CN105142814A - 用于制造多层大型管的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造多层大型管的方法，其具有位于外侧的支承层(1)和至少一个位于内侧的衬层(2)。在生产率和多层大型管的性能方面的优点通过以下方法步骤实现：-提供以预定的初始弯曲半径(R_B0)预弯曲的、用于支承层(1)的支承板和至少一个以预定的初始弯曲半径(R_A0)预弯曲的、用于衬层(2)的衬板，-将至少一个预弯曲的衬板放置在预弯曲的支承板的内侧上以构成支承层(1)和至少一个衬层(2)，其中，所述预弯曲的衬板及支承板的沿弯曲轴线延伸的纵棱边被定位和平行定向，-将至少一个衬板的至少两个纵棱边(3a,3b,3c,3d)与支承板材料接合地相连，-将由材料接合地相连的支承层(1)和至少一个衬层(2)组成的复合体借助弯曲机成型为有缝的多层大型管，其中，在没有材料接合相连的接触区域中形成摩擦连接，-通过焊接纵向缝封闭所述有缝的多层大型管余留的缝隙。

Description

用于制造多层大型管的方法

本发明涉及一种用于制造多层大型管的方法，其具有位于外侧的支承层和至少一个位于内侧的衬层。

在EP1827727B1中示出一种用于通过将外部支承层和内部衬层材料接合和力传递(或称为摩擦接合)的连接来制造多层的大型管的方法。在此面状的支承板和面状的衬板上下叠置，之后在材料层之间形成第一连接。然后将可相互滑移的材料层借助弯曲辊在材料层之间产生持续的摩擦配合的情况下成型为管。在特定的变形进程之后这样在材料层之间形成进一步的连接，即，将它们在至少一个另外的位置处相互连接。接下来，多层管借助弯曲辊和/或弯曲机最终成型，其中，随后材料层不能继续相互滑移并且用作内管的材料层被力传递地压入用作外管的材料层中。EP2285508B1也显示了一种在制造方法方面原理上相似的方法，其中所述材料层中的至少一个材料层由多于一个经铺置的元件构成。

WO2006/066814A1和EP1857194A1显示了另外的相似的用于制造多层管的方法。在所有的这些方法中，将面状的(多个)板为了构成所述层而上下叠置，并且在多个步骤中交替地相互连接，所述复合体经历第一弯曲过程，在特定的弯曲进程之后再次在其他位置上定位焊并且然后继续弯曲，以产生多层管，由此导致相应的制造耗费。

由EP1857194B1也已知一种用于制造多层管的方法，其中首先将一个面状的、板形的支承板和一个面状的衬板上下叠置。支承板或者叫基板沿其两个纵向棱边或与它们平行地分别配备有优选被焊接的止挡棱边，在两个止挡棱边之间将衬板松动地嵌入，用于之后借助弯曲辊将这样构成的多层材料成型为多层管。用作内管的材料层被夹在两个止挡棱边之间并且在管成型的最终阶段、在弯曲辊和/或之后使用的弯曲机中力传递地压入用作外管的材料层中。止挡棱边的构成和其与衬板的尺寸相协调的定位在管制造时产生了不可忽略的耗费，其中借助这些步骤不能实现材料接合的连接。

此外已知这样的多层管，其作为所谓的Clad管(也称为复合管)以冶金的方式镀上衬层并且因此已然在板的生产过程中以特殊的制造步骤形成。在这种制造方式中针对许多应用情况的材料选择被设置在狭窄的范围内。

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种制造前述形式的多层大型管的方法，该方法在高效制造的同时针对不同应用情况得到有利的适配可行方案。

所述技术问题借助权利要求1的特征解决。由此所述方法的特征在于以下方法步骤：

-提供以预定的初始弯曲半径预弯曲的、用于支承层的支承板和至少一个以预定的初始弯曲半径预弯曲的、用于衬层的衬板，

-将至少一个预弯曲的衬板放置在预弯曲的支承板的内侧上以构成支承层和至少一个衬层，这通过它们的沿弯曲轴线延伸的纵棱边的定位和平行定向进行，

-将至少一个衬板的至少两个纵棱边与支承板材料接合地相连，

-将由材料接合地相连的支承层和至少一个衬层组成的复合体借助弯曲机成型为有缝的多层大型管，这通过在没有材料接合地相连的接触区域中形成摩擦连接进行，

-通过焊接纵向缝封闭有缝的多层大型管余留的缝隙。

这些措施对于制造过程中的生产率和对于多层管的构造具有突出的优点。在预弯曲的支承板和至少一个预弯曲的衬板的材料接合的相连之后，弯曲过程可以在材料层的摩擦连接的情况下实施，其中各种弯曲机、例如弯曲辊、JCO弯曲压力机或UOE压力机都可以顺利地使用，它们也可以在普通的管生产中被使用。

以下措施有助于良好的材料接合的连接，即，在材料接合的连接的方法步骤中，至少一个衬板的关于弯曲环绕的棱边至少局部地与支承板相连，和/或材料接合的连接借助支承板的焊透来进行。在发明人的试验中已证实的是，沿圆周方向的连接、例如熔焊或钎焊连接在实践中不会负面影响在支承层和至少一个衬层之间摩擦连接的过程。

材料接合的连接还可以通过以下措施改善，即，多个预弯曲的部分衬板沿周向相互邻接地安置在内侧上并且在那各自地至少沿它们两个纵棱边以材料接合的方式与支承板相连。

另外的措施，即，例如使用不同材料的、不同厚度和/或沿周向延伸宽度不同的部分衬板，可以实现针对不同要求的多层大型管的有利的结构设计方案。

所述制造和结构也可以由此优化，即支承板的内侧和至少一个衬板的外侧的初始弯曲半径被选择为相同大小。

以下措施有助于高质量的摩擦连接，即，初始弯曲半径是完成弯曲的大型管的半径的至少两倍大。

以下措施有助于高质量的制造，即，将支承板和至少一个衬板的初始弯曲半径这样大地选择，使得在由支承层和至少一个衬层构成的材料接合的复合体成型为有缝的大型管的过程中避免拱突或者形成褶皱。

多层管的较高的稳定性由此实现，即初始弯曲半径这样选择，使得在成型为有缝的大型管的过程中引起至少一个衬板的锻压。

以下措施有助于有利的构造和较高的质量，即，至少一个衬板所选的材料具有比支承板的材料更高的屈服强度(也称为屈服点)。

多层的大型管的稳定的构造也可以由此被支持，即至少一个衬板的屈服强度在由支承层和衬层构成的材料接合的复合体成型为有缝的大型管的过程中以预定的程度有针对性地被克服(或者叫超过)。

对于大型管的制造和构造的优点还可以由此产生，即在成型之后余留在有缝的大型管中的缝隙的封闭以这样的方式进行，即，借助埋弧焊工艺焊接由支承层构成的支承管，在此将这样构成的内部焊缝借助堆焊利用相同种类的或者与衬层的材料适配的合金而覆盖。

以下结合实施例参照附图进一步阐述本发明。在附图中：

图1a至1c以立体图示出按照第一实施例在制造多层大型管的过程中的各个方法步骤，

图2a至2c示出按照第二实施例用于制造多层大型管的多个相继的方法步骤，

图3a至3c用于制造多层大型管的另一个实施例的制造的多个方法步骤。

图1以部分视图a)、b)、c)示出在制造多层大型管时的各个方法步骤。大型管应被理解为直径至少200毫米和整个壁厚至少为5毫米的管。多层的大型管(多层管)具有构成外部管体的外部材料层，其用作支承层1(有时也被称为基础层或基体)，以及至少一个构成内部管体的内部材料层或者衬层2(有时也被称为内衬)。支承层1在所有实施例中都是延伸越过多层管的整个圆周直至在制成管时形成的、在相互面向的边缘之间的(未显示的)纵向缝，所述纵向缝优选设计为纵向焊缝。衬层2在图1所示的实施例中、在完成的多层管中同样延伸越过整个内圆周直至连接缝。作为备选，但是其也可仅延伸越过内圆周的一部分。

如图1的分图a)所示，支承层1和在本实施例中仅一个衬层2作为由金属材料构成的预弯曲的支承层或预弯曲的衬层，其中预弯曲的支承板或支承层1在预弯曲的原始状态中具有初始弯曲半径R_B0，并且预弯曲的衬板或者由此构成的衬层2具有初始半径R_A0。在圆周方向上，支承板和衬板基本上(可能除了衬板的略微较小的尺寸以外，由于衬板的内圆周较小因而其尺寸略微较小)延伸越过相同的板宽度b并且在制成的管的弯曲轴线或者纵轴线上延伸越过板长度L。支承板和衬板沿纵向具有纵棱边3a、3b和沿圆周方向延伸的棱边4a和4b。如图1的分图b)所示，支承板和衬板沿它们相向定向的纵棱边3a、3b和4a、4b借助材料接合的连接30在纵向上相互连接并且在所示的实施例中也沿它们的环绕棱边4a、4b通过材料接合的连接40在圆周方向上相互连接，其中材料接合的连接优选设计为熔焊连接或钎焊连接。通过这种方式，构成支承层1的支承板和构成衬层2的衬板沿着棱边、材料接合地和局部地以预弯曲的初始状态相互连接并且构成多层的复合体，该复合体接下来被成型为完全弯曲的有缝管，如分图c)示意性地示出的。在多层复合体成型时，在材料接合的连接过程(该连接过程也可以仅部分地分别沿两个纵棱边和必要时环绕棱边实施)之后，在支承层1和衬层2之间的剩余面上得到摩擦连接。

预弯曲的支承板和与之独立的预弯曲的衬板以预弯曲的状态被提供，并且例如已经被供应并且接下来以已知的方式通过它们的纵棱边3a、3b和它们的环绕棱边4a、4b的定向而上下叠置。在此初始弯曲半径总是大于制成的多层管的最终半径，但是任何情况下最终在复合体成型为多层管时在剩余面上得到摩擦连接。

在沿着纵棱边3a、3b和必要时沿着在周向上延伸的棱边4a、4b的熔焊或钎焊之前，构成衬层2的覆盖材料可以通过定位焊、钎焊、粘接或通过机械夹紧固定在支承层1上。

所述两个构成支承层1和衬层2的板对(Blechpartner)在它们相互连接之前的预弯曲的作用在于，在沿着纵棱边3a、3b和必要时沿着衬层的在周向上延伸的棱边4a、4b产生材料接合的连接之后、亦即在复合体中能够完全实现继续弯曲至完成的多层管的最终半径。支承层1和(至少一个)衬层2的初始弯曲半径被选择的足够小，因此在继续向有缝管进行的弯曲过程中，之前相互仅在边缘侧紧密固定地预弯曲的板对避免了所述通常明显相对支承层1更薄的衬层2超出位于其下的支承层1的凸起或者避免在衬层2中形成褶皱。在较薄的衬层2中的凸起或者褶皱可以由于它们的锻压在复合体整体弯曲时从相互仅在边缘侧固定的板对而引起，因为所述锻压会引起稳定性的损失。沿多层管的圆周方向的锻压不可避免，并且由于多层管的内壁的半径相对于外径较小而在弯曲时会产生延展。

支承板和一个或多个衬板的预弯曲可以相互独立地完成，也可以例如在供应商处已经完成。在此各种已知的弯曲方法、例如三辊弯曲、JCO压力机或者U压力机可以被使用。在本发明优选的实施形式中，辊压装置被用于预弯曲(与支承板比较相对)较薄的衬板，其由卷制造预弯曲的板或板带。

在由支承层1和至少一个衬层2借助沿棱边的材料接合的连接而制成的复合体成型过程中，衬层2沿切向方向被锻压。在此形成的切向压应力产生了正应力，其将至少一个衬层2压在支承层1上。通过这种方式可以作为对沿棱边的材料接合的连接的补充、两个板对相互产生摩擦连接。按压力的数值随着挤压变形的增大而增大，这反过来导致衬层2(或多个衬层2)的材料的加强。锻压程度(即在弯曲结束时在多层管形成最终直径期间达到的程度)取决于板对的初始弯曲半径。初始弯曲半径越大，则压应力越大。由此在支承层1和至少一个衬层2之间的摩擦连接在完成的管中实现更大的功效。

在本发明的优选的实施形式中，选择尽可能大的初始弯曲半径，其在两个板对成型时允许复合体可靠的弯曲，而不会引起衬层2的凸起或褶皱。这样确定的初始弯曲半径同时导致了两个板对在完成的多层管中最大可能的力传递连接。其取决于构成支承层1和至少一个衬层2的板的厚度，它们的机械性能(例如E模数，压缩屈服极限、固化等)，以及弯曲设备和所选的弯曲过程参数，并且还取决于支承层1和衬层2的配合作用的表面的摩擦性能。弯曲半径可以根据经验地确定和/或借助所发现的模型参数计算。

由两个板对构成的复合体在沿其棱边的材料接合的连接之后的成型可以借助各种适用的方法实施。例如三辊弯曲机、JCO压力机或UOE压力机属于所述方法，其中对于各个所选的方法的临界预弯曲半径可以是不同的并且例如在预前试验中被确定，其中在该临界预弯曲半径的情况下能够成型而没有衬层2的凸起。

尽可能大的初始弯曲半径是优选的，其例如至少是多层管的最终半径的两倍并且此外允许从上方自由地触及到所有的板棱边。因此焊接的实施、焊缝检测和必要时所需的修复在制造过程中被简化。

在复合体成型为最终弯曲的有缝管之后，则余留的缝隙在定位焊机器中封闭。这样加工的多层管然后沿其相互面向的纵棱边进一步被焊接，类似于对于冶金地电镀的Clad管也是常规的方式。为了焊接由支承层1构成的支承管通常使用埋弧焊，之后内部焊缝通过堆焊利用相同种类的或与覆盖材料适配的合金进行覆盖。

在本发明的另一种优选的实施变型中，支承板和至少一个衬板这样被预弯曲，使得支承板的内半径和邻接的衬板的外半径是相同大小的。这使得在两个上下叠置的板对之间的缝隙最小化，和在衬板的两个沿周向延伸的棱边4a、4b之间、在由支承层1和至少一个衬层2构成的复合体成型为多层管的最终半径之前形成几乎无缝隙的连接。在此还可以实现另一个重要的优点：在环绕棱边的区域中直接紧邻着连接缝的余留的剩余缝隙在成型的过程中通过弯曲工具的压力被封闭。这对于制成的多层管的质量是特别重要的，对于制成的多层管而言在衬层2和支承层1之间的缝隙必须被降低到最小值。

在本发明的另一种实施变型中，支承板或支承层1的靠近纵棱边3a、3b的区域和衬板或衬层2的相应的区域另外可被弯曲至多层管的最终半径，其中支承板和衬板或者相关层的剩余面还具有较大的初始弯曲半径。这可以在借助材料接合的连接制成的复合体成型为多层管的最终半径之前进行。还可以考虑的是，在多层管大部分成型为最终半径之后、和用于封闭有缝管的纵向缝焊接之前，将纵棱边再弯曲。

构成衬层2的衬板沿圆周方向的数量不必局限于唯一的一体式的衬板，如图1所示那样，而是可以根据应用领域和对衬层2和支承层1之间的连接的要求，由多个沿圆周方向相互贴靠的部分衬板或部分衬层组合而成，例如由两个(参照图2)，三个或者四个(参照图3)和甚至更多的衬板。在此每个附加的材料接合的连接(沿另外的纵棱边3c)，3d)，以连接缝形式)与大多摩擦连接(其始终在缝之间起作用)相比，提高了支承层1和衬层2之间的连接。通过部分衬层数或者用于材料接合的连接的缝数的变化获得整体连接方案的可缩放性。

部分衬层可以具有相同或不同的宽度。由此可行的是，对于制成的多层管的不同直径可以部分地调用部分衬层的相同或不同宽度的标准化条带。

在其中衬层沿圆周方向由两个或多个部分衬板或部分衬层组合而成的这种实施变型中，在部分衬板之间构成材料接合连接的焊缝(所述部分覆盖板仍以预弯曲的状态位于支承板上)这样被焊接、检测并且必要时修复并且以所需的程度被打磨，使得在多层管封闭成有缝管之后或者在纵焊缝在有缝管或多层管内部制成之后不再需要另外的焊接。在衬层2的区域中或者在部分衬层之间的堆焊、堆焊的检测和必要时它们的修复由于尽可能大的初始弯曲半径而受益，所述初始弯曲半径至少是多层管的最终半径的两倍并且因此允许自由地触及焊接位置。

在另一种实施例中设置成，在支承层1和衬层2之间的附加的材料接合的连接通过附加的焊缝或焊点实现，所述附加的焊缝或焊点借助焊透覆盖材料而得到。

本发明的另一种实施形式在于，支承板的沿周向连接在纵棱边上的区域在预弯曲之后保持为直线状的；将预弯曲的衬板仅仅放置到直至直线状区域开始向圆形过渡部分，并且沿其棱边材料接合地与支承板相连。在复合体的成型完全成为有缝管之后，将支承板或支承层1的余留的直线部段沿衬层的纵棱边分开，从而获得在棱边区域中沿圆周方向没有直线部段的有缝管和相应地获得圆形的多层管。

另一种实施变型在于，衬层2没有完整地沿周向覆盖支承层1，以便在部分圆上构成沟纹。

若衬层2沿圆周方向由多个部分衬层分段地构成，则部分衬层或者节段可以由不同的材料制成和/或也可以具有不同的壁厚(厚度)。这实现了多层管的与应用相关的优化。因此多层管的不同要求的区域可以关于腐蚀、磨损或类似情况利用分别与之适配的防腐或耐磨材料而覆盖。

所述方法在其不同的变型中实现了，在制造多层的大型管时使用与支承层1的材料相比屈服强度更高的衬层2的材料。这相对于借助液压成型以已知方式制成的内衬管提供了另外的优点，即当内衬材料必须具有更低的屈服强度时，从而在内管和外管延展之后和两个管最终共同收缩之后产生摩擦连接。

Claims (11)

1.一种用于制造多层大型管的方法，其具有位于外侧的支承层(1)和至少一个位于内侧的衬层(2)，其特征在于以下方法步骤：

-提供以预定的初始弯曲半径(R_B0)预弯曲的、用于支承层(1)的支承板和至少一个以预定的初始弯曲半径(R_A0)预弯曲的、用于衬层(2)的衬板，

-将至少一个预弯曲的衬板放置在预弯曲的支承板的内侧上以构成支承层(1)和至少一个衬层(2)，其中，所述预弯曲的衬板及支承板的沿弯曲轴线延伸的纵棱边被定位和平行定向，

-将至少一个衬板的至少两个纵棱边(3a,3b,3c,3d)与支承板材料接合地相连，

-将由材料接合地相连的支承层(1)和至少一个衬层(2)组成的复合体借助弯曲机成型为有缝的多层大型管，其中，在没有材料接合地相连的接触区域中形成摩擦连接，

-通过焊接纵向缝封闭所述有缝的多层大型管余留的缝隙。

2.按照权利要求1的方法，其特征在于，在材料接合的连接的方法步骤中，至少一个衬板的关于弯曲环绕的棱边(4)也至少局部地与支承板(1)相连，和/或借助支承板的焊透来进行材料接合的连接。

3.按照权利要求1或2的方法，其特征在于，多个预弯曲的部分衬板沿周向相互邻接地安置在内侧上并且在那各自地至少沿它们两个纵棱边材料接合地与支承板相连。

4.按照权利要求3的方法，其特征在于，使用不同材料的、不同厚度和/或沿周向延伸宽度不同的部分衬板。

5.按照前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，将支承板的内侧和至少一个衬板的外侧的初始弯曲半径(R_B0,R_A0)选择为相同大小。

6.按照前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述初始弯曲半径(R_B0,R_A0)是完成弯曲的大型管的半径的至少两倍大。

7.按照前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，支承板和至少一个衬板的初始弯曲半径(R_B0,R_A0)这样大地选择，使得在由支承层(1)和至少一个衬层(2)构成的材料接合的复合体成型为有缝的大型管的过程中避免拱突或者形成褶皱。

8.按照前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，初始弯曲半径(R_B0,R_A0)这样选择，使得在成型为有缝的大型管的过程中引起至少一个衬板的锻压。

9.按照前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，至少一个衬板所选用的材料具有比支承板的材料更高的屈服强度。

10.按照前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，至少一个衬板的屈服强度在由支承层(1)和衬层(2)构成的材料接合的复合体成型为有缝的大型管的过程中以预定的程度有针对性地被克服。

11.按照前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在成型后余留在有缝的大型管中的缝隙的封闭以这样的方式进行，即，借助埋弧焊工艺焊接由支承层构成的支承管，在此这样构成的内部焊缝是借助堆焊利用相同种类的或者与衬层(2)的材料适配的合金来覆盖的。