CN106311796A - 金属复合管材的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种金属复合管材的加工方法，特点是步骤为：准备好两种以上的长度相同的金属管坯，将尺寸大的金属管坯套装在尺寸小的金属管坯上，外层金属管坯的内径大于内层金属管坯的外径0.02‑0.1mm；将套装好的金属管坯的两端面焊接在一起固定，得到复合套管；根据金属管坯的材质特性，确定是否加热金属管坯，然后将所得到的复合套管直接送入三辊行星轧机进行轧制变形，轧制过程中对管坯内外表面进行氮气保护，并通入冷却水对由于变形热剧烈温升的管坯进行冷却，得到内外壁光滑、壁厚均匀的轧制金属复合管材；将轧制的金属复合管材进行探伤检验、锯切、清洗和热处理工序，作为成品进入最后的包装环节。其具有生产的金属复合管的壁厚均匀、生产效率高及适用范围广等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属复合管材的加工方法，尤其涉及电子、化工、矿冶等诸多工业领域中应用的双层或多层金属材料复合管材的连续化制造。
背景技术
金属复合管材是利用变形、爆炸、焊接、铸造、表面沉积等方法在一种金属表面包覆上另一种或几种金属的管状复合材料，兼备不同金属的力学、化学、热学及物理特性，广泛用于电子、化工、矿冶、电器、电力、机械、汽车、能源和生活用具等领域。以矿山、冶炼、电力和煤炭等领域常用的双金属耐磨复合管材为例，通过在铸造、沉积、自蔓延高温合成等方法在普通钢材质的管材内壁包覆铸石、高分子或陶瓷等耐磨材料，形成低成本、长寿命的耐磨复合管材，大幅减低管道磨损破坏情况，避免频繁停机检修更换带来的巨大经济损失。
目前，金属复合管材的加工方法有很多种，总体上可以分成三大类:固-固相复合法，其包括轧制复合、爆炸焊接、扩散复合法、挤压拉拔复合等；液-固相复合法，其包括充芯连铸法、喷射沉积法、浇铸法、反向凝固法等；液-液相复合法，其包括电磁连铸法、双结晶连续铸造法等。
固-固相复合法轧制复合法，它的基本原理是金属管材在受到强大的压力下，使得两层金属表面均发生塑性变形，表面金属层破裂并露出洁净而活化的金属层，在持续强大的压力下形成连续的冶金结合，在随后的热处理过程中通过结合面的持续扩大，形成稳固的结合。爆炸焊接法是使用火工品进行装配，在基管起爆端留出合适长度的火工品来连接雷管，并在对装配好的基、衬管在管端装配密封套，和基、衬管之间用真空泵抽气后起爆，使得内外管在瞬间高温和强大的爆炸力作用下形成复合。挤压拉拔复合法是在双金属管的内管中放置一个锥形的模具，通过挤压或在锥形模具小头部分连接机械拉拔机构的方式，利用锥形模具大头部分扩口作用使得内管金属发生塑性变形，贴合在外管的内表面。
以上方法在实践中也容易出现不同的问题，如内外管结合力不足，高温工作条件下容易发生内外管脱落的现象。如爆炸焊接法，由于是瞬间变形，存在各个部位的结合力不均匀的现象，进而导致复合管材的热导性能不均匀，导致产品性能不稳定。另外，在生产效率、加工成本方面各种方法也都有进一步提升的空间。
国家知识产权局公开了以下几种复合管的加工技术：
一种双金属耐磨复合管的加工技术，专利申请号为201510411252.8，其外壁采用普通钢，内衬采用高铬耐磨合金材料，应用浇铸方式加工。
一种不锈钢复合管的制造方法，专利申请号为201610025577.7，在不锈钢复合管内管的表面包覆一层0.01-0.1mm的聚合层，再将该内管放入到碳钢外管里面，进行两种钢管的拉拔成型。
一种加热与水压耦合作用的双金属复合管成形工艺及系统，专利申请号为201510708758.5，其是首先将基管加热，之后将基管与衬管穿套在一起，当基衬管穿套完成后，对衬管进行水压涨形，衬管首先发生弹性变形；当水压压力继续加大后，衬管发生塑性变形，衬管外表面与基管内表面紧密贴合，之后继续增加水压压力，衬管与基管同时发生变形，此时基管仅仅发生弹性变形；之后水压涨形压力降为零，冷却衬管；最后将复合好的复合管自然冷却至室温，复合工艺完成。
一种三层结构双金属冶金复合管的制备方法，专利申请号为201510294327.9，其是首先采用消失模铸造的方法，浇铸出内层和外层薄壁高合金耐蚀管坯，然后采用砂型铸造与消失模铸造相结合的方法，以内外层高合金管坯为型芯，中间层以EPS造型，浇注出中间层碳钢管坯，得到不锈钢/碳钢/不锈钢三层结构双金属复合管坯。将所得三层结构双金属管坯，经过三辊热轧扩径变形制造三层结构双金属复合管。
一种双金属层状复合管固液复合铸轧机，专利申请号为201510480916.6，其是采用固液铸轧工艺生产双金属层状双金属层状复合管，将快速凝固技术与轧制技术相结合，实现双金属界面的冶金结合。液态浇铸的覆层金属解决了拉拔复合、涨接复合、旋压复合等传统固-固相复合工艺对坯料尺寸和形状精度要求高的问题。需要指出的是，以上方法仍然不能协调加工精度与工作效率的一致性，装备条件要求高、成形工艺复杂。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种金属复合管材的加工方法，采用该方法生产的金属复合管的壁厚均匀，生产效率高，适用范围广。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的，其是一种金属复合管材的加工方法，其特征在于步骤如下：
步骤一
准备好两种以上的长度相同的金属管坯，将尺寸大的金属管坯套装在尺寸小的金属管坯上，相邻两金属管坯应满足的条件为：外层金属管坯的内径大于内层金属管坯的外径0.02-0.1mm；
步骤二
将套装好的金属管坯的两端面焊接在一起固定，得到复合套管；
步骤三
根据金属管坯的材质特性，如金属管坯的再结晶温度为350℃-700℃，将步骤二中所得到的复合套管直接送入三辊行星轧机进行轧制变形，轧制过程中对管坯内外表面进行氮气保护，并通入冷却水对由于变形热剧烈温升的管坯进行冷却，得到内外壁光滑、壁厚均匀的轧制金属复合管材；
如金属管坯的再结晶温度高于700℃，将待将步骤二中所得到的复合套管送入加热炉处理，加热温度为950-1150℃，加热后使每层管达到均温且处于红热状态，然后将复合套管坯送入三辊行星轧机进行轧制变形，轧制过程中对管坯内外表面进行氮气保护，并通入冷却水对由于变形热剧烈温升的管坯进行冷却，得到内外壁光滑、壁厚均匀的轧制金属复合管材；
步骤四
将轧制的金属复合管材进行探伤检验、锯切、清洗和热处理工序，作为成品进入最后的包装环节。
在本技术方案中，所述的金属管坯为铜、铝等金属或铜合金、铝合金、钛合金、普碳钢、不锈钢等合金材质的管坯。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1、可连续生产，提高了生产效率，通过更换芯棒和轧辊可以直接对不同规格的金属复合管材进行轧制；
2、适用范围广。
附图说明
图1为本发明生产的金属复合管材实施例一的结构示意；
图2为本发明生产的金属复合管材实施例二的结构示意。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。
实施例一
步骤一
如图1所示，准备好纯铝基管1和纯铜衬管2，纯铝基管1的外径为Φ50mm，纯铝基管1的管壁厚度为20mm；纯铜衬管2的外径为Φ60mm，纯铜衬管2的管壁厚度为5mm；它们的长度为3000mm，将纯铜衬管2套装在纯铝基管1上；
步骤二
将步骤一中套装好的管的两端面焊接在一起固定，得到铜铝复合套管；
步骤三
由于铜铝复合套管的再结晶温度约为450℃，因此将步骤二中所得到的铜铝复合套管直接送入三辊行星轧机进行轧制变形，轧制过程中对管坯内外表面进行氮气保护，并通入冷却水对由于变形热剧烈温升的管坯进行冷却，得到内外壁光滑、壁厚均匀的铜/铝双金属复合管材，铜/铝双金属复合管材的外径为Φ30mm，管壁厚度为10mm，其中纯铝层厚度为8mm，纯铜层厚度为2mm，长度为12500mm；
步骤四
将轧制的铜/铝双金属复合管材进行探伤检验、锯切、清洗和热处理工序，作为成品进入最后的包装环节。
本实施例所得到的产品可作为电力工业领域的传输连接管使用。
采用三辊行星轧制进行双金属双层复合管材时，通过更换芯棒和轧辊可以直接对不同规格的金属复合管材进行轧制加工，由于管坯金属在三辊行星轧制轧辊的作用下发生旋转剪切流动，在变形区的局部加载压力下能够形成连续稳固的冶金结合。
实施例二
步骤一
如图2所示，准备好不锈钢外衬管1、普碳钢基管2及不锈钢内衬管3，不锈钢外衬管1的外径为Φ90mm，不锈钢外衬管1的管壁厚度为5mm；普碳钢基管的外径为Φ80mm，普碳钢基管的管壁厚度为20mm；不锈钢内衬管3的外径为Φ40mm，不锈钢内衬管3的管壁厚度为5mm；它们的长度均为3000mm，将普碳钢基管2套装在不锈钢内衬管3上，将不锈钢外衬管1套装在普碳钢基管2上；
步骤二
将步骤一中套装好的管的两端面焊接在一起固定，得到三层套管；
步骤三
不锈钢外衬管1、普碳钢基管2及不锈钢内衬管3的再结晶温度约为900℃，因此需将步骤二中所得到的三层套管送入加热炉处理，加热温度为950℃，加热后使三层套管达到均温且处于红热状态，然后将加热后的三层套管送入三辊行星轧机进行轧制变形，轧制过程中对管坯内外表面进行氮气保护，并通入冷却水对由于变形热剧烈温升的管坯进行冷却，得到内外壁光滑、壁厚均匀的三层金属复合管材，三层金属复合管材的外径为Φ60mm，三层金属复合管材的管壁厚度为15mm，其中普碳钢层厚为10mm，不锈钢外衬层厚为2mm，不锈钢内衬层厚为3mm，长度为10900mm；
步骤四
将轧制的三层复合管材进行探伤检验、锯切、清洗和热处理工序，作为成品进入最后的包装环节。
采用三辊行星轧制进行三层复合管材以及多金属多层复合管材的高效加工时，通过更换芯棒和轧辊可以直接对不同规格的金属复合管材进行轧制加工，由于管坯金属在三辊行星轧制轧辊的作用下发生旋转剪切流动，在变形区的局部加载压力下能够形成连续稳固的冶金结合。
以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (2)
1.一种金属复合管材的加工方法，其特征在于步骤如下：
步骤一
准备好两种以上的长度相同的金属管坯，将尺寸大的金属管坯套装在尺寸小的金属管坯上，相邻两金属管坯应满足的条件为：外层金属管坯的内径大于内层金属管坯的外径0.02-0.1mm；
步骤二
将套装好的金属管坯的两端面焊接在一起固定，得到复合套管；
步骤三
根据金属管坯的材质特性，如金属管坯的再结晶温度为350℃-700℃，将步骤二中所得到的复合套管直接送入三辊行星轧机进行轧制变形，轧制过程中对管坯内外表面进行氮气保护，并通入冷却水对由于变形热剧烈温升的管坯进行冷却，得到内外壁光滑、壁厚均匀的轧制金属复合管材；
如金属管坯的再结晶温度高于700℃，将待将步骤二中所得到的复合套管送入加热炉处理，加热温度为950-1150℃，加热后使每层管达到均温且处于红热状态，然后将复合套管坯送入三辊行星轧机进行轧制变形，轧制过程中对管坯内外表面进行氮气保护，并通入冷却水对由于变形热剧烈温升的管坯进行冷却，得到内外壁光滑、壁厚均匀的轧制金属复合管材；
步骤四
将轧制的金属复合管材进行探伤检验、锯切、清洗和热处理工序，作为成品进入最后的包装环节。
2.根据权利要求书1所述的金属复合管材的加工方法，其特征在于所述的金属管坯为铜、铝等金属或铜合金、铝合金、钛合金、普碳钢、不锈钢等合金材质的管坯。
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