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        雙金屬?gòu)?fù)合管分類(lèi)及其特性分析*

        2019-03-08 03:13:00楊專(zhuān)釗李安強(qiáng)魏亞秋
        石油管材與儀器 2019年1期
        關(guān)鍵詞:機(jī)械工藝

        楊專(zhuān)釗,王 揚(yáng),李安強(qiáng),魏亞秋

        (1.中國(guó)石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院,石油管材及裝備材料服役行為與結(jié)構(gòu)安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 陜西 西安 710077;2.北京隆盛泰科石油管科技有限公司 北京 100101;3.中國(guó)石油技術(shù)開(kāi)發(fā)總公司 北京 100028)

        0 引 言

        油氣集輸用雙金屬?gòu)?fù)合鋼管是通過(guò)冶金結(jié)合或機(jī)械結(jié)合等方法,將基體鋼管和覆層金屬結(jié)合在一起的新型鋼管。碳鋼基管主要起到承壓和管道剛性支撐的作用,覆層則具有防腐蝕的作用。其保留了碳鋼基管和覆層金屬材料各自內(nèi)在的優(yōu)點(diǎn),互補(bǔ)了各自的不足?;w鋼管可以根據(jù)輸送介質(zhì)的流量和壓力要求,選用不同管徑、壁厚和鋼級(jí)的碳鋼或不銹鋼,覆層可以根據(jù)輸送介質(zhì)的化學(xué)成份、現(xiàn)場(chǎng)服役環(huán)境條件,選用不同的耐腐蝕金屬或合金。

        目前雙金屬?gòu)?fù)合鋼管采用的覆層材料主要有:

        1)鐵基合金:奧氏體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、雙相不銹鋼、高鎳合金。

        2)非鐵基合金:銅基合金、鎳基合金、鈦合金、哈氏合金。

        3)有色金屬純材:鎳、鈦。

        雙金屬?gòu)?fù)合管兼有基體鋼管和覆層的所有優(yōu)點(diǎn),相對(duì)于純材合金管能有效降低成本,而且在對(duì)純材合金管具有應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂敏感性的氯化物和(或)酸性環(huán)境中可以提高安全性和可靠性。雙金屬合金管能最大限度地實(shí)現(xiàn)材料的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),減少合金元素用量,降低工程費(fèi)用及維護(hù)成本,同時(shí),根據(jù)腐蝕介質(zhì)的不同,選擇相應(yīng)的耐蝕合金材料作為內(nèi)襯,能夠完全達(dá)到耐蝕合金管材的耐腐蝕性能標(biāo)準(zhǔn),并且具有更高的耐壓指標(biāo)。在保證原基管各項(xiàng)性能的基礎(chǔ)上,提高了管道的耐腐蝕性、耐磨性,延長(zhǎng)了管道的使用壽命,是純不銹鋼管、銅管或其他耐腐蝕性合金管的替代產(chǎn)品。雙金屬?gòu)?fù)合鋼管主要應(yīng)用于石油天然氣、化工、電力、煤炭、鍋爐、熱交換器、海水管道等工業(yè)領(lǐng)域。

        復(fù)合管作為油氣田開(kāi)發(fā)腐蝕預(yù)防和控制的主要措施,與碳鋼相比具有耐蝕優(yōu)勢(shì),與耐蝕合金純材相比,具有價(jià)格優(yōu)勢(shì),因而基于其良好的經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)性,復(fù)合管相關(guān)技術(shù)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用研究,在過(guò)去近20多年來(lái)取得長(zhǎng)足發(fā)展[1-4]。雙金屬?gòu)?fù)合管逐漸在國(guó)內(nèi)外海洋油氣開(kāi)采中應(yīng)用,并且取得良好效果。國(guó)外在雙金屬?gòu)?fù)合管在海上油氣田開(kāi)發(fā)工程中的應(yīng)用已有多年的歷史,并列出國(guó)外1990年至2005年雙金屬?gòu)?fù)合管應(yīng)用情況,累計(jì)達(dá)3萬(wàn)噸。我國(guó)首個(gè)海洋用雙金屬?gòu)?fù)合管項(xiàng)目,即崖城13-4海管項(xiàng)目、南海番禺35-1/35-2氣田和東海平黃HY1-1/HY1-2氣田等海洋區(qū)塊應(yīng)用雙金屬?gòu)?fù)合管累計(jì)超過(guò)100 km[5-7]。

        目前關(guān)于雙金屬?gòu)?fù)合管的經(jīng)濟(jì)性分析、研究開(kāi)發(fā)、應(yīng)用等現(xiàn)狀和趨勢(shì)等文獻(xiàn)報(bào)道較多,但是關(guān)于雙金屬?gòu)?fù)合管分類(lèi)依據(jù)及其分類(lèi)結(jié)果不夠清晰合理。本文以此為背景,詳細(xì)介紹雙金屬?gòu)?fù)合管分類(lèi)及其工藝特點(diǎn)。

        1 雙金屬?gòu)?fù)合管分類(lèi)

        關(guān)于油氣集輸用雙金屬?gòu)?fù)合管制造工藝分類(lèi)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)研究較多,而且分類(lèi)依據(jù)不統(tǒng)一,導(dǎo)致雙金屬?gòu)?fù)合管分類(lèi)較為混亂。如:根據(jù)復(fù)合管生產(chǎn)方式的不同,其工藝分為包覆成型(即連續(xù)輥式成型),拉拔成型(即間斷壓力加工成型)和爆炸成型(即連續(xù)輥式成型)三種。按照雙金屬?gòu)?fù)合管的成型原理,復(fù)合管的成型可分為塑性成型法(包括機(jī)械脹接技術(shù),又稱(chēng)為非均勻脹接技術(shù),和柔性脹接技術(shù),又稱(chēng)為均勻脹接技術(shù))和非塑性成型法(主要有離心鑄造法、離心鋁熱技術(shù)法、消失模真空吸鑄法和中頻感應(yīng)加熱釬焊法等),其中機(jī)械脹接技術(shù)又包括拉拔成型法、滾壓成型法等,柔性脹接技術(shù)包括液壓成型法、橡膠脹接法和爆炸成型法等。按復(fù)合管的制造方法又可分為無(wú)縫復(fù)合鋼管管坯組合法、金屬充填法、粉末冶金法、鑄造復(fù)合鋼管、焊接復(fù)合鋼管、組合式雙層復(fù)合鋼管等[8-12]。

        目前,關(guān)于雙金屬?gòu)?fù)合管分類(lèi)較為認(rèn)可的分類(lèi)方法,即根據(jù)雙金屬界面結(jié)合方式來(lái)劃分,分為機(jī)械結(jié)合復(fù)合管和冶金結(jié)合復(fù)合管[13-22]。依據(jù)最新版美國(guó)石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)API Spec 5LD-2015《Specification for CRA Clad or Lined Steel Pipe》,對(duì)雙金屬?gòu)?fù)合管根據(jù)界面結(jié)合方式劃分為內(nèi)覆復(fù)合管(即冶金復(fù)合管)和襯里復(fù)合管(即機(jī)械復(fù)合管)。內(nèi)覆復(fù)合管即為冶金復(fù)合管,是指耐蝕合金層通過(guò)熱軋、堆焊、粉末冶金或爆炸復(fù)合等工藝復(fù)合到碳鋼基管或者基板,并且合金層和碳鋼之間界面達(dá)到冶金結(jié)合。襯里復(fù)合管(即機(jī)械復(fù)合管)是指耐蝕合金層通過(guò)機(jī)械擴(kuò)張、延展或安裝等方法將合金層襯入碳鋼基管內(nèi),合金層和碳鋼之間僅為機(jī)械接觸。

        綜合上述相關(guān)文獻(xiàn),依據(jù)筆者調(diào)查和研究結(jié)果,筆者制定了油氣集輸用雙金屬?gòu)?fù)合管詳細(xì)分類(lèi)圖,如圖1所示。由圖1可見(jiàn),首先將復(fù)合管劃分為機(jī)械復(fù)合管和冶金復(fù)合管。機(jī)械復(fù)合管根據(jù)制造工藝劃分為液壓成型和機(jī)械成型復(fù)合管。液壓成型包括液壓脹型復(fù)合管和爆燃脹型復(fù)合管。機(jī)械成型復(fù)合管包括:機(jī)械擴(kuò)徑復(fù)合管、機(jī)械縮徑(拉拔)復(fù)合管、機(jī)械旋壓復(fù)合管、無(wú)模拉伸復(fù)合管、自擴(kuò)張復(fù)合焊接復(fù)合管(德國(guó)貝爾格隆工藝)、熱膨脹機(jī)械復(fù)合管和抽真空復(fù)合管。冶金復(fù)合管根據(jù)工藝劃分為無(wú)縫冶金復(fù)合管和焊接冶金復(fù)合管。其中無(wú)縫冶金復(fù)合管包括離心澆鑄復(fù)合管、離心鋁熱復(fù)合管、熱擠壓復(fù)合管、半固態(tài)多坯料擠壓復(fù)合管、堆焊復(fù)合管及電磁成型復(fù)合管等;焊接冶金復(fù)合管包括熱軋復(fù)合板焊接復(fù)合管、爆炸復(fù)合板焊接復(fù)合管、爆炸及熱軋復(fù)合板焊接復(fù)合管、釬焊復(fù)合板焊接復(fù)合管、粉末冶金復(fù)合板焊接復(fù)合管等。

        機(jī)械結(jié)合復(fù)合管是依靠冷加工擴(kuò)徑或縮徑獲得過(guò)盈緊密配合,其優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)工藝比較簡(jiǎn)單,價(jià)格較便宜,適合長(zhǎng)距離管線用管,但存在以下不足:1)在高溫下,因碳鋼/低合金鋼與不銹鋼/耐蝕合金間膨脹系數(shù)的差異、受熱約束應(yīng)力釋放而削弱結(jié)合力,或?qū)娱g存在氣體而造成襯里層失穩(wěn)或鼓泡。2)機(jī)械結(jié)合復(fù)合管不宜進(jìn)行冷、熱加工制造彎頭、三通等配件。

        冶金結(jié)合復(fù)合管通過(guò)高溫、高壓或者焊接等作用,在基材和覆材界面之間形成原子擴(kuò)散,實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合,有較好的界面結(jié)合強(qiáng)度。但生產(chǎn)成本高,工藝復(fù)雜,而且對(duì)產(chǎn)品材質(zhì)類(lèi)型和規(guī)格有較強(qiáng)的選擇性,同時(shí)適用二次加工來(lái)制作復(fù)合彎管或復(fù)合管件。冶金結(jié)合復(fù)合管更適合高溫或溫度波動(dòng)較大環(huán)境下使用。

        圖1 雙金屬?gòu)?fù)合管分類(lèi)圖

        2 雙金屬?gòu)?fù)合管工藝原理及其特點(diǎn)

        針對(duì)上述分類(lèi)方法及分類(lèi)結(jié)果,整理匯總了油氣集輸用雙金屬?gòu)?fù)合管類(lèi)型、結(jié)合方式等,并概述了各類(lèi)復(fù)合管制造工藝原理及其工藝特點(diǎn)。各類(lèi)復(fù)合管工藝原理及其特點(diǎn)簡(jiǎn)介如下:

        1)液壓脹型復(fù)合管

        液壓脹型復(fù)合管屬于機(jī)械復(fù)合管,采用液壓成型。其成型原理為:將襯管與基管經(jīng)表面處理后裝配,采用水壓機(jī)加壓至襯管塑性變形,基管發(fā)生彈性變形,卸壓后,基管彈性回復(fù)大于襯管的彈性回復(fù),內(nèi)外管緊密貼合。成型工藝主要優(yōu)點(diǎn)為:復(fù)合工藝簡(jiǎn)單,逐漸加壓成型,密閉長(zhǎng)筒內(nèi)各點(diǎn)壓力相同。成型工藝主要缺點(diǎn)為:結(jié)合力較小,雖然各點(diǎn)壓力均衡但極易受到內(nèi)襯層厚度和不規(guī)則程度影響,襯層較厚處基層與襯層不能完全貼合,高溫下易產(chǎn)生應(yīng)力松弛而分層失效。

        2)爆燃脹型復(fù)合管

        爆燃脹型復(fù)合管屬于機(jī)械結(jié)合復(fù)合管,也屬于液壓成型。其成型原理為:用液壓動(dòng)力管產(chǎn)生的瞬間化學(xué)能以爆轟波的形式通過(guò)水傳遞給襯管,使襯管發(fā)生水壓擴(kuò)徑塑性變形,基管發(fā)生彈性變形,爆轟后,基管回彈量遠(yuǎn)大于襯管,基管與襯管緊密貼合。采用液壓動(dòng)力管爆炸技術(shù)、測(cè)控技術(shù),定性定量對(duì)復(fù)合管坯精準(zhǔn)擴(kuò)徑,不受管徑限制,生產(chǎn)效率高,基管與襯管結(jié)合強(qiáng)度較低。

        3) 機(jī)械擴(kuò)徑復(fù)合管

        機(jī)械擴(kuò)徑復(fù)合管屬于機(jī)械結(jié)合,成型類(lèi)型為機(jī)械成型。其成型原理為:將裝配好的襯管和基管,在擴(kuò)徑模具作用下,分步沿軸向逐步擴(kuò)徑,使得襯管和基管都發(fā)生塑性變形,再回彈,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)基管和襯管緊密配合。成型工藝主要優(yōu)點(diǎn)為:容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化操作,并精確控制擴(kuò)徑量;易采用直縫埋弧焊接鋼管擴(kuò)徑工裝實(shí)現(xiàn)。成型工藝主要缺點(diǎn)為:由于擴(kuò)徑頭模具尺寸原因,復(fù)合管尺寸受直徑限制;同時(shí)投資較大。

        4)機(jī)械縮徑(拉拔)復(fù)合管

        機(jī)械縮徑(拉拔)復(fù)合管屬于機(jī)械結(jié)合,成型類(lèi)型為機(jī)械成型。其成型原理為:將裝配好的襯管和基管,在錐形拉擠模具和載荷作用下,使管徑縮小,襯里與基管均產(chǎn)生塑性變形,使襯管貼合于基管內(nèi)表面。成型工藝主要優(yōu)點(diǎn)為:復(fù)合工藝簡(jiǎn)單、有效,復(fù)合管內(nèi)表面圓整度好。成型工藝主要缺點(diǎn)為:成型時(shí)進(jìn)行拉拔處理,高溫下易產(chǎn)生應(yīng)力松弛而分層失效,內(nèi)襯層沒(méi)有達(dá)到充分塑性變形,結(jié)合力較小,不能達(dá)到過(guò)盈結(jié)合。對(duì)外基管內(nèi)壁表面平整性要求較高,由于結(jié)合力小,焊縫處反復(fù)受到介質(zhì)扭曲,易出現(xiàn)疲勞開(kāi)裂。

        5)機(jī)械滾壓復(fù)合管

        機(jī)械滾壓復(fù)合管屬于機(jī)械結(jié)合,成型類(lèi)型為機(jī)械成型。其成型原理為:通過(guò)芯軸的回轉(zhuǎn)帶動(dòng)滾動(dòng)體不斷擠壓復(fù)合管的內(nèi)壁,其周向分布的滾動(dòng)體能隨時(shí)自動(dòng)進(jìn)行徑向位移補(bǔ)償,同時(shí)將滾壓力保持穩(wěn)定或基本穩(wěn)定的狀態(tài),促使內(nèi)管產(chǎn)生徑向擴(kuò)脹的塑性變形,從而使內(nèi)外管間機(jī)械結(jié)合較緊密。成型工藝主要優(yōu)點(diǎn)為:成型能耗低,成型驅(qū)動(dòng)功率低;成型工藝主要缺點(diǎn)為:易造成內(nèi)管壁變薄、嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致內(nèi)管開(kāi)裂,且易在內(nèi)管形成加工硬化。

        6)機(jī)械旋壓復(fù)合管

        機(jī)械旋壓復(fù)合管屬于機(jī)械結(jié)合,成型類(lèi)型為機(jī)械成型。其成型原理為:機(jī)械旋壓法是將組合好的復(fù)合坯管旋轉(zhuǎn)的同時(shí),三個(gè)呈錐形的旋輪反方向旋轉(zhuǎn)并推進(jìn),由此外層基管均勻地貼于不銹鋼襯管上,形成靜配合的細(xì)螺紋連結(jié)。成型工藝主要優(yōu)點(diǎn)為:成型工藝簡(jiǎn)單,成型效率高;成型工藝主要缺點(diǎn)為:加工大管徑復(fù)合管比較困難,且管層界面間的機(jī)械結(jié)合強(qiáng)度較低,易發(fā)生結(jié)合界面分離或脫落。

        7)無(wú)模拉伸復(fù)合管

        無(wú)模拉伸復(fù)合管屬于機(jī)械結(jié)合,成型類(lèi)型為機(jī)械成型。其成型原理為:無(wú)模拉伸是一種不采用模具而進(jìn)行金屬成形的加工方法。將裝配復(fù)合管一端固定,采用感應(yīng)加熱(或其他方式)對(duì)工件進(jìn)行局部加熱到高溫,同時(shí)以設(shè)定的速度拉伸工件的另一端;而熱源和冷卻系統(tǒng)則以設(shè)定的速度向相反或相同的方向移動(dòng),從而獲得變截面的復(fù)合管產(chǎn)品。成型工藝主要優(yōu)點(diǎn)為:成型工藝簡(jiǎn)單,設(shè)備規(guī)模小,易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制[23]。成型工藝主要缺點(diǎn)為:生產(chǎn)效率低,不宜于批量生產(chǎn)。

        8) 自擴(kuò)張復(fù)合焊接復(fù)合管

        自擴(kuò)張復(fù)合焊接復(fù)合管屬于機(jī)械結(jié)合,成型類(lèi)型為機(jī)械成型。其成型原理為:將合金板和基板疊合,在疊合板兩端橫邊進(jìn)行點(diǎn)焊,隨后預(yù)成型到一定程度時(shí)對(duì)疊合板縱邊封焊,再完成成型和最終內(nèi)外層焊接,形成縱焊縫處為冶金結(jié)合,其余部分為機(jī)械貼合的復(fù)合管。成型工藝主要優(yōu)點(diǎn)為:比一般機(jī)械復(fù)合管結(jié)合強(qiáng)度高,無(wú)需端面封焊或者堆焊處理,可以直接進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工焊接。成型工藝主要缺點(diǎn)為:工序較為復(fù)雜,焊接工序較多,尤其縱向封焊時(shí)機(jī)不好控制。

        9)抽真空法

        抽真空法屬于機(jī)械結(jié)合,成型類(lèi)型為機(jī)械成型。其成型原理為:先對(duì)內(nèi)、外管端面處連接縫進(jìn)行封焊形成焊縫圈,在外管上鉆通孔,隨后通過(guò)氣孔對(duì)夾層抽真空后再封焊氣孔,則內(nèi)、外管將在大氣壓的作用下緊密結(jié)合。成型工藝主要優(yōu)點(diǎn)為:該工藝成型簡(jiǎn)單,設(shè)備成本低廉。成型工藝主要缺點(diǎn)為:復(fù)合管內(nèi)外管的結(jié)合主要靠大氣壓的壓力擠壓而成,所以結(jié)合強(qiáng)度有限[24]。

        10)熱膨脹法機(jī)械復(fù)合管

        熱膨脹法機(jī)械復(fù)合管屬于機(jī)械結(jié)合,成型類(lèi)型為機(jī)械成型。其成型原理為:將裝配好的基管和合金管,放置在惰性氣田保護(hù)環(huán)境內(nèi),通過(guò)感應(yīng)加熱方法,利用基管和合金管不同的熱膨脹系數(shù),使得襯管塑性變形,基管發(fā)生彈性變形,冷卻后,基管彈性回復(fù)大于襯管的彈性回復(fù),內(nèi)外管緊密貼合。成型工藝主要優(yōu)點(diǎn)為:成型工藝較簡(jiǎn)單,設(shè)備成本小。成型工藝主要缺點(diǎn)為:耐蝕合金會(huì)受到熱膨脹系數(shù)的影響較大,內(nèi)管不適用低價(jià)的耐蝕合金。由于溫度的改變影響部分耐蝕合金的耐蝕性。

        11)離心澆鑄復(fù)合管

        離心澆鑄復(fù)合管屬于冶金結(jié)合,成型類(lèi)型為無(wú)縫冶金復(fù)合管,其成型原理為:利用離心作用,分層澆鑄不同成分的金屬液體,將內(nèi)外金屬的熔合層控制在一定厚度范圍內(nèi),形成完全的冶金復(fù)合管。成型工藝主要優(yōu)點(diǎn)為:成型的鋼管具有組織致密、晶型細(xì)小、過(guò)渡層較寬、應(yīng)力較小、夾雜物含量少的優(yōu)點(diǎn)。成型工藝較為簡(jiǎn)單,適用材料范圍較廣。成型工藝主要缺點(diǎn)為:鑄件易產(chǎn)生偏析,鑄件表面較為粗糙,內(nèi)表面尺寸不容易控制等。復(fù)合管材成型過(guò)程中對(duì)涂料、管模轉(zhuǎn)速、澆注溫度要求較高。

        12)離心鋁熱復(fù)合管

        離心鋁熱復(fù)合管屬于冶金結(jié)合,成型類(lèi)型為無(wú)縫冶金復(fù)合管。其成型原理為:將一定比例的鋁粉和其他金屬粉末均勻混合后填充在碳鋼管中,然后將管子放在離心機(jī)上進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn),在離心力的作用下,粉末在管的內(nèi)表面形成均勻的涂層,隨后點(diǎn)燃鋁粉使其發(fā)生化學(xué)反應(yīng),反應(yīng)產(chǎn)生的高溫使與內(nèi)表面接觸的涂層被熔化,這些涂層與外管形成緊密結(jié)合的涂敷層。成型工藝主要優(yōu)點(diǎn)為:在離心力場(chǎng)中引起鋁熱反應(yīng)形成復(fù)合管,該成型工藝簡(jiǎn)單,成本較低,結(jié)合力較高。成型工藝主要缺點(diǎn)為:由于采用鋁熱反應(yīng),界面中含有一層氧化鋁影響復(fù)合管端口焊接。目前多用于內(nèi)襯陶瓷等非金屬。

        13)熱擠壓復(fù)合管

        熱擠壓復(fù)合管屬于冶金結(jié)合,成型類(lèi)型為無(wú)縫冶金復(fù)合管。其成型原理為:將異種金屬表面清理后組裝成擠壓坯,然后加熱到一定的溫度,按照一定擠壓比進(jìn)行擠壓,在壓力作用下使金屬緊密接觸并達(dá)到冶金復(fù)合。成型工藝主要優(yōu)點(diǎn)為:復(fù)合成型工藝簡(jiǎn)單,結(jié)合力較強(qiáng)。成型工藝主要缺點(diǎn)為:復(fù)合管內(nèi)層為耐蝕合金,可能產(chǎn)生壁厚波動(dòng),并由于變形抗力不一致而產(chǎn)生裂紋。

        14)粉末冶金(半固態(tài)多坯料)擠壓復(fù)合管

        粉末冶金(半固態(tài)多坯料)擠壓復(fù)合管屬于冶金結(jié)合。粉末冶金復(fù)合法是將兩種合金粉先后充填在鋼制容器內(nèi)形成兩層粉末管坯,加蓋焊封,用熱等靜壓提高容器內(nèi)粉末的充填密度,再將管坯加熱進(jìn)行熱擠壓,用酸洗等方式除去外側(cè)作為容器部分的鋼,便制成了金屬?gòu)?fù)合管。成型工藝主要優(yōu)點(diǎn)為:合金層組織均勻,機(jī)械性能好,可實(shí)現(xiàn)近凈成形,能大量節(jié)約金屬,成材效率高;成型工藝主要缺點(diǎn)為:制備的復(fù)合管生產(chǎn)的復(fù)合管強(qiáng)度較低,內(nèi)部存在孔隙,進(jìn)行小批量生產(chǎn)時(shí),成本較高,復(fù)合材料中有不能發(fā)生塑性變形的脆性材料或用熔鑄法難以形成合金的材料。

        15)堆焊復(fù)合管

        堆焊復(fù)合管屬于冶金結(jié)合。其成型原理為:堆焊是采用熔焊、熱噴涂、噴熔等方法,將滿足性能要求的金屬熔化(耐蝕合金層),并使其在工件表面堆敷的工藝過(guò)程。成型工藝主要優(yōu)點(diǎn)為:堆焊層結(jié)合強(qiáng)度高、殘余應(yīng)力小、表面質(zhì)量?jī)?yōu)良,成材率高,工藝流程短;成型工藝主要缺點(diǎn)為:材料和設(shè)備成本高,堆焊效率低,焊縫易稀釋?zhuān)y以堆焊小口徑復(fù)合管。

        16)電磁成型法

        電磁成形法屬于冶金結(jié)合,其成型原理為:利用瞬間高壓脈沖磁場(chǎng)迫使金屬產(chǎn)生塑性變形,當(dāng)給線圈通高頻脈沖電流時(shí),由于電磁感應(yīng)現(xiàn)象,放置在線圈外的管材表面各部分將受到洛侖磁力巨大的沖擊作用,在幾微秒內(nèi)就和另一管材進(jìn)行撞合,且在撞擊角度和撞擊速度匹配合適的條件下,接觸面將在幅值巨大的磁壓力作用下緊密結(jié)合,形成冶金連接。成型工藝主要優(yōu)點(diǎn)為:工件成型加速度大,加工周期短,簡(jiǎn)化了模具制造,可高精度加工復(fù)雜零件,殘余應(yīng)力小、電磁成型復(fù)合能量控制、自動(dòng)化生產(chǎn)程度高,同一感應(yīng)線圈可以多種加工;成型工藝主要缺點(diǎn)為:僅適于加工銅或鋁等強(qiáng)度低、導(dǎo)電性能好的金屬,且現(xiàn)有的設(shè)備裝機(jī)容量較小[25]。

        17)熱軋復(fù)合板焊接復(fù)合管

        熱軋復(fù)合板焊接復(fù)合管屬于冶金結(jié)合,成型類(lèi)型為焊接冶金復(fù)合管。其成型原理為:利用三明治式工藝,將裝配好的合金層、基板,經(jīng)過(guò)高溫?zé)彳?、冷卻、打開(kāi)等工序,得到熱軋冶金復(fù)合板,再經(jīng)過(guò)JCOE或UOE或排輥成型等制管工藝制造復(fù)合管。成型工藝主要優(yōu)點(diǎn)為:復(fù)合管結(jié)合強(qiáng)度高,成型工藝簡(jiǎn)單,生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量好,可大量降低金屬材料的損耗。成型工藝主要缺點(diǎn)為:一次性投資大,材料選擇范圍小,溫度升高對(duì)材料性能有一定影響。

        18)爆炸復(fù)合板焊接復(fù)合管

        爆炸復(fù)合板焊接復(fù)合管屬于冶金結(jié)合,成型類(lèi)型為焊接冶金復(fù)合管。其成型原理為:利用炸藥為能源,在炸藥的高速引爆和沖擊作用下,在十分短暫的過(guò)程中使被焊金屬表面形成一層薄的具有變形、溶化、擴(kuò)散以及波形特征的焊接過(guò)渡區(qū),從而實(shí)現(xiàn)復(fù)合,再經(jīng)過(guò)JCOE或UOE或排輥成型等制管工藝制造復(fù)合管。成型工藝主要優(yōu)點(diǎn)為:一次性瞬間成型,內(nèi)外管結(jié)合強(qiáng)度較高,材料選擇范圍較廣,易與沖壓、擠壓、拉拔等工藝結(jié)合,不需要復(fù)雜設(shè)備,對(duì)場(chǎng)地要求不高。成型工藝主要缺點(diǎn)為:內(nèi)外管結(jié)合界面區(qū)易形成鋸齒波形,復(fù)合管尺寸長(zhǎng)度受限,對(duì)炸藥的藥量控制較高。機(jī)械化程度低,勞動(dòng)條件較差,環(huán)境污染較大,不適用連續(xù)化生產(chǎn)及生產(chǎn)薄板。

        19)爆炸及熱軋復(fù)合板焊接復(fù)合

        爆炸及熱軋復(fù)合板焊接復(fù)合屬于冶金結(jié)合,成型類(lèi)型為焊接冶金復(fù)合管。其成型原理為:將合金層和基層經(jīng)過(guò)爆炸焊接后,再進(jìn)行熱軋整形,得到爆炸復(fù)合和冶金復(fù)合綜合性能良好的復(fù)合板,再經(jīng)過(guò)JCOE或UOE或排輥成型等制管工藝制造復(fù)合管。成型工藝主要優(yōu)點(diǎn)為:綜合爆炸焊和熱軋工藝綜合優(yōu)點(diǎn),具有界面結(jié)合良好等優(yōu)點(diǎn);缺點(diǎn):生產(chǎn)工序較長(zhǎng),設(shè)備成本較高,生產(chǎn)效率較低,適用單張生產(chǎn)。

        20)感應(yīng)加熱釬焊法

        感應(yīng)加熱釬焊法屬于冶金結(jié)合,成型類(lèi)型為焊接冶金復(fù)合管。其成型原理為:將合金管和基管之間放置釬料,并在惰性氣體保護(hù)下,經(jīng)連續(xù)感應(yīng)加熱,釬料被加熱熔化,釬料在基層和合金管間發(fā)生反應(yīng),在冷卻水的作用下迅速凝固,從而形成冶金結(jié)合。成型工藝主要優(yōu)點(diǎn)為:在外管與內(nèi)管間形成一層釬焊,填滿層間間隙,使外管和內(nèi)管之間形成了100%的冶金結(jié)合;缺點(diǎn):釬料工藝較為復(fù)雜,材耗大,能耗高。

        3 對(duì)比分析

        通過(guò)對(duì)比和調(diào)研上述各種雙金屬?gòu)?fù)合管制造工藝原理、優(yōu)缺點(diǎn)及其應(yīng)用現(xiàn)狀,可見(jiàn)目前國(guó)內(nèi)外比較成熟的雙金屬?gòu)?fù)合管工藝為:機(jī)械復(fù)合管主要制造工藝包括液壓脹型機(jī)械復(fù)合管、爆燃脹型機(jī)械復(fù)合管和和機(jī)械旋壓復(fù)合管,冶金復(fù)合管主要制造工藝包括離心澆鑄冶金復(fù)合管、熱擠壓冶金復(fù)合管、堆焊冶金復(fù)合管、復(fù)合板焊接冶金復(fù)合管,這些復(fù)合管在國(guó)內(nèi)外均有投資生產(chǎn)線,并且復(fù)合管產(chǎn)品已投入實(shí)際使用,其余機(jī)械復(fù)合管和冶金復(fù)合管制造工藝尚為理論研究或試驗(yàn)開(kāi)發(fā)階段,尚無(wú)投入工業(yè)生產(chǎn)和應(yīng)用。

        4 結(jié) 論

        1)根據(jù)復(fù)合管結(jié)合界面特征,油氣集輸用雙金屬?gòu)?fù)合管劃分為機(jī)械復(fù)合管和冶金復(fù)合管,機(jī)械復(fù)合管兩種金屬僅僅是物理接觸,冶金復(fù)合管是兩種金屬為原子間結(jié)合。

        2)機(jī)械復(fù)合管根據(jù)制造工藝劃分為液壓成型和機(jī)械成型復(fù)合管。液壓成型包括液壓脹型復(fù)合管和爆燃脹型復(fù)合管。機(jī)械成型復(fù)合管包括機(jī)械擴(kuò)徑復(fù)合管、機(jī)械縮徑(拉拔)復(fù)合管、機(jī)械旋壓復(fù)合管、無(wú)模拉伸復(fù)合管、自擴(kuò)張復(fù)合焊接復(fù)合管、熱膨脹機(jī)械復(fù)合管和抽真空復(fù)合管。

        3)冶金復(fù)合管根據(jù)制造工藝劃分為無(wú)縫冶金復(fù)合管和焊接冶金復(fù)合管。其中無(wú)縫冶金復(fù)合管包括離心澆鑄復(fù)合管、離心鋁熱復(fù)合管、熱擠壓復(fù)合管、半固態(tài)多坯料擠壓復(fù)合管、堆焊復(fù)合管及電磁成型復(fù)合管等;焊接冶金復(fù)合管包括熱軋復(fù)合板焊接復(fù)合管、爆炸復(fù)合板焊接復(fù)合管、爆炸及熱軋復(fù)合板焊接復(fù)合管、釬焊復(fù)合板焊接復(fù)合管、粉末冶金復(fù)合板焊接復(fù)合管等。

        4)比較成熟的機(jī)械復(fù)合管主要制造工藝包括液壓脹型機(jī)械復(fù)合管、爆燃脹型機(jī)械復(fù)合管和和機(jī)械旋壓復(fù)合管, 冶金復(fù)合管主要制造工藝包括離心澆鑄冶金復(fù)合管、熱擠壓冶金復(fù)合管、堆焊冶金復(fù)合管、復(fù)合板焊接冶金復(fù)合管。

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