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目前金屬?gòu)?fù)合無(wú)縫管冷成型法大致有以下兩種:內(nèi)擴(kuò)漲型和外減徑型。內(nèi)擴(kuò)漲型,即:采用兩種材質(zhì)的無(wú)縫管相互穿套(如外管采用一般普碳鋼無(wú)縫鋼管,內(nèi)穿一薄壁不銹鋼管作為內(nèi)層金屬管),在內(nèi)管中施以高壓,使內(nèi)層無(wú)縫管發(fā)生塑性變形外層無(wú)縫管僅產(chǎn)生彈性變形,從而使內(nèi)管與外管緊密結(jié)合,形成雙金屬?gòu)?fù)合無(wú)縫管。外減徑型,即:仍采用兩種材質(zhì)的無(wú)縫管相互穿套,對(duì)外層管進(jìn)行減徑拉拔或軋制,使內(nèi)管與外管緊密結(jié)合,形成雙金屬?gòu)?fù)合無(wú)縫管。 內(nèi)擴(kuò)漲型和外減徑型工藝生產(chǎn)的金屬?gòu)?fù)合無(wú)縫管的不足之處在于:生產(chǎn)成本高昂,內(nèi)外管均必須采用現(xiàn)成的熱軋或冷拔無(wú)縫管,加上其后的內(nèi)漲或減徑工序使其制造成本大幅度上升;以上兩種類(lèi)型的無(wú)縫管并非完全意義上的金屬?gòu)?fù)合,兩層金屬相互間并無(wú)冶金熔合,在受軸向力的情況下內(nèi)外兩層金屬難以傳遞和均衡外力,在需要熱傳遞的應(yīng)用領(lǐng)域,由于內(nèi)外兩層金屬間存在間隙,熱阻必將大幅度增加。 復(fù)合管的熱成型法:熱成型制造工藝包括熱軋和熱擠壓兩種方法,前者主要適用于有縫復(fù)合管的生產(chǎn),后者適用于無(wú)縫復(fù)合管的生產(chǎn)。
復(fù)合管的離心鑄造和離心鋁熱劑法:離心鑄造是為適應(yīng)海洋油氣生產(chǎn)而開(kāi)發(fā)的,適用于制造內(nèi)襯金屬熔點(diǎn)低于外層金屬熔點(diǎn)的復(fù)合管。襯層和基體均采用液態(tài)金屬。將制外管的鋼液引入一旋轉(zhuǎn)金屬模,在外管凝固過(guò)程中監(jiān)測(cè)管內(nèi)溫度。當(dāng)外管凝固并達(dá)到一定溫度時(shí),澆入耐蝕合金等內(nèi)層金屬。通過(guò)控制鑄造條件,可以生產(chǎn)出牢固的冶金結(jié)合的雙金屬?gòu)?fù)合管。 當(dāng)應(yīng)用液態(tài)金屬進(jìn)行表面堆敷時(shí),采用離心技術(shù)可復(fù)合層容易出現(xiàn)的氣孔和夾雜。這時(shí),熔化金屬中密度低的渣、雜質(zhì)和氣體上升到表面,而較重的金屬成分下沉,在管壁上形成一致密層,從而提高熔敷質(zhì)量和再現(xiàn)性。因此其優(yōu)缺點(diǎn)分別為:優(yōu)點(diǎn):界面實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合,致密度高,排渣、排氣性好。缺點(diǎn):若沒(méi)有其后的熱變形,僅限于鑄態(tài)使用,其粗大的鑄態(tài)組織導(dǎo)致各層金屬的力學(xué)性能不能充分發(fā)揮。另外,該方法不能生產(chǎn)外層為輕合金的復(fù)合鋼管。 離心鋁熱法也稱(chēng)為shs—離心法,shs是self propagating high temperature synthesis的縮寫(xiě)。離心鋁熱法的實(shí)質(zhì)是在離心力場(chǎng)中引起鋁熱反應(yīng),所謂鋁熱反應(yīng)就是金屬鋁粉和其他金屬氧化物粉末均勻的混合在一起, 通過(guò)點(diǎn)燃而發(fā)生的非常迅速的放熱反應(yīng)(mo+al→m+al2o3+q)。反應(yīng)絕熱溫度可接近3000k,因此產(chǎn)物都處于液態(tài),在離心力作用下,比重大的產(chǎn)物如fe、cr、ni等集中在靠近碳鋼鋼管內(nèi)壁處,形成內(nèi)襯金屬層;al2o3形成內(nèi)層殘?jiān)?,通過(guò)機(jī)械方法除去,則制備出雙金屬?gòu)?fù)合鋼管。
目前雙金屬?gòu)?fù)合管的生產(chǎn)方法主要包括冷成型法、熱成型法、離心鑄造法、離心鋁熱劑法、爆炸焊成型法、電磁成型法等等。 冷成型法:冷成型制造工藝的基本特征是將預(yù)加工好的薄壁不銹鋼管套入碳鋼管中,然后通過(guò)機(jī)械方法使不銹鋼管緊緊貼合在碳鋼管內(nèi)壁上。薄壁不銹鋼管有兩種獲得途徑:一種是通過(guò)選擇合適規(guī)格的無(wú)縫不銹鋼管,通過(guò)旋壓的方法使之變薄,達(dá)到要求的外徑和厚度;另一種是用薄的不銹鋼板或鋼帶在專(zhuān)用的制管機(jī)上用tig焊接成直縫或螺旋縫不銹鋼管。采用拉拔、脹接、旋壓和滾壓等方法使不銹鋼管緊緊貼合在碳鋼管內(nèi)壁上,其中拉拔和脹接為常用。拉拔是取兩根分別制成的無(wú)縫鋼管,將一根套在另一根外面,然后將兩管通過(guò)一模具同時(shí)進(jìn)行拉拔,從而實(shí)現(xiàn)緊密配合的機(jī)械結(jié)合。 冷成型復(fù)合管的優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)工藝比較簡(jiǎn)單,價(jià)格較便宜。缺點(diǎn)是界面非擴(kuò)散結(jié)合,只是依靠對(duì)外層進(jìn)行的冷加工來(lái)獲得緊密配合,因此冷加工復(fù)合管如果遭遇高溫就有分層傾向,復(fù)合管會(huì)因應(yīng)力釋放而失效。這就限制了冷加工管的使用環(huán)境和應(yīng)用領(lǐng)域。脹接分機(jī)械脹接和液壓脹接兩種。機(jī)械脹接是目前生產(chǎn)不銹鋼復(fù)合管的一種主要方法,它是利用滾脹芯軸回轉(zhuǎn)擠壓使復(fù)合管內(nèi)管發(fā)生塑性變形,外管發(fā)生彈性變形,從而使復(fù)合管的外管對(duì)內(nèi)管產(chǎn)生接觸壓力,以達(dá)到復(fù)合管內(nèi)外壁的緊密貼合。液壓脹接原理與機(jī)械脹接相同,只是用管內(nèi)高壓水施壓代替滾脹芯軸回轉(zhuǎn)擠壓。機(jī)械脹接時(shí)脹接力大小難以確定,易發(fā)生欠脹或過(guò)脹,且多次滾脹易造成襯里開(kāi)裂。液壓脹接時(shí)脹接力均勻且大小可進(jìn)行計(jì)算,因此更具優(yōu)越性。兩種脹接法的共同缺點(diǎn)是內(nèi)外層只是機(jī)械結(jié)合,和拉拔成型一樣,在高溫環(huán)境下會(huì)因應(yīng)力松弛而分層失效。
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