CN115805257A - 一种双金属复合管的成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双金属复合管的成形方法，属于介质输送管道制造技术领域。该方法包括：在内管外表面均匀涂刷一层糊膏状低熔点金属或金属间化合物后穿套于外管内；利用主轴推动挤压头沿内管轴线方向运动，主轴通过旋转带动挤压头对组合管道进行外胀旋压变形；同时对变形区域进行局部快速加热，并使加热装置与挤压头保持同方向同速率移动；变形完成后，可获得界面结合可靠的双金属复合管。本发明成形工艺简单、生产效率高，易于工业化生产，能耗低，制得的双金属复合管内、外层双金属实现冶金结合，两层异种金属材料之间结合强度高，服役过程中不会产生相对滑移。按照该方法制造的复合管，可以满足多种环境下工业、民用方面等介质输送需要。

Description

一种双金属复合管的成形方法

技术领域

本发明涉及介质输送管道制造技术领域，具体涉及一种双金属复合管的成形方法。

背景技术

双金属复合管是由两种金属材料通过机械结合或者冶金结合手段生产而成，是一种刚度高、强度大、耐蚀性能及耐磨性能优异的结构和功能材料。因此，在介质输送等领域得到广泛应用。由于冶金复合双金属复合管工艺复杂、能耗高、产品质量不稳定，目前常见的双金属复合管基本采用机械复合方式进行制造，如拉拔、液胀等。但机械复合的双金属管界面结合力较低，当内外管热膨胀总量相差较大时，两层金属之间仅靠机械结合(结合强度≤2.0MPa)，结合强度难以抵消因热膨胀总量差异而导致的界面剪切力，结果就会发生层间滑移，导致管道失效，严重时因内层钢管膨胀富余量无法消除会出现向内鼓包的现象。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足之处，本发明的目的在于提供一种双金属复合管的成形方法。该方法通过局部高频感应加热复合机械连续旋转挤压塑性变形，可实现双金属界面快速冶金结合，且稳定性高、工艺简单、易于工业化生产。该方法可以大幅度提高双金属复合管内、外两层金属材料之间的结合强度，并保证较好的内管表面精度，简化制造工艺、降低能耗。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种双金属复合管的成形方法，所述双金属复合管包括外基管和内衬管，其成形方法艺包括如下步骤：

(1)在内衬管外表面均匀涂刷糊膏状低熔点金属或金属间化合物；

(2)将经步骤(1)处理后的内衬管穿套到外基管内，并对内衬管与外基管进行机械固定形成装配体；

(3)利用旋压装置对步骤(2)装夹好的装配体进行旋压外胀塑性变形；同时利用高频感应加热设备对待进行旋压变形区域进行局部加热；

(4)双金属复合管成形后，对外基管表面进行喷砂处理，以去除加热变形过程外基管表面产生的氧化物等。

进一步地，所述双金属复合管的内衬管为不锈钢、镍基合金或钛合金等耐蚀无缝钢管，所述外基管为碳钢或低合金钢等无缝钢管。

进一步地，所述内衬管外表面涂覆的糊膏状低熔点金属或金属间化合物的熔点要低于外基管和内衬管材料的熔点，并与外基管和内衬管两种金属具有较好的相容性及互扩散能力。

进一步地，步骤(3)中，所述旋压装置包括旋转轴和挤压头，旋转轴推动挤压头沿内衬管轴线方向由一端进给至另一端，同时旋转轴通过旋转带动挤压头对装配体进行外胀旋压变形；所述高频感应加热设备进行加热部位与挤压头保持同方向同速率移动。

进一步地，所述旋压装置的挤压头为三辐型、十字型或圆柱型结构等，挤压头端部设计为弧形(优选为为椭球型)。挤压头材质为陶瓷材料。

进一步地，所述旋压装置的挤压头内部设有润滑油路，挤压头端部具有与润滑油路连接的小孔，挤压头端部与内衬管内表面接触部位可缓慢释放润滑油以降低挤压头与内管壁之间的摩擦力，降低能耗的同时防止挤压头与工件表面发生较大磨损，保证内表面无划伤，保护管道内表面精度。

进一步地，所述高频感应加热设备的感应器(如感应线圈、加热铜管等)套装于外基管外部，加热电流频率为20～40kHz，利用该频率电流的集肤效应与邻近效应促使加热部位集中在内衬管外表面与外基管内表面结合处，使加热温度控制在所述糊膏状低熔点金属或金属间化合物熔点以上50～100℃。

进一步地，所述高频感应加热设备的加热部位应为挤压头即将施加变形部位，并与挤压头行进速度保持一致、沿管道轴线方向移动。

进一步地，步骤(2)形成的装配体中，内衬管外表面涂覆的糊膏状低熔点金属或金属间化合物与外基管内表面相接触。

进一步地，步骤(3)中，旋转轴旋转速度为350-550r/min，旋转轴进给速度为0.3-2.5mm/r，旋压装置进行旋压变形后内衬管壁厚减薄率为3-10％。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明提供的一种双金属复合管加工工艺，所得到的双金属复合管内、外两层金属材料之间的结合强度高、质量稳定；

(2)本发明提供的一种双金属复合管加工工艺，采用了高频电流感应加热复合机械旋压变形，工艺简单、生产效率高，工艺控制方便，生产成本低。

(3)本发明提供的一种双金属复合管加工工艺，添加低熔点涂覆金属后在高温下进行快速机械旋压塑性变形，可实现双金属复合管界面的冶金结合，有效避免复合管分层、内衬管塌陷等缺陷，显著提高了工业用复合管的使用寿命。

附图说明

图1是内衬管、外基管以及内衬管穿套到外基管内的结构示意图；

图2是复合加工过程中，高频电流感应加热装置和机械旋压工艺配合示意图。

图3是与主轴相连的挤压装置外形轮廓示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。

本发明提供一种基于旋压变形和高频感应焊接复合作用的双金属复合管制造方法，可实现双金属复合管中两种异质金属界面高强度结合，且具有较高的成形效率与可控性。

本发明采用内衬管外表面涂覆一层低熔点金属，利用高频电流集肤效应与邻近效应局部加热双金属结合面附近金属，使得机械复合过程中实现冶金结合，来解决双金属复合管机械复合成形过程中界面结合力低的难题。利用高频电流感应加热内衬管与外基管，相当于对管材施加机械塑性变形过程中对双金属界面进行高频焊接，实现界面的永久冶金结合，从而解决了异质金属材料机械作用下难以形成高强度结合界面的难题。

高频感应加热是一种先进特殊的加热方式，采用高频感应电流加热内外层金属管，加热位置集中，加热效率高。由于高频电流集肤效应与邻近效应，使得电流主要集中在内衬管外表面与外基管内表面产生大量电阻热，内衬管内表面与外基管外表面基本无电流或很少电流通过基本不被加热，机械旋转挤压过程中，变形主要集中在界面区附近，在液化的糊膏状低熔点金属作用下，内衬管与外基管界面实现冶金焊合。

实施例1：

如图1-2所示，本实施例进行碳钢/不锈钢双金属复合管成形。碳钢为外基管，材质为Q235B低碳钢，管径为110mm，壁厚为5mm；奥氏体不锈钢为内衬管，材质为304奥氏体不锈钢，管径为100mm，壁厚为2mm。内衬管外表面涂覆糊膏状低熔点金属优选黄铜焊膏。

碳钢/不锈钢双金属层状结构复合管制造过程包含以下步骤：

步骤1：不锈钢内衬管表面处理：对奥氏体不锈钢无缝钢管表面进行喷砂处理，去除表面氧化皮、油污等，得到干净且具有一定粗糙度的外表面。

步骤2：糊膏状金属涂覆：将黄铜焊膏与丙酮按1:20重量比例均匀混合成液态溶剂，将混合好的液态溶剂与具有排液孔的环状毛刷相连，将步骤1处理好的内衬管匀速通过环形毛刷，在内衬管外表面形成一层均匀的低熔点金属。

步骤3：内外金属管装配并固定：将步骤2处理后的内衬管穿套进外基管中，并利用工装夹具将内衬管与外基管固定，不允许内外管在外力作用下能发生相对转动。

步骤4：施加高频感应电流：将感应线圈放置在步骤3装配好的复合管外侧，沿轴向方向覆盖距离为8～10mm。在感应线圈中通入频率为20～40kHz的高频电流，将感应线圈覆盖部分管材快速加热到800℃左右，温度受电流参数控制。

步骤5：机械旋压管道塑性变形：将三辐型挤压头安装在一旋转主轴上(图3)，对不锈钢内衬管端口进行扩孔，方便旋转主轴带动挤压头旋进内衬管内，利用挤压头对感应加热部位进行外胀挤压塑性变形，感应线圈随着主轴保持相同速率沿轴线方向进行运动。在挤压力作用下内衬管发生塑性变形而外管发生弹性变形，挤压力撤销后外管弹性变形恢复，与内衬管保持一定压力紧密贴合，此时融化的黄铜钎料在残余压力作用下与碳钢和不锈钢高温下保持快速的互扩散，促使界面达到冶金结合。该步骤中，控制旋转轴旋转速度为450r/min，旋转轴进给速度为1.5mm/r，进行旋压变形后内衬管壁厚减薄率约为5％。

为消除高频电流感应加热对主轴与挤压头的电磁影响，引起挤压力退化和挤压头使用寿命，主轴端部在感应线圈内部分以及挤压头均采用陶瓷材料，避免产生较大的电阻热。为了降低挤压头与内衬管内表面摩擦力，挤压头端部采用椭球型形状，促使旋压过程中内衬管外胀变形顺利进行。且挤压头端部设置有多个润滑液挤出孔，挤压头与内表面作用过程中，润滑液从挤出孔中不断流向内衬管内表面，保证内衬管内表面塑性变形过程中不出现划伤、毛刺、裂纹等损伤缺陷，获得高精度的内表面。

步骤6：外基管表面处理：对复合后的碳钢/不锈钢双金属管道外表面进行喷砂处理，去除由于高频感应加热带来的氧化物，提高管道表面精度及抗磨损性能。

综上所述，本技术可以让外层碳钢无缝钢管与内层不锈钢钢管之间在机械旋压过程中实现冶金熔合，大幅度提高双金属复合管内、外两层金属材料之间的结合强度(实施例1内外管结合强度可达150-200MPa)，按照该工艺方法制造的复合管，可以满足耐高温、冷弯、热弯、任意切割等使用需要。

应当说明的是，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种双金属复合管的成形方法，其特征在于：所述双金属复合管包括外基管和内衬管，其成形方法包括如下步骤：

(1)在内衬管外表面均匀涂刷糊膏状低熔点金属或金属间化合物；

(2)将经步骤(1)处理后的内衬管穿套到外基管内，并对内衬管与外基管进行机械固定形成装配体；

(3)利用旋压装置对步骤(2)装夹好的装配体进行旋压外胀塑性变形；同时利用高频感应加热设备对待进行旋压变形区域进行局部加热；

(4)双金属复合管成形后，对外基管表面进行喷砂处理，以去除加热变形过程外基管表面产生的氧化物等。

2.根据权利要求1所述的双金属复合管的成形方法，其特征在于：所述双金属复合管的内衬管为不锈钢、镍基合金或钛合金等耐蚀无缝钢管，所述外基管为碳钢或低合金钢等无缝钢管。

3.根据权利要求1所述的双金属复合管的成形方法，其特征在于：所述内衬管外表面涂覆的糊膏状低熔点金属或金属间化合物的熔点要低于外基管和内衬管材料的熔点，并与外基管和内衬管两种金属具有较好的相容性及互扩散能力。

4.根据权利要求1所述的双金属复合管的成形方法，其特征在于：步骤(3)中，所述旋压装置包括旋转轴和挤压头，旋转轴推动挤压头沿内衬管轴线方向由一端进给至另一端，同时旋转轴通过旋转带动挤压头对装配体进行外胀旋压变形；所述高频感应加热设备进行加热部位与挤压头保持同方向同速率移动。

5.根据权利要求4所述的双金属复合管的成形方法，其特征在于：所述旋压装置的挤压头为三辐型、十字型或圆柱型结构等，挤压头端部设计为弧形。

6.根据权利要求5所述的双金属复合管的成形方法，其特征在于：所述旋压装置的挤压头内部设有润滑油路，挤压头端部具有与润滑油路连接的小孔，挤压头端部与内衬管内表面接触部位可缓慢释放润滑油以降低挤压头与内管壁之间的摩擦力，降低能耗的同时防止挤压头与工件表面发生较大磨损，保证内表面无划伤，保护管道内表面精度。

7.根据权利要求1所述的双金属复合管的成形方法，其特征在于：所述高频感应加热设备的感应器(如感应线圈、加热铜管等)套装于外基管外部，加热电流频率为20～40kHz，利用该频率电流的集肤效应与邻近效应促使加热部位集中在内衬管外表面与外基管内表面结合处，使加热温度控制在所述糊膏状低熔点金属或金属间化合物熔点以上50～100℃。

8.根据权利要求7所述的双金属复合管的成形方法，其特征在于：所述高频感应加热设备的加热部位应为挤压头即将施加变形部位，并与挤压头行进速度保持一致、沿管道轴线方向移动。

9.根据权利要求1所述的双金属复合管的成形方法，其特征在于：步骤(2)形成的装配体中，内衬管外表面涂覆的糊膏状低熔点金属或金属间化合物与外基管内表面相接触。

10.根据权利要求4所述的双金属复合管的成形方法，其特征在于：步骤(3)中，旋转轴旋转速度为350-550r/min，挤压头进给速度为0.3-2.5mm/r，旋压装置进行旋压变形后内衬管壁厚减薄率为3-10％。

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