[发明专利]压焊复合法制造双金属冶金复合管的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属冶金复合加工领域中，广泛应用于石油、化工、电力、冶金等工业领域，海水淡化、医药化工、污水处理、新能源、食品加工等行业的压焊复合法制造双金属冶金复合管的方法。

背景技术

为获得一种全新新能的管材或大幅度降低高腐蚀管线的建设成本，各种双金属复合管应运而生。如一种外覆不锈钢，内衬低碳钢的锅炉用换热管即保持了低碳钢的高导热系数，又具有极好的抗高温腐蚀性能。又如，在强腐蚀介质输送管线，通常采用不锈钢管或镍基合金管作为管线材质，如果采用内覆不锈钢或镍基合金，外衬高强度低合金钢的复合管替代，则可成倍降低这类管线的造价。

目前国内、外双金属复合管根据复合方法不同分为冶金复合、机械复合两类：

1)爆炸复合

爆炸复合法是将装配好的内外管放置在水槽内，将爆炸物放置在内衬管轴线上，通过引爆爆炸物，使覆层与基层产生强烈撞击，内层管产生塑性形变，外层管产生弹性形变，同时爆炸波能量在两种材料的结合表面产生机械嵌合及局部熔接，从而形成具有部分冶金熔接和机械嵌合的复合管。爆炸复合的成型特点导致它有以下缺点：(1)界面结合区为波形，结合面难以实现完全冶金结合，结合力较小，结合区残余应力较大，存在时效分层的现象。这种分层现象为其后的管线焊接连接带来极大的困难。(2)如果内层金属具有较高的屈服强度或者壁厚较大，则在爆炸成形过程中需要更大的爆炸能量，过大的爆炸能极易造成内外管的同步塑性变形，从而带来成形失败。因此对于较厚内层要求的复合管，难以采用爆炸成形工艺。

2)堆焊成型法

堆焊是一种用熔焊、钎焊、热喷涂等方法在工件表面堆敷一层具有特定性能材料的工艺过程。狭义上的堆焊即指熔化焊方法堆焊。采用堆焊法制造复合管的主要缺点是：大面积堆敷成本极高：可生产的材料组合仅限于熔化焊下具有相容性的材料之间，不能复合两种熔点相差太大的材料：堆焊常用于不锈钢管与碳钢管的复合，且复合管一次焊接合格率低，堆焊后还需对焊层金属表面进行必要的机械加工，进一步增加了制造成本。

3)热轧和热挤压工艺

热轧复合工艺适合于有缝复合管生产，热挤压复合工艺适用于无缝复合管的生产。热轧复合是利用热轧复合板卷焊成复合管。热轧复合经常应用与壁厚小的管材加工，缺点是一次性投资大，而且很多材料组合不能通过轧制复合实现。目前应用最广泛的是利用该工艺对碳钢、不锈钢焊管复合管的制造，采用该方法不能生产无缝复合管，从而极大限制了这种复合管在高压工况下的应用。

热挤压是将两种或两种以上的金属组成的大直径机械套装复合管坯加热到1200度左右，然后通过由模具和芯棒组成的环状空间进行挤压。当挤压前、后金属管环形截面面积比为10∶1时，极高的挤压压力和温度会在界面处产生压力锻的焊接效应，促进界面间的快速扩散和充分结合，使成品界面形成冶金结合的复合挤压管。该方法是目前生产不锈钢和高镍合金无缝复合管的较好方法。但也存在结合力低下，生产成本较高等问题。

4)离心铸造复合

先通过离心铸造的方式得到冶金复合的双金属管坯，然后经过热轧或热挤压得到成品管；该方法结合区结合力强，但管坯表面的机械加工，以及结合处难以控制的夹渣、分层等铸造缺陷，致使成材率较低等问题，导致该种复合管成本极高。

5)液相扩散焊法

液相扩散焊法方法是在机械复合管的层间预先加入铜基钎焊剂或钎焊带，然后将制备好的机械复合管通过感应加热或其他加热方式处理，形成具有中间过渡结合层的双金属复合管。该方法结合层结合力较小，由于结合面有铜等其它金属元素的加入，无法避免管道焊接时焊缝处钎焊剂的异金属融入，严重影响焊缝的机械性能及耐腐蚀性能。

通过对以上各种双金属复合管的结合形式、结构形式、性能特点、生产成本的综合分析发现，现有的各种双金属复合管的生产方法有以下特点：

离心铸造复合、堆焊复合法属冶金结合，结构形式较好，结合力较大，但生产成本很高；

热轧和热挤压工艺、爆炸复合、液相扩散焊法也属冶金结合，结构形式不好，结合力低下、生产成本较高。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术冶金复合管及制造工艺的不足之处，提供一种生产工艺简单，质量控制稳定，冶金结合结构形式好、层间结合强度高，制造成本低的压焊复合法制造双金属冶金复合管的方法。

本发明的目的由以下技术措施实现：一种压焊复合法制造双金属冶金复合管的方法，其特征在于包括如下步骤：