基管紧密贴合，且基管与衬管均发生一定量的塑性变形；

c扩径头外径收缩，基管与衬管均回弹，在保证基管回弹量大、衬管回弹量小(此处与其它机械复合的原理相同)的情况下，实现衬管与基管间的过盈配合，同时基管内表面预先加工了一定深度锚纹的粗糙度也增强衬管与基管间的结合强度。

d扩径头与钢管轴向相对运动步进移至下一工位，重复a-d的动作，完成对整只钢管全长的内衬复合加工。

e采用长度在13m以上钢管机械扩径装置，可以从一个方向一次完成内衬复合钢管的步进扩径复合加工；若采用长度为6.5m的机械扩径装置，从一个方向一次完成6.5m长度钢管的内衬复合，若复合管的长度为12m，可将钢管掉头后再进行另一半钢管的步进扩径复合，直至完成长度为12m钢管的机械扩径内衬复合。

以上通过具体的和优选的实施例详细的描述了本发明，但本领域技术人员应该明白，本发明并不局限于以上所述实施例，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种采用步进式扩径工艺生产内衬双金属复合管的方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步，将基管的内表面进行除锈、清洁，并增加所述基管的内表面的粗糙度；

第二步，将衬管清洁酸洗；

第三步，将所述基管与所述衬管进行装配，所述衬管装到所述基管内；

第四步，将机械扩径装置伸进已经组装好的所述衬管的管内，利用所述机械式扩径装置，通过步进方式完成对所述基管和所述衬管的复合。

2.根据权利要求1所述的采用步进式扩径工艺生产内衬双金属复合管的方法，其特征在于：所述基管为无缝钢管、或者焊接钢管。

3.根据权利要求2所述的采用步进式扩径工艺生产内衬双金属复合管的方法，其特征在于：当所述基管为焊接钢管时，所述机械扩径装置上的机械扩径头上加工焊缝凹槽，所述焊缝凹槽与所述焊接钢管内凸起的焊缝相配合。

4.根据权利要求3所述的采用步进式扩径工艺生产内衬双金属复合管的方法，其特征在于：所述焊接钢管为埋弧焊接钢管或高频电阻焊钢管。

5.根据权利要求1所述的采用步进式扩径工艺生产内衬双金属复合管的方法，其特征在于：所述基管为普通钢管；所述衬管为耐腐蚀、抗磨损、抗冲蚀的钢管。

6.根据权利要求5所述的采用步进式扩径工艺生产内衬双金属复合管的方法，其特征在于：所述基管为碳钢管，所述衬管为不锈钢管。

7.根据权利要求1所述的采用步进式扩径工艺生产内衬双金属复合管的方法，其特征在于：所述机械扩径装置的长度大于被加工的所述内衬双金属复合管长度的一半。

8.根据权利要求7所述的采用步进式扩径工艺生产内衬双金属复合管的方法，其特征在于：所述机械扩径装置的长度大于被加工的所述内衬双金属复合管的长度。

9.根据权利要求1所述的采用步进式扩径工艺生产内衬双金属复合管的方法，其特征在于：所述第一步中，将基管的内表面通过打砂或喷砂的方式进行除锈、清洁，并有意造成具有粗糙度的锚纹或锚纹深度。

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