一种冶金结合复合钢管、其制造方法及其制造装置

1.一种用于制造冶金结合的复合钢管的方法，所述冶金结合复合钢管包括位于外层的基管、位于内层的金属覆层、所述基管与所述金属覆层间的钎料层，以及金属覆层搭接形成的钎焊纵缝，所述金属覆层是由所述钎焊纵缝形成的封闭管体，其特征在于，该方法包括以下步骤：
A.剪切预制用作为内层金属覆层的金属带；
B.清洗基管的内表面和覆层金属带，除去油污和氧化物；
C.在基管内表面镀覆一层钎料；
D.通过成型机将所述金属带成型为其直径小于基管内径的管筒，所述管筒的两端搭接，并在其搭接处放置钎料；
E.将成型好的覆层管筒送入基管内，组装成复合钢管坯；
F.复合钢管坯放置在支撑辊上，并穿过定位环；
G.在管的一端装入覆层胀紧器和推送短节，在另一端安装锥形顶头；
H.开启水冷却系统和惰性气体保护系统；
I.启动中频加热炉和递送机构，复合钢管坯在惰性气体保护下连续被感应钎焊焊接；
J.启动轧辊传动系统，实施热轧工序；
K.冷却，得到复合钢管产品。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属带的宽度比基管内径周长大3～
10mm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属带的厚度小于3mm，并且于步骤A中将所述金属带的两端铣削出坡口，所述坡口的宽度为3-10mm，并且于步骤D中所述金属带成型为所述管筒后，通过所述坡口搭接。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属带的厚度小于1mm，于步骤D中所述金属带成型为所述管筒后，所述金属带的两端直接搭接。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，钎焊过程在惰性气体保护下进行，惰性气体保护包括管内钎中保护、钎后保护以及管外炉内保护。
6.一种实施权利要求1的方法的专用装置，其特征在于，包括：
一定位机构，该定位机构包括支撑辊及定位环，分别用于支撑复合钢管坯及供复合钢管坯穿过；
一推送装置，位于所述定位机构的一侧，用于推送复合钢管坯；
一覆层胀紧器，装入于所述复合钢管坯的一端内部，用于使复合钢管坯的覆层紧贴基管内壁并密封管腔；
一加热机构，环绕部分所述复合钢管坯，使得复合钢管坯连续被感应钎焊焊接，并且所述加热机构外包围所述加热机构为一密封腔；
一轧辊，位于所述加热机构的后测，用于对加热后的复合钢管坯实施热轧工序；
一锥形顶头，装入于所述复合钢管坯的另一端，并用于与轧辊共同完成热轧工序；
一惰性气体系统，包括向覆层胀紧器与锥形顶头之间的钎焊腔、热轧后的内覆层及密封腔内输送惰性气体的导气管，使得复合钢管坯在惰性气体保护下连续被感应钎焊焊接；
以及
一冷却水系统，包括向覆层胀紧器及锥形顶头内输送冷却水的水管。
7.根据权利要求6所述的专用装置，其特征在于，所述加热装置为中频感应加热炉。

一种冶金结合复合钢管、其制造方法及其制造装置\n技术领域\n[0001] 本发明涉及冶金结合复合钢管、其制造方法以及用于制造该冶金结合复合钢管的装置。\n背景技术\n[0002] 在钢管的内部覆衬一层耐蚀、耐磨金属材料，这既提高了钢管的耐蚀，耐磨性能，同时又节约了贵金属材料。\n[0003] 内部覆、衬金属材料的复合钢管，从基、覆层结合的方式可分为机械结合的复合钢管和冶金结合的复合钢管。机械结合的复合钢管，由于基、覆层材料间膨胀系数差异以及间隙中的气体存在，当温度升高时，将可能使内覆层产生失稳或鼓泡，另外，这种复合钢管不能进行弯头等管件加工，由于间隙存在，降低了传热系数，不利于在传热设备上应用。冶金结合的复合钢管克服了机械结合复合钢管的这些缺点，其使用和加工性能都大大得到改善。\n[0004] 冶金结合复合钢管现主要采用复合钢板及钎焊方法来制造。\n[0005] CN1375362A公布一种双金属复合钢管的制造方法，该方法的技术特征是：清洗基管和衬管的表面；在衬管的外表面涂附钎料；衬管与基管套装起来，进行冷形变复合，使基管的内表面和衬管的外表面之间获得一个适于钎焊的毛细间隙(0.03～0.1毫米)；在惰性气体保护下，由管底部到顶部垂直向下通过加热感应圈钎焊；冷却。该方法的问题是：首先必须制备衬管，并进行冷形变复合，这增加了工艺复杂性和制造成本，其次，薄壁大直径无缝或焊接衬管其制造难度都是较大的，再有冷形变复合时要保持一个0.03～0.1毫米的间隙是相当困难的，间隙过大将造成基、覆层未焊合缺陷，间隙过小，由于钎焊过程中排气不畅，造成衬管失稳和鼓泡，最后钎焊时管子垂直运行，操作不便。\n发明内容\n[0006] 本发明所要解决的技术问题在于提供一种钎焊冶金结合复合钢管、其制造方法及用于制造该冶金结合复合钢管的装置，以解决现有技术中必须首先制衬管，再经冷形变复合，最后感应钎焊这一过程中存在的工艺繁杂、操作不便、高成本、低效率、低质量问题。\n[0007] 为实现上述目的，本发明提供了一种冶金结合复合钢管，包括位于外层的基管、位于内层的金属覆层、所述基管与所述金属覆层间的钎料层及金属覆层搭接钎焊纵缝，所述金属覆层是由所述钎焊纵缝形成的封闭管体。\n[0008] 其中，所述基管为碳钢基管或铬钼钢基管。所述金属覆层为不锈钢覆层、镍基合金覆层、铜覆层、铝覆层或者钛覆层。\n[0009] 所述金属覆层为不锈钢覆层或镍基合金覆层时，所述钎料层的钎料为铜，所述钎焊纵缝的钎料为镍基钎料。所述镍基钎料为镍-铬-硅-硼钎料。\n[0010] 所述覆层的厚度小于3mm。\n[0011] 并且，形成所述金属覆层的金属带两端铣削有坡口，所述金属覆层搭接钎焊纵缝为坡口搭接的钎焊纵缝。\n[0012] 所述金属覆层搭接钎焊纵缝为覆层两端直接搭接的钎焊纵缝，且覆层的厚度小于\n1mm。\n[0013] 所述钎焊纵缝的宽度为3-10mm。\n[0014] 而且，为实现上述目的，本发明提供了一种制造冶金结合复合钢管的装置，包括：\n一定位机构，该定位机构包括支撑辊及定位环，分别用于支撑复合钢管及供复合钢管穿过；\n一推送装置，位于所述定位机构的一侧，用于推送复合钢管；一加热机构，环绕部分所述复合钢管，并且所述加热机构外包围所述加热机构为一密封腔；一轧辊，位于所述加热机构的后测，用于对加热后的复合钢管实施热轧工序；一覆层胀紧器，装入于所述复合钢管的一端内部，用于使复合钢管的覆层紧贴基管内壁并密封管腔；一锥形顶头，装入于所述复合钢管的另一端，用于与轧辊共同完成热轧工序；一冷却水系统，包括向覆层胀紧器及锥形顶头内输送冷却水的水管；及一惰性气体系统，包括向覆层胀紧器与锥形顶头之间的钎焊腔、热轧后的内覆层及密封腔内输送惰性气体的导气管。\n[0015] 所述加热装置为中频感应加热炉。\n[0016] 而且，为实现上述目的，本发明还提供了一种用于制造上述复合钢管的冶金结合复合钢管的方法，该方法包括以下步骤：\n[0017] A.剪切预制用作为内层金属覆层的金属带；\n[0018] B.清洗基管的内表面和覆层金属带，除去油污和氧化物；\n[0019] C.在基管内表面镀覆一层钎料；\n[0020] D.通过成型机将所述金属带成型为其直径小于基管内径的管筒，所述管筒的两端搭接，并在其搭接处放置钎料；\n[0021] E.将成型好的覆层管筒送入基管内，组装成复合管坯；\n[0022] F.复合管坯放置在支撑辊上，并穿过定位环；\n[0023] G.在管的一端装入覆层胀紧器和推送短节，在另一端按装锥形顶头；\n[0024] H.开启水冷却系统和惰性气体保护系统；\n[0025] I.启动中频加热炉和递送机构，复合管坯在惰性气体保护下连续被感应钎焊焊接；\n[0026] J.启动轧辊传动系统，实施热轧工序；\n[0027] K.冷却，得到复合钢管产品。\n[0028] 其中，所述金属带的宽度比基管内径周长大3～10mm。\n[0029] 所述金属带的厚度小于3mm，并且于步骤A中将所述金属带的两端铣削出坡口，所述坡口的宽度为d，d为3-10mm，并且于步骤D中所述金属带成型为所述管筒后通过所述坡口搭接。\n[0030] 所述金属带的厚度小于1mm，于步骤D中所述金属带成型为所述管筒后所述金属带的两端直接搭接。\n[0031] 所述钎焊过程在惰性气体保护下进行，惰性气体保护包括管内钎中保护、钎后保护以及管外炉内保护。\n[0032] 所述金属覆层是由一条钎焊纵缝形成的封闭管体。\n[0033] 按照本发明制造的冶金结合复合钢管优点是：覆层材料不需要焊成管子，也不需要与基管冷形变复合，而只是将金属带材成型为斜对接管筒，靠其自身弹性贴在基管内壁，这不仅简化了工艺，而且大量节约了制造成本；覆层管筒使管腔和钎焊部位存在气体通道，这一方面使覆层和钎焊面都得到惰性气体的有效保护，同时也避免了因排气不畅造成覆层鼓泡；由于覆层管筒可以自由膨胀，因此也避免了覆层材料膨胀系数大于基管时，覆层热态失稳；覆层管筒斜对接头经中频感应加热，在伴随覆层和基管钎焊时完成了自身钎焊，形成了致密、完整的覆层；紧随中频感应钎焊后的热轧，充分的利用了能源，进一步提高了基、覆层间的结合强度，消除了覆层斜对接处不平的外形，卧式运行相对垂直运行，操作更为方便，也不需要挖地坑和高的厂房。\n[0034] 以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。\n附图说明\n[0035] 图1为本发明方法制造的冶金复合钢管的一实施例的断面图；\n[0036] 图2为本发明方法制造的冶金复合钢管的另一实施例的断面图；\n[0037] 图3为本发明方法制造冶金复合钢管装置的示意图；\n[0038] 图4为覆层钢带坡口图；\n[0039] 图5为本发明制造方法工艺流程简单示意图；\n[0040] 图6为本发明制造冶金结合复合钢管的方法的工艺步骤图。\n[0041] 其中，附图标记：\n[0042] 1、基管 2、金属覆层\n[0043] 3、钎料层 4、钎焊纵缝\n[0044] 5、中频加热炉 6、密封腔\n[0045] 7、推送短节 8、覆层胀紧器\n[0046] 9、18、20导气管 10、22、冷却水管\n[0047] 11、锥形顶头 12、轧辊\n[0048] 13、推送机构 14、15、支撑辊\n[0049] 16、定位环 17、限位器\n[0050] 19、红外测控仪 21、密封环\n具体实施方式\n[0051] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。\n[0052] 图1为本发明方法制造的冶金复合钢管的一实施例的断面图，如图1所示，本发明的冶金结合复合钢管，包括位于外层的基管1、位于内层的金属覆层2、所述基管1与所述金属覆层2之间的钎料层3及金属覆层搭接钎焊纵缝4。\n[0053] 其中，所述基管1可为碳钢基管或铬钼钢(Cr5Mo)基管，所述金属覆层2是由所述钎焊纵缝形成的封闭管体。所述金属覆层2可以为不锈钢覆层、镍基合金覆层、铜覆层、铝覆层及钛覆层，且当金属覆层2为不锈钢覆层或镍基合金覆层时，所述钎料层3的钎料使用铜，所述钎焊纵缝的钎料使用镍基钎料，如Ni-Cr-Si-B镍基钎料，特别是B-Ni82CrSiB钎料。所述覆层的厚度小于3mm，并且所述覆层金属带两端铣削有坡口，所述钎焊纵缝为覆层金属带两端铣削的坡口搭接而成。\n[0054] 图2为本发明方法制造的冶金复合钢管的另一实施例的断面图，如图所示，其与图1中实施例的不同在于，该钎焊纵缝4是通过覆层金属带两端直接搭接形成的，其中，所述覆层厚度小于1mm，较佳为小于0.5mm，更佳为0.1～0.2mm。\n[0055] 图3为本发明方法制造冶金复合钢管装置的示意图，如图3所示，该制造冶金复合钢管的装置包括：中频加热炉5，密封腔6，推送短节7，覆层胀紧器8，导气管9、18、20，冷却水管10、22，锥形顶头11，轧辊12，推送机构13，支撑辊14、15，定位环16，限位器17，红外测控仪19，密封环21。\n[0056] 其中，操作时，由所述支撑辊14、15及所述定位环16构成定位机构，分别用于支撑复合钢管及供复合钢管穿过；所述推送装置包括所述推送机构13和推送短节7，所述推送机构13和推送短节7位于所述定位机构的一侧，用于推送复合钢管；所述中频加热炉5作为加热机构，环绕部分所述复合钢管，并且所述中频加热炉5外包围所述中频加热炉5为一密封腔6；所述轧辊12位于所述中频加热炉5的后测，用于对加热后的复合钢管实施热轧工序；所述覆层胀紧器8装入于所述复合钢管的一端内部，用于使复合钢管的覆层紧贴基管内壁并密封管腔，其中，所述覆层胀紧器由不锈钢弹簧制造，为鼓形，在其壁上压有一凹槽，用于钎焊腔内气体流出；所述锥形顶头11装入于所述复合钢管的另一端，用于与轧辊\n12共同完成热轧工序；并且，操作时，由冷却水系统提供冷却水经所述水管10、22分别进入所述覆层胀紧器8和所述锥形顶头11内。并且由惰性气体系统输送惰性气体经所述导气管9进入所述覆层胀紧器8和所述锥形顶头11之间的钎焊腔内，使钎焊在惰性气体保护下完成，惰性气体也经导气管18进入所述锥形顶头11和所述密封环21之间的管腔，以保护经热轧后的内覆层，另外，惰性气体还经所述导气管20进入所述密封室6保护基管外壁，其中，密封腔6不需要密封的非常严密，同样，锥形顶头11与密封环21之间的也不需要密封严密，密封后仍存在缝隙，以使多余的惰性气体可以从缝隙逸出。所述轧辊12的后侧为所述限位器17，用于限定锥形顶头11的位置，当所述锥形顶头11尾部碰到所述限位器17时，所述锥形顶头11被固定不动，顺利实施热轧，并通过所述红外温度控制系统19控制坯管送入速度及轧辊的转速，以保证在规定的温度下完成钎焊。\n[0057] 图5为本发明制造冶金结合复合钢管的方法的简单示意图，如图5所示，该方法包括：首先，对覆层钢带的剪切预制，之后对其表面进行清洗，然后成型为覆层管筒并在坡口处放置钎料。其次，对碳钢基管进行内表面清洗，之后，在其内表面镀覆钎料。最后，将上述成型好的覆层管筒送入上述处理好的基管内，组装成复合管坯，并将复合管坯安装至上述制造设备中，依次进行感应钎焊、热轧及冷却。\n[0058] 图6为本发明制造冶金结合复合钢管的方法的工艺步骤图，如图6所示，其包括如下步骤：\n[0059] A.剪切预制作为内覆层2的金属带，覆层金属带的宽度比基管内径周长大\n3-10mm，并在带的两边铣削出图4所示的坡口；\n[0060] B.清洗碳钢基管1的内表面和覆层金属带2，除去油污和氧化物；\n[0061] C.在基管1内表面镀、覆一层钎料，镀覆的方法可采用电镀、化学镀或其他方法，钎料的选择要根据覆层材料来选取，若覆层材料为不锈钢和镍基合金时，选用铜作钎料；\n[0062] D.通过滚弯或拉弯成型机将内覆层金属带成型为直径略小于基管内径的管筒，以使其很容易被送入基管内，并在坡口处放置钎料，该钎料的选择要充分考虑与其覆层金属的耐蚀性相匹配，如覆层材料为不锈钢和镍基合金时选用镍基钎料，如Ni-Cr-Si-B镍基钎料，特别是B-Ni82CrSiB钎料，将成型好的覆层管筒送入基管内，组装成复合管坯，最好是覆层管筒从成型器出来即送入基管内，做到边成型，边组装；\n[0063] E.将复合管坯放在支撑辊14上，并穿过定位环16，定位环与轧辊12共同保证复合管坯沿中频加热炉5中心轨迹运行；\n[0064] F.在复合管坯一端装入覆层胀紧器8和推送短节7，覆层胀紧器8由不锈钢钢制造，内通冷却水冷却，覆层胀紧器8的作用是使覆层管筒紧贴基管内壁和密封管腔，以保证钎焊质量，推送短节7则起推送复合管坯的作用。在复合管坯的另一端安装锥形顶头11，锥形顶头11与轧辊12共同完成热轧工序，同时它与推送短节7和密封环21共同完成密封作用，使钎焊及钎焊后冷却过程均在惰性气体保护下完成；\n[0065] G.开启冷却水系统和惰性气体系统，冷却水经水管10和22分别进入覆层胀紧器\n8和锥型顶头11内，惰性气体一导气管9进入覆层胀紧器8和锥形顶头11之间的钎焊腔内，使钎焊在惰性气体保护下完成，该路惰性气体中含有玻璃粉，实现锥型顶头11与内覆层间的润滑：另一路从管18出来保护经热轧后的内覆层；还有一路经管20进入密封室6保护基管外壁；\n[0066] H.启动中频加热炉5和递送机构13，复合管坯在惰性气体保护下连续被感应钎焊焊接；\n[0067] I.启动轧辊12的传动系统，实施热轧工序，当锥形顶头11尾部碰到限位器17时，锥形顶头11被固定不动，顺利实施热轧，通过红外温度控制系统19控制坯管送入速度及轧辊的转速，以保证在规定的温度下完成钎焊；\n[0068] K.冷却，得到上述复合钢管。\n[0069] 其中，上述金属带的厚度小于3mm，并且于步骤A中将所述金属带的两端铣削出坡口，所述坡口的宽度为3-10mm，并且于步骤D中所述金属带成型为所述管筒后通过所述坡口搭接。或者，于步骤D中所述金属带成型为所述管筒后所述金属带的两端直接搭接，此种情况下，所述金属带的厚度小于1mm。\n[0070] 并且，上述钎焊过程在惰性气体保护下进行，惰性气体保护包括管内钎中保护、钎后保护以及管外炉内保护。\n[0071] 而且，上述基管除了碳钢基管为还可以为铬钼钢基管，上述金属覆层除了不锈钢覆层及镍基合金覆层外还可以为铜覆层、铝覆层或者钛覆层。\n[0072] 本发明的效果：\n[0073] 按照本发明制造的冶金结合复合钢管优点是：覆层材料不需要焊成管子，也不需要与基管冷形变复合，而只是将金属带材成型为斜对接管筒，靠其自身弹性贴在基管内壁，这不仅简化了工艺，而且大量节约了制造成本；覆层管筒使管腔和钎焊部位存在气体通道，这一方面使覆层和钎焊面都得到惰性气体的有效保护，同时也避免了因排气不畅造成覆层鼓泡；由于覆层管筒可以自由膨胀，因此也避免了覆层材料膨胀系数大于基管时，覆层热态失稳；覆层管筒斜对接头经中频感应加热，在伴随覆层和基管钎焊时完成了自身钎焊，形成了致密、完整的覆层；紧随中频感应钎焊后的热轧，充分的利用了能源，进一步提高了基、覆层间的结合强度，消除了覆层斜对接处不平的外形，卧式运行相对垂直运行，操作更为方便，也不需要挖地坑和高的厂房。\n[0074] 当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。