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。