CN105202285B - 一种防渗漏抗腐蚀双金属过渡管接头及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种不同金属管之间连接时所用金属管接头，特别是涉及有气密性要求的管道连接，属于管道焊接连接技术领域。本发明利用爆炸焊接加工复合材料的技术，将不同的单金属平板冶金焊接在一起，使其具有气密性特征，并加工为满足工程需要的过渡连接管接头结构。本发明有效地阻止了焊接界面波漩涡空洞渗漏问题，提高了过渡管接头高密封特性的可靠度；有效地阻止了表面裂纹的萌生，提高了疲劳性能与低温抗冲击性能；提高了过渡接头的耐久性；结构上设计了单金属管插入焊接的沉孔，达到固定管件位置的作用，便于焊接施工。过渡接头焊接安装后，不需要日常维护。

Description

一种防渗漏抗腐蚀双金属过渡管接头及其制造方法
技术领域
本发明属于管道焊接连接工程技术领域，特别涉及到一种防渗漏抗腐蚀双金属过渡管接头及其制造方法。
背景技术
目前在很多工程设备的管道，根据工作环境、工作介质和工作状况的不同，以及从设备材料造价的成本考虑，需要选择不同金属材料来制备。由于不同金属的物理、化学特性关系，以目前的技术条件，还不能通过普通的焊接连接，比如金属铝就不能用熔化焊接的方式与钢焊接在一起，因为这样会产生脆性的金属间化合物而导致铝与钢焊接的失败。因此，这些不同金属管道之间的连接，过去通常采用法兰式的机械连接，或使用特殊焊接技术预制出双金属管接头，通过双金属管接头作为过渡件实现焊接连接。当管道中的介质是带压的液体或者气体时，尤其是介质为有毒有害的高危险物质，这种情况下对法兰连接处的密封性和连接强度都提出了很高的要求。带密封的法兰连接无非就是增加密封圈或者密封垫，而这种结构的材料在长期服役过程中会发生老化，需要经常对法兰的运行状态进行监控跟踪和定期维修。使用双金属管接头进行焊接连接是较法兰连接更为可靠的方法，双金属管接头可以使用钎焊、扩散焊等方法焊接，但通常最常用的方法是采用爆炸焊接法制造。爆炸焊接是一种可靠焊接不同种金属的方法，通常用爆炸焊接制造铝钢管接头都是先制成铝钢复合板，然后将复合板切割成小块，机加工成过渡接头。有时，也常在铝钢之间先焊接钛(或者再加一层镍)层作为过渡层，以改善铝钢之间的结合质量尤其是低温抗冲击性能。但采用这种工艺技术制造的管接头也会出现微渗漏问题，尽管产生微渗漏的接头极少，但在极重要的管道连接中仍是不允许的，如：管道中需要极高真空度、管道中有剧毒气体，以及在空天、核辐射等环境中长期服役的过渡接头。对爆炸焊接接头的微泄漏进行研究说明，微泄漏是由焊接界面上金属间化合物聚集区的微裂纹引起的。而在爆炸焊接界面上金属间化合物聚集区存在于界面波纹的漩涡区，爆炸焊接的界面波是平行于爆轰波的，波纹的漩涡区也平行于爆轰波呈线状。显然，当采用复合板加工管接头时不可避免地会遇到联通管接头内外的漩涡区，一旦爆炸焊接工艺参数控制不好，界面波纹过大，漩涡区孔洞、裂纹过多，就有可能在服役过程中连通引起泄漏。
为此，本发明提出了一种可靠度高的、新形式的爆炸焊接管接头，及其加工方法。
发明内容
本发明的目的是为了解决由纯铝、铝合金管或钛合金管与低温钢管构成的工业管道之间的高可靠度连接问题，这种连接要求保证管道的高压气体输送功能，连接部位不能有漏点。
本发明提供了一种防渗漏抗腐蚀双金属过渡管接头，该过渡管接头为管状结构，其特征在于，包括内部的过渡层和外部包裹的抗腐蚀金属层40，所述过渡层沿管的轴线方向为三种材质环状结构叠加复合而成，所述三种材质依次为铝-钛-钢、铝合金-钛-钢、钛-钛-钢或钛合金-钛-钢；
所述抗腐蚀金属层40材质为铝、铝合金、钛或钛合金中的一种。
优选方式下，所述过渡管接头的两侧中心管口分别设置沉头孔5。
本发明还提供了一种所述防渗漏抗腐蚀双金属过渡管接头的制造方法，其特征在于，具体制造过程为：
S1、根据设计参数，将复合板加工成复合圆柱体2；所述复合板为铝-钛-钢复合板、铝合金-钛-钢复合板、钛-钛-钢复合板或钛合金-钛-钢复合板中的一种；
S2、将抗腐蚀金属管4套装在步骤S1所述复合圆柱体外，所述抗腐蚀金属管4与步骤S1所述复合圆柱体间留有缝隙；采取外包覆爆炸焊接方法，将两者复合，得到外包覆复合圆柱体；
S3、根据设计参数，将步骤S2所述外包覆复合圆柱体沿轴向加工成圆柱体，制得所述防渗漏抗腐蚀双金属过渡管接头。
优选方式下，所述空心圆柱体两端加工出所述沉头孔5，进而提高过渡接头的密封性。
优选方式下，步骤S1所述复合板采用爆炸焊接方法制得。
优选方式下，步骤S2所述复合圆柱体多个叠加后，进行外包覆爆炸焊接，焊接处理后再将各圆柱体分离；所述复合圆柱体叠加方式为胶接，或同种金属表面相对、利用电弧点焊连接。
优选方式下，步骤S2所述抗腐蚀金属管(4)与步骤S1所述复合圆柱体间留有的缝隙为2～4mm。
优选方式下，步骤S2所述抗腐蚀金属管为铝管、铝合金管、钛管或钛合金管中的一种。
本发明的效果和益处是：
1、通过本发明的方法有效地解决了爆炸复合板波状连接特点导致的结合界面渗漏的可能，通过两个丁字交差的爆炸结合界面，有效地阻止了可能出现的爆炸参数不稳定导致的界面波漩涡空洞渗漏问题，提高了过渡管接头具有高密封特性的可靠度。
2、双金属过渡管接头的金属过渡界面被包覆在铝外壳之下，铝外壳会阻止表面裂纹的萌生，会有效地提高双金属过渡管接头疲劳性能与低温抗冲击性能。
3、外部包铝设计还可以有效的防止环境对双金属过渡界面的电化学腐蚀，进一步提高了过渡接头的耐久性。
4、结构上设计了单金属管插入焊接的沉孔，达到固定管件位置的作用，便于焊接施工。过渡接头焊接安装后，不需要日常维护。
本发明与现有的法兰连接技术相比具有以下优点：采用爆炸焊接技术使得铝或铝合金通过金属钛与钢达到了冶金焊接，金属间的结合力可达到或超过铝或铝合金的强度，不同金属间的结合界面呈现丁字相互密封的结构特征，结合界面的气密性容易保证。过渡接头设计了沉孔，方便管件的插入固定和焊接操作。过渡管接头一旦安装调试通过验收后，日常运行过程中不需对其进行监控和维修。
附图说明
图1是钢管与铝或铝合金管通过防渗漏抗腐蚀双金属过渡管接头连接的剖面示意图。
图2是防渗漏抗腐蚀双金属过渡管接头的剖面示意图。
图3是爆炸焊接外覆铝或铝合金薄管的示意图。
图中，各组件分别为钢管10，复合圆柱体2，钢接头20，钛层21，铝、铝合金、钛或钛合金接头22，铝、铝合金、钛或钛合金管30；抗腐蚀金属管4、抗腐蚀金属层40、密封用沉孔5、焊接点6；炸药容器70、炸药71、雷管72；金属垫块80、金属端盖81。
具体实施方式
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
新型金属密封过渡管接头采用爆炸焊接方法制造，先采用爆炸焊接制造铝/钛/钢三层复合板；并将这种复合板切割加工成铝/钛/钢三层圆柱体；再将数个圆柱体连接成圆棒，连接方式可以采用胶接，也可以将铝面与铝面相对，钢面与钢面相对，采用电弧点焊在一起；然后，通过如附图3的外管爆炸焊接技术将一层薄铝管爆炸焊接在圆柱体外表面；最后，沿两个铝/钛/钢圆柱体之间连接面切开，机加工制成如附图2的外包铝或铝合金的双金属过渡管接头，外包铝的爆炸焊接焊缝与复合柱的焊缝丁字交叉。
钛钢金属密封过渡管接头的制造方法是，先用爆炸焊接方法制造出钛合金/钛/钢三层复合板，之后加工方法与铝钢金属密封过渡管接头相同，即可制造出包铝的钛钢金属密封过渡管接头，用于钛合金管与钢管的焊接连接。
上述双金属密封过渡管接头采用了平板爆炸焊接和圆管爆炸焊接技术制造，因此其特征是在不同金属焊接结合面上均显示有爆炸焊接特有的波状界面特征。
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对发明作进一步技术详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对发明保护范围的限定。
冷冻工程分别采用A333Gr7钢管和6063铝合金管在不同区域内输送冷却用介质氟里昂，6063铝合金管和A333Gr7钢管的工况为，工作压力为14个大气压，工作温度为-40℃。要求在6063铝合金管和A333Gr7钢管对接的位置将两种单金属管焊接在一起，保证连接部位的结构强度和气密性要求。
采用20mm的6063铝合金、2mm的SB265Gr2钛板和20mm的A333Gr7钢板，经爆炸焊接，制得铝合金-钛-钢复合板；根据设计要求截取复合板，制成如图3所示圆柱体2。将多个复合圆柱体焊接叠加在一起，形成金属棒，在所述金属棒外围包裹2mm壁厚的纯铝管4；在所述金属棒两端填充金属垫块80，并在铝管4两端加盖金属端盖81；所述铝管4外围填充适量炸药71，并通过雷管72引爆，实现爆炸焊接复合，进而得到多个复合圆柱体连接的复合棒。将复合棒分割并加工为图2所示的防渗漏抗腐蚀双金属过渡管接头。
制得的防渗漏抗腐蚀双金属过渡管接头如图2所示，其中，各部位尺寸为a＝43mm；b＝36mm；c＝60mm；d＝70mm；过渡管接头20部位采用A333Gr7材料，21部位采用SB265Gr2纯钛材料，22部位采用6063铝合金材料，40部位采用2mm壁厚的纯铝无缝管。
工程施工中，按照图1将6063铝合金管30插入部位22一边沉孔5中，进行焊接；将A333Gr7钢管插入部位20一边沉孔5中，进行电弧焊接。这样既保证了同种金属之间的良好焊接性，又保证了铝合金与钢之间连接部位的气密性要求。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种防渗漏抗腐蚀双金属过渡管接头的制造方法，防渗漏抗腐蚀双金属过渡管接头，为管状结构，包括内部的过渡层和外部包裹的抗腐蚀金属层，过渡层沿管的轴线方向为三种材质环状结构叠加复合而成，三种材质依次为铝-钛-钢、铝合金-钛-钢、钛-钛-钢或钛合金-钛-钢；抗腐蚀金属层材质为铝、铝合金、钛或钛合金中的一种，其特征在于，制作步骤如下：
S1、将复合板加工成复合圆柱体(2)；
所述复合板为采用爆炸焊接方法制得的铝-钛-钢复合板、铝合金-钛-钢复合板、钛-钛-钢复合板或钛合金-钛-钢复合板中的一种；
S2、将抗腐蚀金属管(4)套装在步骤S1所述复合圆柱体外，所述抗腐蚀金属管(4)与步骤S1所述复合圆柱体间留有2～4mm的缝隙；
所述抗腐蚀金属管为铝管、铝合金管、钛管或钛合金管中的一种；
采取外包覆爆炸焊接方法，将两者复合，得到外包覆复合圆柱体；
S3、将步骤S2所述外包覆复合圆柱体沿轴向加工成空心圆柱体，即得防渗漏抗腐蚀双金属过渡管接头。
2.根据权利要求1所述防渗漏抗腐蚀双金属过渡管接头的制造方法，其特征在于，步骤S2所述复合圆柱体多个叠加后，进行外包覆爆炸焊接，焊接处理后再将各圆柱体分离；所述复合圆柱体叠加方式为胶接，或同种金属表面相对、利用电弧点焊连接。
3.根据权利要求1所述防渗漏抗腐蚀双金属过渡管接头的制造方法，其特征在于，步骤S3所述所述空心圆柱体两端加工出沉头孔(5)。
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