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复合管是近10年发展较快的一种工程管道,品种、功能繁多,性能优越,形成了比较成熟的工艺技术,并且已经投产。主要的工艺方法很多比如热轧复合方法、热挤压复合法、铸造复合方法、爆炸焊接复合方法、组合式双金属复合管生产方法、激光包覆法等。在技术开发方面日本后来居上。据文献报道,日本在80年代初就陆续研制和开发了多种复合工艺。其中典型的热轧或热轧加冷成型工艺可以实现包覆材料与基材界面的冶金结合,质量优良。其产品广泛用于石油化工、化工行业、石油及天然气工业等。
复合管的热成型法:热成型制造工艺包括热轧和热挤压两种方法,前者主要适用于有缝复合管的生产,后者适用于无缝复合管的生产。
目前双金属复合管的生产方法主要包括冷成型法、热成型法、离心铸造法、离心铝热剂法、爆炸焊成型法、电磁成型法等等。
复合管的爆炸焊成型法:爆炸焊成型工艺是靠爆炸产生的冲击波,使内管发生塑性变形,紧贴外管,从而形成复合管。利用爆炸成型,覆层可小于0.2mm,熔合比小可达到5%;覆层紧密,产品适用性广。另外,利用爆炸焊可实现多种金属间的连接,有些是采用其他方法不能实现的。该方法的主要缺点是,界面非扩散冶金结合,对尺寸较长的复合管量很难准确确定,而且具有一定的危险性。
复合管的激光包覆法:用高功率激光设备对钢管进行外包覆。合金粉末经自动进料器送到母管的激光束照射区,激光束熔化粉末和工件表面薄层后,用螺旋包覆法便可完全包覆整根钢管,制成双金属复合管。
复合管的粉末冶金法:在碳钢或类似材料制成的母管与金属薄壁管之间加入粉末充填层,管子两端分别用底板密封。在预定的温度下加热,再热挤压成复合钢管。用酸洗方法去掉底板和金属薄壁管。根据不同的用途,复合层可为外层或内层。
当应用液态金属进行表面堆敷时,采用离心技术可复合层容易出现的气孔和夹杂。这时,熔化金属中密度低的渣、杂质和气体上升到表面,而较重的金属成分下沉,在管壁上形成一致密层,从而提高熔敷质量和再现性。因此其优缺点分别为:
离心铝热法也称为shs—离心法,shs是self propagating high temperature synthesis的缩写。离心铝热法的实质是在离心力场中引起铝热反应,所谓铝热反应就是金属铝粉和其他金属氧化物粉末均匀的混合在一起, 通过点燃而发生的非常迅速的放热反应(mo+al→m+al2o3+q)。
优点:界面实现冶金结合,致密度高,排渣、排气性好。
缺点:若没有其后的热变形,仅限于铸态使用,其粗大的铸态组织导致各层金属的力学性能不能充分发挥。另外,该方法不能生产外层为轻合金的复合钢管。
复合挤压缺点:由于结合决定于挤压过程中极短时间内的元素界面扩散,通常会因氧化物膜的存在而受到影响,因此目前复合挤压仅限于碳钢、不锈钢和高镍合金间的复合。需要指出的是,热挤压的变形抗力小,允许每次变形程度大,导致表面粗糙度较高,因此也有先热挤压再进行冷轧(或冷拔)制造复合管的方法。
复合管的离心铸造和离心铝热剂法:离心铸造是为适应海洋油气生产而开发的,适用于制造内衬金属熔点低于外层金属熔点的复合管。衬层和基体均采用液态金属。将制外管的钢液引入一旋转金属模,在外管凝固过程中监测管内温度。当外管凝固并达到一定温度时,浇入耐蚀合金等内层金属。通过控制铸造条件,可以生产出牢固的冶金结合的双金属复合管。
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