[发明专利]大口径双金属复合管材制造工艺及扩径成形装置

说明书

技术领域

本发明涉及新材料先进制造技术领域，尤其是一种可用于特殊油气输送、化学反应物输送、复杂服役条件下单相或多相物料输送等多个领域的大口径双金属复合管材制造工艺及用于该工艺的扩径成型装置。

背景技术

随着各类管材部件服役环境的日趋复杂化和恶劣化，对在其中服役的各类管材与管部件的性能、品种、质量稳定性、绿色制造以及延寿等方面都提出了越来越高的要求，要求采用价格相对昂贵的高钢级和高合金钢管材及管部件的场合日渐增多，特别是对用于包括湿气输送在内的特殊油气输送、高温高压或超低温反应物输送和复杂服役条件下的单相或多相物料输送等大口径高钢级和高合金钢管材的研发与生产，市场关注度和学术关注度越来越高。然而，单质的大口径高钢级和高合金钢管材的车间生产成本高，突破技术“短板”难度大，货源和资源有限且不甚稳定，使用所述管材的工程造价显著增加。国内外生产、应用金属与金属复合管材已经有相当长的时间，不过，产品均局限于中低端品种，对环境相容性要求不甚苛刻。在复合工艺上主要采用双层管套拔或内扩的塑性加工来完成层间复合，通称为机械复合。目前采用所谓的冶金复合的双层复合管材所占比重还相当有限。这里既有经济性问题，也有质量稳定性问题。这些问题不可避免地削弱了所述传统复合管材的市场竞争力。尽管所述机械复合的技术具有工艺方法简易，生产成本较低，一次性投资有限等优点，但所生产的复合管材往往因为层间复合质量可靠性较差，也就是所谓的“两层皮”问题而难以进入高端制造领域。这一切在客观上就加快催生了一种新技术、新工艺开发的需要，制造出比现有冶金复合管材更具竞争力、比传统机械复合管材具有更可靠层间结合质量的复合管材，以满足能源、海洋、现代煤化工等重大装备高端制造领域的需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术中之不足，提供一种大口径双金属复合管材制造工艺以及该制造工艺所用的扩径成形装置，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种大口径双金属复合管材制造工艺，应用于管材外径范围在400～1500mm、内外层均为金属管材之间的复合加工，具有如下步骤：

(1)、备料：按技术要求下料制备待复合的内层管、外层管，其中外层管为金属管，内层管为金属管；

(2)、套合：按要求将内层管套入外层管内，套合后双层管件的内层管外壁与外层管内孔之间的单边间隙量保持在5～20mm；

(3)、预热：对套合好的双层管件的外层金属管通过加热器进行预热处理，使一定长度的外层金属管被快速加热至500～900℃；

(4)、内扩径复合成型：将扩径成型装置的扩径芯模从双层管件一端伸入加热好的双层管件的内层管内，从双层管件另一端推动双层管件向扩径芯模方向移动，依靠扩径芯模作用对内层管进行内扩径成型，扩径时双层管件相对扩径芯模的推进速度为0.5～1.5m/min；

(5)、冷缩复合：扩径成型好的复合管件由安装在相距该复合管件变形区出口端150mm处的喷雾冷却器进行快速冷却至80℃以下，以实现通过物理收缩使复合层间再次得以进一步贴紧而获得高密度的复合结构；

(6)、精整处理：对冷却完毕的复合管件进行矫直精整、切头处理，检测完毕下料送入后续工序进行管体加工成最终产品。

具体说，所述的外层金属管预热处理的加热方式为中频感应加热方式。

优选地，所述的内扩径复合成型时内层管壁的减薄量为0.1～0.8mm。

一种用于上述制造工艺的扩径成形装置，包括传送辊道、扩径前对双层管材的外层金属管进行预热处理的加热器、扩径后对复合管材进行快速冷却的冷却器，所述的传送辊道一端设有采用液压控制的支撑杆座，传送辊道另一端设有采用液压控制的顶推座，待复合的双层管件置于传送辊道上，支撑杆座上通过可拆卸芯杆连接有伸入内层管内的球状的扩径芯模，顶推座上连接有推动双层管件向扩径芯模方向移动而实现扩径芯模对内层管进行扩径复合的顶杆。

为方便扩径完成后扩径芯模退出双层管件，所述的芯杆包括可拆卸连接的基体段和工作段，基体段与支撑杆座固定，工作段连接扩径芯模。

所述的芯杆的工作段长度为所连接扩径芯模球径的1.5倍，且工作段端部具有与芯模球径相配的球面。

所述的传送辊道具有支撑双层管件的支承辊，对应支承辊上方位置设有调节双层管件与扩径芯模、芯杆三者同轴的定心辊。