CN107002921B - 端接头及制造方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种方法、端接头的构件部分以及用于制造端接头的构件部分的预形成部件。该方法包括以下步骤：经由增材过程，逐层提供对应于端接头的构件部分的近净形(NNS)前体；以及随后在NNS前体上执行至少一个后NNS处理操作来提供构件部分。

Description

端接头及制造方法
技术领域
本发明涉及端接头，并且涉及用于制造用于柔性管的端接头的设备及方法。具体而言但非排他地，本发明涉及制造用于柔性管的端接头，由此端接头的至少一个构件部分首先经由增材过程形成为近净形(NNS)前体，且然后精制来提供构件部分。
背景技术
传统上，柔性管用于将开采流体(诸如油和/或气体和/或水)从一个位置输送到另一个。柔性管在水下位置(其可为深的水下，比方说100米或更大)与水面位置的连接中特别有用。管可具有通常达到大约0.6米的内径(例如，直径可范围从0.05m到0.6m)。柔性管大体上形成为柔性管体和一个或多个端接头的组件。管体通常形成为层合材料(其形成承压导管)的组合。管结构允许大的挠曲而不会引起在其寿命内削弱管的功能性的弯曲应力。存在不同类型的柔性管，诸如根据API 17J制造的未联结的柔性管或复合类型的柔性管等。管体大体上构造为组合结构，包括聚合物层和/或复合物层和/或金属层。例如，管体可包括聚合物和金属层，或聚合物和复合物层，或聚合物、金属和复合物层。取决于使用的柔性管的层和柔性管的类型，一些管层可联结在一起或保持未联结。
一些柔性管用于深水(小于3300英尺(1005.84米))和超深水(大于3300英尺)的开发。对于油的日益增加的需求引起了钻探在越来越大的深度处(例如，超过8202英尺(2500米))进行，在那里，环境因素更为极端。例如，在这样的深水和超深水的环境中，海床温度增加了开采流体冷却至可导致管堵塞的温度的风险。实际上，柔性管通常设计成在-30℃到+130℃的操作温度下工作。增大的深度还增大了与柔性管必须在其中操作的环境相关联的压力。例如，可能需要柔性管在作用于管上的范围从0.1MPa到30MPa的外部压力下操作。同样，输送油、气体或水也可能引起从内部作用于柔性管上的高压力，例如，其中来自作用于管上的井孔流体的内部压力范围从零到140MPa。结果，增加了对柔性管体的压力防护和张力防护层的高性能水平的需要。注意，出于完整性原因，柔性管还可用于浅水应用(例如，低于大约500米深)，或甚至岸上(陆上)应用。
通常，柔性管包括经由端接头终止在至少一端处的一定长度的柔性管体(有时称为柔性管体的节段)。常规端接头包括由基底金属(诸如钢或不锈钢)铸造的多个构件部分。这些构件部分装固在一起以向柔性管体提供刚性端。通常，一些端接头包含用作用于辅助地监测设备或外扩点的导管的小孔气体卸压通路或内腔。通路通常采用穿过端接头构件部分中的一个或多个的实体钻取的孔的形式。因此，这些直孔通常穿过端接头构件的钢或合金壁钻取，且随后使用商用连接器和基于不锈钢或聚合物的材料的管路来连接。此类常规技术具有廉价且提供相对容易地组装端接头的优点。然而，端接头构件材料自身存在沿穿过端接头构件(辅助管路附接到其上)钻取的任何孔或内腔的裸露合金或裸露钢开孔表面的形式的弱点。这在柔性管置于所谓的"酸性"介质中的情形中是特别不利的。在此介质中，由柔性管体输送的开采流体可包括酸性气体种类，诸如H2S。这在酸性气体必须从柔性管体的环带区域排放时特别成问题，其可导致贯穿通路的腐蚀，且还导致原子氢的转移，原子氢在腐蚀反应期间释放，至端接头材料中的高应力或夹带物的点。以相当的显著体积增加再组合成分子氢气体导致金属结构中的压力的局部累积，且可能导致称为材料的氢裂的情况。结果，在预计有酸性介质的情况下用于柔性管的端接头通常必须由耐腐蚀合金制成。例如，端接头的整个主体构件必须由镍合金625或双相或超级双相不锈钢制成。这是昂贵的过程。
同样，必须穿过端接头构件提供的任何通路随后都必须穿过此材料钻取。这可能是耗时且昂贵的过程，且在此通路可产生的遵循路线上存在限制。
发明内容
本发明的目的在于至少部分地缓解上述问题。
本发明的某些实施例的目的在于提供端接头和制造端接头的方法，由此端接头的一个或多个构件部分的前体可首先经由增材制造(AM)技术生成。
本发明的某些实施例的目的在于提供制造端接头构件部分的方法，其结合较大区域的基底材料，但包括期望位置处的具有改善的物理特征的另外的材料的整体结合形成的区域。
本发明的某些实施例的目的在于提供制造端接头的方法和端接头，其中一个或多个流体连通通路可穿过构件部分提供，构件部分不是直的或线性的，且另外不可由常规技术提供。
根据本发明的第一方面，提供了一种制造用于柔性管的端接头的构件部分的方法，包括以下步骤：
经由增材过程，逐层提供对应于端接头的构件部分的近净形(NNS)前体；以及
随后在NNS前体上执行至少一个后NNS处理操作来提供构件部分。
适当地，该方法还包括经由增材过程提供具有与NNS前体的基底材料整体结合形成的第一材料的至少一个区域的NNS前体，所述基底材料不同于第一材料。
适当地，该方法还包括在流体连通通路设在构件部分的位置处提供第一材料的各个区域。
适当地，该方法还包括在提供NNS前体的层时提供流体连通通路作为第一材料的区域中的相邻层中的互连空隙空间。
适当地，该方法还包括经由空隙空间提供穿过所述区域的非线性内腔。
适当地，非线性内腔提供为具有穿过所述区域的弯曲或迷宫式通路的内腔。
适当地，该方法还包括通过随后在第一材料的区域中钻取至少一个开孔来提供流体连通通路。
适当地，该方法还包括提供平面初始基板部件；以及
在经由基板部件支撑的下面的层上的选择区域处逐层地添加第一材料和/或基底材料的新层。
适当地，该方法还包括提供初始预形成部件；以及
在经由预形成部件支撑的下面的层上的选择区域处逐层地添加第一材料和/或基底材料的新层。
适当地，该方法还包括通过提供镍合金管来提供初始预形成部件。
适当地，初始预形成部件是钢管或钢区段，且逐层添加新层的步骤包括在预形成部件上提供至少一个镍合金层且随后将至少一个基底材料层提供在镍合金层上。
适当地，该方法还包括随后除去钢管或钢区段。
适当地，该方法还包括通过提供比钢更耐腐蚀但比镍合金廉价的材料制成的初始预形成部件来提供初始预形成部件。
适当地，该方法还包括预形成部件是管状或截头圆锥或弯曲形状的部件。
适当地，该方法还包括将用于增材过程的金属作为粉末或线输送。
适当地，该方法还包括提供代表端接头的构件部分的几何数据输入。
适当地，该方法还包括提供用于增材过程的构造顺序。
适当地，该方法还包括确定执行增材过程的至少一个步骤的增材制造(AM)单元处的各个工具的至少一个工具路径。
适当地，至少一个工具包括沉积机器人或加工机器人或零件操纵器。
适当地，该方法还包括确定用于增材过程的至少一个操作参数。
适当地，该至少一个操作参数包括热源的温度、用于到来的金属的供应速率，以及金属关于就位的基底的入射角中的一者。
适当地，还方法还包括在下面的层上生成基底层之后且在将后续层加到基底上之前加工基底的露出表面的一部分。
适当地，该方法还包括通过将机械或热处理应用于表面来加工露出表面的该部分。
适当地，该方法还包括通过将局部塑性变形应用于露出表面来加工露出表面的该部分。
适当地，提供第一材料的区域的步骤包括在NNS前体的基底材料中提供耐腐蚀合金(CRA)的区域。
适当地，该方法还包括CRA是镍合金或双相不锈钢或超级双相不锈钢且基底材料是不锈钢或碳钢。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于柔性管的端接头的构件部分，包括：
与基底材料的另外的区域整体结合形成的第一材料的至少一个区域；其中
第一材料的至少一个物理特征不同于基底材料。
适当地，构件部分是端接头的主体部分或夹套或凸缘连接器。
适当地，所述至少一个区域包括构件部分的非表面区域。
适当地，所述至少一个区域包括构件部分中从外表面大于1mm的区域。
适当地，构件部分还包括设在该至少一个区域中的至少一个流体连通通路。
适当地，流体连通通路是穿过该至少一个区域的非线性内腔。
适当地，流体连通通路从该至少一个区域延伸且穿过基底材料的至少一部分。
适当地，流体连通通路从构件部分的对应第一侧上的第一表面延伸至构件部分的对应另外的侧上的另外的表面。
适当地，第一材料是耐腐蚀合金(CRA)。
适当地，CRA是镍合金或双相不锈钢或超级双相不锈钢。
根据本发明的第三方面，提供了一种用于制造用于柔性管的端接头的构件部分的预形成部件，包括：
由提供相关联的物理特征的预形件材料制造的管状元件；其中
管状元件的表面区域设置成提供端接头构件的露出表面，且管状元件的其余表面区域设置成提供初始基底，层可随后经由增材过程加到初始基底上，以提供包括管状元件且对应于端接头的构件部分的近净形(NNS)元件。
适当地，管状部件的截面是对称的。
适当地，管状部件的截面沿管状部件的长度恒定。
根据本发明的第四方面，提供了一种用于柔性管的端接头，其包括至少一个构件部分，构件部分包括与基底材料的另外的区域整体结合形成的第一材料的至少一个区域；其中
第一材料的至少一个物理特征不同于基底材料。
根据本发明的第五方面，提供了一种包括端接头的柔性管，其包括至少一个构件部分，构件部分包括与基底材料的另外的区域整体结合形成的第一材料的至少一个区域；其中
第一材料的至少一个物理特征不同于基底材料。
根据本发明的第六方面，提供了一种包括计算机程序的产品，该计算机程序包括用于以下的程序指令：
经由增材过程逐层提供对应于端接头的构件部分的近净形(NNS)前体。
适当地，程序指令用于确定增材制造(AM)单元处的至少一个工具的操作。
根据本发明的第七方面，提供了一种大致如上文参照附图所述的方法。
根据本发明的第八方面，提供了一种大致如上文参照附图所述那样构造和布置的设备。
本发明的某些实施例提供了一种经由增材过程来制造端接头的构件部分的方法，由此对应于端接头的期望构件部分的近净形(NNS)前体形成且随后被处理以提供端接头的构件部分。构件部分可包括之前经由常规技术不可达到的位置中的通路。作为备选或此外，构件部分的区域可由关于端接头构件的其余主要部分(其可另外由其它廉价或容易形成的材料制成)具有有利的物理特征的材料形成。
本发明的某些实施例提供了使用增材制造来制造端接头构件的方法，其节省加工的时间和成本，且还在操作中预计有潜在腐蚀性气体的开孔和/或贯穿孔口区域中将它们结合至耐腐蚀表面。
本发明的某些实施例提供了由材料形成且具有使端接头材料的氢裂的风险远低于常规技术的设计的端接头。
本发明的某些实施例设置为使端接头构件部分中的通孔遵循弯曲或迷宫式通路，以围绕构件部分的非期望区域导航，诸如螺栓孔穿过端接头的区域。
本发明的某些实施例提供了穿过端接头的耐腐蚀通路或开孔，且/或允许通路遵循非直线路径。
本发明的某些实施例提供了穿过端接头的耐腐蚀通路或开孔，且/或允许通路在端接头本体结构中的衬有内部耐腐蚀材料的内部空隙室之间提供互连。
本发明的某些实施例允许端接头构件部分的一个或多个区域具有针对该区域期望的性能定制的物理特征。
附图说明
现在将仅通过举例来参照附图在下文中描述本发明的实施例，在附图中：
图1示出了柔性管体；
图2示出了柔性管；
图3示出了端接头的主体构件；
图4更详细示出了图3中所示的端接头的构件部分的区域；
图5示出了用于生成构件部分的制造单元的使用；
图6a和图6b分别示出了近净形前体；
图7示出了平面基底；
图8示出了圆柱形基底；
图9示出了备选端接头构件部分；以及
图10示出了终止在端接头中的柔性管体。
在附图中，相似的参考数字表示相似的部分。
具体实施方式
贯穿此描述，将对柔性管进行参照。将认识到的是，本发明的某些实施例适于结合多种柔性管使用。例如，且如下文更详细描述，本发明的某些实施例可关于柔性管和根据API 17J制造的类型的相关联的端接头使用。此柔性管通常称为未联结的柔性管。同样，本发明的某些其它实施例可结合柔性管和用于复合类型的结构的柔性管的相关联的端接头使用。此复合型柔性管及其制造目前由API标准化。
转到图1，将理解的是，所示柔性管是管体的一部分和一个或多个端接头的组件，管体的相应端终止于各个端接头中。图1示出了管体100如何由形成承压导管的层合材料的组合形成。如上文所述，尽管图1中示出了一定数目的特定层，但将理解的是，本发明的某些实施例广泛适用于包括由多种可能的材料制成的两层或更多层的同轴管体结构。还应注意到的是，仅出于示范目的示出了层厚度。如本文使用的用语"复合物"用于宽泛地表示由两种或更多种不同材料形成的材料，例如，由基体材料和增强纤维形成的材料。
图1中所示的管体包括最内骨架层101。骨架是提供联锁构造的抗压力层，其可用作最内层，以完全或部分地防止内部压力护套102由于管减压、外部压力和张力防护压力和机械破碎负载引起的塌陷。骨架是抗挤压层。将认识到的是，本发明的某些实施例因此可适用于'粗开孔'应用(具有骨架)。适当地，骨架层是金属层。适当地，骨架层由不锈钢、耐腐蚀镍合金等形成。适当地，骨架层由复合物、聚合物或其它材料或材料组合形成。
内部压力护套102用作流体保持层，且包括确保内部流体完整性的聚合物层。层提供边界给任何传送流体。应理解的是，该层自身可包括一定数目的子层。将认识到的是，当使用骨架层时，内部压力护套通常由本领域的技术人员称为阻挡层。在没有此类骨架的操作中(所谓的平滑内壁操作)，内部压力护套可称为衬套。压力防护层103为抗压力层，其提供增大柔性管对内部和外部压力以及机械挤压负载的抵抗性的结构层。该层还在结构上支撑内部压力护套，且由具有接近90°的捻角的线的联锁构造构成。适当地，压力防护层是金属层。适当地，压力防护层由碳钢、铝合金等形成。适当地，压力防护层由复合物、聚合物或其它材料或材料的组合形成。
柔性管体还包括可选的第一张力防护层104和可选的第二张力防护层105。各个张力防护层用于维持张力负载和内部压力。张力防护层由多条金属线形成(以给予层强度)，其位于内层上，且沿管的长度成通常在大约10°到55°之间的捻角螺旋地卷绕。张力防护层可选地成对反绕。适当地，张力防护层是金属层。适当地，张力防护层由碳钢、铝合金等形成。适当地，张力防护层由复合物、聚合物或其它材料或材料的组合形成。
所示的柔性管体还包括可选的带层106，其有助于容纳下面的层，且在一定程度上防止了相邻层之前的摩擦。带层可以可选地为聚合物或复合物，或材料的组合。带层可用于帮助防止金属与金属的接触以助于防止磨损。张力防护物上的带层还可有助于防止"局部扭曲"。
柔性管体通常还包括可选的隔离层和外护套107，其包括用于保护管免受海水渗透和其它外部环境、腐蚀、摩擦和机械破坏的聚合物层。任何隔离层都有助于限制通过管壁到周围环境的热损失。
各个柔性管均包括与位于柔性管的至少一端处的端接头在一起的至少一个部分，有时称为管体100的节段或区段。端接头提供机械装置，其形成柔性管体与连接器之间的过渡。例如，如图1中所示的不同管层终止于端接头中，使得在柔性管与连接器之间传递负载。
图2示出了适用于将开采流体(诸如油和/或气体和/或水)从水下位置221输送至浮动设施的立管组件200。例如，在图2中，水下位置221包括水下流动管线。柔性流动管线225包括柔性管，其整体或部分搁在海床224上或埋在海床下，且用于静止应用中。浮动设施可由平台和/或浮筒提供，或如图2中所示，船。立管组件200设为柔性立管，即，柔性管223将船连接至海床设施。柔性管可为具有连接端接头的成节段的柔性管体。
将认识到的是，存在不同类型的立管，这是本领域的技术人员公知的。本发明的某些实施例可结合任何类型的立管使用，诸如自由悬置的(自由悬链立管)、受一定程度的约束的立管(浮筒、链)、完全受约束的立管或包围在管(I或J形管)中。图2还示出了柔性管的部分可如何用作跨接线226。
图3示出了用于柔性管的端接头的主体300。主体300是端接头的构件部分的示例。构件部分的其它示例是夹套或内套环等。主体300包括主体的第一端307处的凸缘端区域305。凸缘可用于以背对背的构造将主体且因此端接头装固至另外的端接头，或备选地装固至刚性结构。密封环凹槽310设在凸缘的端面312上，以有助于在端接头装固至另一个元件时提供流体密封。端接头的主体300包括具有长度L的颈部区域315。当颈部315远离凸缘305延伸时，颈部延伸到另外的外扩区域320中，其包括用于接纳端接头夹套的承座表面322。端接头夹套(未示出)装固至主端接头本体，以提供夹套与主体之间的空间，柔性管体的线可终止于该处。
端接头的主体300朝主体部分的其余端325沿径向向外外扩。开放端限定开放口327，柔性管体的各个层可终止于该处。用于端接头的内开孔330由端接头主体的内表面335部分地限定。有助于限定开孔330的内表面335的直径大致等于或正好等于终止于端接头中的柔性管体的内开孔的直径。
图3中所示的端接头的主体300经由增材制造过程由刚性且提供期望的物理特征的基底材料制造。至少一种另外的材料的一个或多个区域与基底材料的区域整体结合形成作为增材制造过程的一部分。图3中所示的端接头主体由低合金钢制成。适当地，作为备选，端接头构件部分300的基底材料可为超级双相不锈钢、镍合金等。对于图3中所示的端接头，3mm的镍合金层340与基底材料整体结合形成作为增材制造过程的一部分。镍合金层340沿开孔的整个内表面延伸，且延伸到端接头的装固端处的密封环凹槽310中。该层还延伸到额外的包层345的区域中，其又形成为增材制造过程的一部分，以便与基底材料整体结合形成。因此，该层可在期望的情况下具有可变的厚度。适当地，额外的镍合金层厚度允许精确加工。适当地，镍合金层为大约1mm左右到5mm厚。适当地，层为2mm到4mm厚。适当地，层为镍合金625层。适当地，层为耐腐蚀合金层。适当地，层为奥氏体不锈钢。适当地，层为25含铬超级双相材料。将认识到的是，耐腐蚀材料的薄层可设在期望作为制造过程的一部分的任何位置。同样，材料可用于具有其它期望的物理特征(诸如硬度、柔软度、刚度等)的选择区域中。
第一流体连通通路350从端接头构件300的开放口端325处的开口355延伸，且然后经由非线性通路通过端接头的主体延伸至最近的外部点处的端口360，在该处，通路外扩以接纳塞或其它此类连接器类型。将认识到的是，流体连通通路的入口端和出口端可位于端接头构件部分300的内表面和/或外表面附近的任何期望位置处，其中连通通路适当地连接端口。同样，端口可具有根据使用的任何期望形状和尺寸。如图3中所示，耐腐蚀层365经由增材制造技术提供来与基底材料整体结合形成，在该处，流体连通通路的开孔通过端接头构件部分300提供。包绕通路的表面层是3mm厚，但当然可提供其它厚度。
另外的流体连通通路375在口区域327中的端接头本体的两个内部位置之间延伸。第一开口380由大致U形形状的通路375流体地连接至另外的开口385。该通路可用于在柔性管体终止在端接头本体中时在双重密封布置之间传递流体压力。
图4更详细示出了图3中所示的端接头本体300的区域。图4有助于示出流体连通通路350，其在形成于端接头的主体的内表面上的流体连通端口355与形成在使用中将为端接头的外表面的物件上的流体连通端口360之间延伸。端口355、360可取决于沿流体连通通路的流体流动方向为入口端口或出口端口。将认识到的是，链接对应开口的多个流体连通通路可围绕端接头沿周向提供且延伸穿过端接头的主体。作为备选，一个或仅少数流体连通通路可形成有多个端口(大于通路的数目)，其分别经由辅助连接通路(未示出)连接至主通路。通过此布置，多个排放口可连接至多个连通通路，使得如果那些通路/流体连通端口(排放口)中的任一个中存在任何阻挡，则气体压力仍可通过其它连接的流体连通端口释放到端接头的外侧。适当地，环形连通通路设在将所有周向流体连通端口360连接在一起的端接头内。适当地，端接头中存在至少三个端口。各个流体连通通路形成为端接头构件部分的材料中的空隙空间，因为其经由增材制造步骤形成为近净形(NNS)前体。这在下文中更详细描述。当端接头主体的材料经由增材过程逐层生成时，空隙空间留在相邻的层中以产生空隙空间或开放空间，其最终形成流体连通通路。以类似方式，包绕空隙空间的区域或实际上远离表面的本体内的区域可经由增材制造过程使用具有根据预计在流体连通通路350(或其它位置)中经历的环境因素选择的物理特征的材料形成。例如，沿通路流动的流体的温度和/或流体预期的酸度水平。适当地，流体连通通路可用于使柔性管的环带区域排出。如果柔性管在"酸性介质"中，则排出气体可预计具有酸性性质。因此，如通路以近净形前体产生那样包括作为围绕任何流体连通通路的层的耐腐蚀合金材料意味着在使用中环带气体可排出，而不用担心端接头的主体的任何材料的开裂。将认识到的是，额外的流体连通通路可经由常规技术提供。
如图4中所示，主流体连通通路350和另外的流体连通通路375两者都具有非线性通路。即，尽管通路的一个或多个部分可为线性的，但总的说来通路不只是遵循直通路，而是可为蛇线或迷宫或U形形状的或C形形状的等。经由增材制造过程在端接头的主体构件部分中产生流体连通通路提供了在位置中提供流体连通通路以及后续通路的选择，这在此通路必须仅通过从各种方向成直线钻取到主体的材料中形成时经由常规技术将另外不可能。可以注意到的是，通路350的内表面的整个长度不可加工成完成的尺寸，因为存在有限的手段来通过通路的复杂路线执行加工，所以此位置的近净形前体是最终形状。因此，NNS前体可包括提供对应的构件部分中的最终表面的表面。适当地，穿过此通路的流体连通的连续性可通过常规气体/水压力/流动测试来确认。
图4有助于示出镍层340可如何设在通常将称为端接头主体部分的研磨的内开孔表面的物件上。将理解的是，相比于此层将必须在单独的包层步骤中提供时的常规技术，增材制造技术的使用意味着该表面层可产生作为增材制造过程的一部分，以便表面层与端接头构件的主体的材料的其余部分整体结合形成。将认识到的是，表面区域(诸如区域340)或内部区域(诸如包绕流体连通通路350的包绕区域)可由各种材料形成，以便根据本发明的某些实施例与基底材料整体结合形成。
图5有助于示出可用于构造NNS前体510的增材制造单元500。NNS前体510是具有一定形状和构造的本体，其与端构件部分520接近相同或共享许多特征。构件部分520(其为增材制造过程的最终完成的构件部分)例如可为前述端接头的主体300。本发明的某些实施例可使用宽范围的金属增材制造技术来产生NNS前体510。例如，前体可为增材层制造、激光包层、预堆边焊、数字制造、直接光制造、直接金属铸造(DMC)、直接金属(激光)沉积(DM(L)D)、激光直接铸造或沉积、激光铸造、激光包层铸造、激光固结、激光切割、激光工程化近净形(LENS)、激光成形、激光熔化、(金属)快速原型设计、近净形制造、近净形工程化、成形沉积制造、形状熔化、选择性激光烧结(SLS)、选择性激光熔化(SLM)、成形金属沉积(SMD)、形状熔化技术(SMT)、形状焊接、自由实体制造(SFF)工艺、热等静压(HIP)等。用于产生图5中所示的NNS前体510的增材制造单元是线材电弧增材制造(WAAM)单元，其使用线材供应和基于电弧的热源(诸如焊枪)经由焊接累积而产生NNS。
更具体而言，一个或多个机器人525(和/或构台)用于选择性地定位提供功率束的聚焦的焊枪530。例如，可使用一个或多个Fanuc机器人等。期望的材料的线535同样由机器人和构台引导至NNS前体510构造于其上的基底上的沉积点。将认识到的是，尽管本发明的某些实施例描述为在其材料源方面是基于线的，但基于粉末的技术也可使用或使用线和粉末的混合物。基于线的技术提供相对较高的沉积速率和高材料效率，具有低缺陷风险且因此低零件成本。示为硬件单元540的核心增材层制造硬件包括控制器545，其与控制机器人和构台525的运动系统550通信。同样，控制器545控制热源555的操作，其在所示实施例中是产生功率束540的冷金属传递(CMT)单元，且其中可选存在提供并行或相继的各种材料类型的多个。控制器还有助于驱动材料供应560，其在由功率束530提供的沉积点移动时在期望位置处选择性地提供期望材料的线以生成形成在基底(见下文)上的NNS前体510。
控制系统和软件单元570包括数据输入模块572，其提供几何数据输入(例如，诸如3D CAD输入等)给NNS前体510。来自该模块的输出提供至范围模块574，其响应于输入几何数据生成用于NNS前体510的壁宽度范围。过程算法模块576从范围模块574接收壁宽度范围输出，且响应于其将输入提供至构造顺序策略模块578和限幅模块580。来自限幅模块580和构造顺序模块578的输出由通路和过程模块582使用，其形成将遵循的工具通路和将响应于待制造的NNS前体的形状和构造和材料成本等设置的过程参数。来自控制系统和软件单元570的输出提供至控制器545，以用于控制运动系统、热源和适用于使用的材料和设计的材料供应。
在NNS前体510生成之后，前体510输送至增材制造单元500的后处理子站585。这里，检查模块587用于检查NNS前体510的形状和构造，且确定任何缺陷或其它相关特征。适当地，检查模块587的元件(诸如相机、激光器等)经由核心硬件单元540中的控制器545设有控制。作为备选或此外，可使用人工测量，其使用游标/千分尺测量等。额外的非破坏性测试(例如，超声检测或磁粉探伤等)可用于质量控制目的。检查模块587的结果提供至精整模块590和其它额外的过程模块592，其同样经由控制器545设有控制。适当地，多工具可编程CNC加工中心用于精整过程。Holyroyd Edgetek 5轴磨削系统可选地可用作额外过程的一部分。就NNS前体510而言，这些后生产步骤可用于提供端构件部分520。
将认识到的是，作为其中NNS前体510逐层制造的制造过程的一部分，可执行某些工件处理步骤。例如，为了协助前体的微结构的控制，轧制可选可在最近施加的层的顶部上执行。即，在前体的层生成之后，可应用具有期望的截面轮廓的滚子元件。压力由滚子施加以助于减小其产生的前体510的扭曲且助于控制卷边几何形状。适当地，施加30kN到100kN之间的轧制压力。适当地，施加大约70kN左右到80kN的轧制力。轧制引入变形成核部位，且将能量储存到某些材料的较大颗粒中。这有助于在层在后续沉积步骤期间再热时再结晶，且因此有助于在其生成时产生NNS前体中的期望的微结构。
图6a示出了NNS前体的示例。如图6a中所示，前体510包括具有如前文所述的主体端接头构件部分的端部形状的总体形状的材料。当然，用于端接头的其它构件部分的前体具有与构件部分相关联的总体形状。图6a中所示的NNS前体510a包括核心区域600，其是最终保持以提供构件部分520和废物材料620的材料。形成为增材制造过程的一部分的该废物材料620是可经由检查模块587识别且然后经由精整模块590和任何额外程序模块592除去的材料。例如，废物材料620可经由其中除去多余沉积材料的加工阶段来除去。图6b示出了包括核心材料600和多余废物材料630的备选NNS前体510b。图6b中所示的废物材料630是通过制作相对于端构件部分尺寸略大的NNS前体510b产生的废物材料，其中图6a中所示的废物材料620通过仅选择制造具有块状端部区域的NNS前体510a生成。
图7示出了可选地形成增材制造过程的初始点的板状基底700。平面基底700具有大致平的大致矩形的构造，其具有矩形上表面710、下方的间隔开的大致平行的下表面720、两个相对的长边缘730，以及两个间隔开的短侧边缘740。NNS前体510由来自此基底的一个选择的表面构造。作为备选，通过在将材料逐层沉积在各侧的顶部上之前以受控方式选择性地旋转基底，可生成NNS前体510，其从两个表面710、720向外延伸。将认识到的是，在该后一操作模式中，基底的至少一部分仍在最终NNS前体和最终构件部分中。与由基底的仅一侧产生NNS前体510的前一技术相比，基底可作为最终处理步骤的一部分除去，或可选的是，基底的一部分可在端构件部分520的端部处使用。图7中所示的大致平面基底700可由匹配端构件部分520的基底材料的材料形成，或作为备选，可选自针对性能目的选择的物理特征的材料，任何完成的构件部分520中的基底的部分可位于该处。
图8示出了可用于形成NNS前体510的初始基底的备选基底800。当然，具有各种形状和构造的其它非平面基底可根据本发明的某些其它实施例使用。图8中所示的基底是大致管状的结构。即，端部具有大致圆形的形状，且具有由中空圆柱体830分开的圆形端810、820，圆柱体830具有光滑的圆柱形内表面840和光滑的圆柱形外表面850。如同图7中所示的基底700，图8中所示的基底可形成最终完成的构件部分520的一部分的基础，或可作为精整处理步骤的一部分除去。同样，圆柱形基底可由具有端构件部分520中期望的特征的材料形成(如果基底将保持构件的一部分)，或由不同材料(或许更廉价的材料)形成(如果基底最终作为后处理过程的一部分除去)。适当地，基底800是镍合金本体，且用于提供研磨表面的内层。
图9示出了用于柔性管的备选端接头的主体900。主体900是端接头的构件部分的示例。如同关于图3所示和所述的主体300，图9中所示的主体900包括主体的第一端907处的凸缘端区域905。凸缘可用于以背对背的构造将主体且因此端接头装固至另外的端接头，或作为备选装固至刚性结构。密封环凹槽910设在凸缘的端面912上，以助于在端接头装固至另一个元件时提供流体密封。端接头的主体900包括具有长度M的颈部区域915。当颈部915远离凸缘905延伸时，颈部延伸到另外的外扩区域920中，其包括用于接纳端接头夹套的承座表面922。端接头夹套(未示出)装固至主端接头本体900，以提供夹套与主体之间的空间，柔性管体的线可终止于该处。
端接头的主体900朝主体构件部分的其余端925沿径向向外外扩。开放端限定开放口927，柔性管体的各种层可终止于该处。端接头的内开孔930由端接头主体的内表面935部分地限定。有助于限定开孔930的内表面935的直径大致等于或正好等于终止于端接头中的柔性管体的内开孔的直径。
图3中所示的端接头的主体900经由增材制造过程以类似于上文所述的方式制造。图9中所示的主体900有助于示出增材制造过程可如何用于生成通路，其在端接头的构件部分的本体内内部地连接。更详细而言，第一流体连通通路950在图9中示为从开口955延伸，其可用作其余端的入口/出口端口，其中通路950通向另外的连通通路975且与其流体连通。该另外的流体连通通路975是穿过主体的外扩区域920的直开孔。通过产生穿过该外扩区域920的直的或至少相对直的通路，光纤构件或其它长形元件可如期望的那样沿柔性管的长度穿过端接头适当定位。另外的流体连通通路975额外或可选或作为备选执行形成流体连通通路的一部分的另外的目的，其可用于经由主流体连通通路950使柔性管的环带排出。
如图9中所示，增材制造过程可用于在端接头主体中的期望位置处提供表面层。适当地，耐腐蚀合金层980可设在主体的内开孔上，且在密封环凹槽910形成在端接头本体的凸缘端处的区域中。耐腐蚀合金也可围绕空隙空间提供，其产生主流体连通通路950和另外的流体连通通路975。将耐腐蚀合金提供为表面层意味着酸性介质气态成分可排出而没有开裂风险。另外的层990可在夹套承座区域上和主体的径向外表面上产生，在该处，线终止于主体与夹套之间形成的空间中。
图10有助于示出柔性管如何终止于包括夹套1000的端接头中。图10中所示的夹套1000是端接头的构件部分的示例，其经由上文所述类型的增材制造过程制造。实际上，在图10中，端接头的主体1010也经由增材过程形成以包括耐腐蚀合金的层1020，其与形成端接头的主体1010的其余部分的基底材料整体结合形成。如图10中所示，夹套100形成为包括流体连通通路1030，其有助于在使用中选择性地排出流体，诸如累积的气体。
本发明的某些实施例允许端接头构件使用增材制造技术来制造。这些不但是近净形，节省了时间和加工成本，而且将具有有利的物理特征的表面和/或区域整体结合至它们。例如，端接头构件可在开孔且还在旨在用于通气的孔口两者中将耐腐蚀表面整体结合至它们。本发明的某些实施例的优点在于，用于端接头的基底材料的材料不需要对酸性气体种类(诸如H2S)的抗性。此酸性气体的排气可另外导致贯穿通路的腐蚀，且导致腐蚀反应期间释放的原子氢转移到端接头材料中的高应力或夹带物的点。
将认识到的是，本发明的某些实施例可提供具有由不同材料连同贯穿通路整体结合形成的表面区域和/或内部区域的端接头构件。作为备选，贯穿通路可随后经由常规钻孔技术形成。
贯穿该说明书的描述和权利要求，词语"包括"和"包含"和它们的变体意思是"包括但不限于"，且它们不旨在(且不会)排除其它部分、添加、构件、整体或步骤。贯穿该说明书的描述和权利要求，单数涵盖复数，除非上下文另作要求。具体而言，在使用不定冠词的情况下，说明书应理解为考虑了复数和单数，除非上下文另作要求。
连同本发明的特定方面、实施例或示例的特征、整体、特性或组应理解为适用于本文所述的任何其它方面、实施例或示例，除非与其不相容。该说明书中(包括任何所附权利要求、摘要和附图)公开的所有特征和/或如此公开的任何方法或工艺的所有步骤可以以除至少一些特征和/或步骤互斥的组合外的任何组合来组合。本发明不限于任何前述实施例的任何细节。本发明延伸至该说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的任何新颖的一个特征或新颖的特征组合，或延伸至如此公开的任何方法或工艺的任何新颖的一个步骤或任何新颖的步骤组合。
读者的注意力集中于结合该申请的该说明书同时或之前的且与该说明书一起向公众开放的所有论文和文献，且所有此类论文和文献的内容都通过引用并入本文中。

Claims (43)

1.一种制造用于柔性管的端接头的构件部分的方法，包括以下步骤：
经由增材过程，逐层提供对应于端接头的构件部分的近净形(NNS)前体，其中空隙空间留在相邻的层中以最终形成流体连通通路；以及
随后在所述近净形前体上执行至少一个后近净形处理操作来提供所述构件部分。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
经由所述增材过程，提供具有与所述近净形前体的基底材料整体结合形成的第一材料的至少一个区域的所述近净形前体，所述基底材料不同于所述第一材料。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述流体连通通路设在所述构件部分中的位置处提供所述第一材料的各个区域。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在提供所述近净形前体的层时提供所述流体连通通路为所述第一材料的区域中的相邻层中的互连空隙空间。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
经由所述空隙空间，提供穿过所述区域的非线性内腔。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述非线性内腔提供为具有穿过所述区域的弯曲或迷宫式通路的内腔。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
通过随后在所述第一材料的区域中钻取至少一个开孔来提供所述流体连通通路。
8.根据任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
提供平面初始基板部件；以及
在经由所述基板部件支撑的下面的层上的选择区域处逐层地添加第一材料和/或基底材料的新层。
9.根据权利要求1至权利要求7中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
提供初始预形成部件；以及
在经由所述预形成部件支撑的下面的层上的选择区域处逐层地添加第一材料和/或基底材料的新层。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
通过提供镍合金管来提供所述初始预形成部件。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述初始预形成部件是钢管或钢区段，且逐层添加新层的步骤包括在所述预形成部件上提供至少一个镍合金层且随后将至少一个基底材料层提供在所述镍合金层上。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
随后除去所述钢管或钢区段。
13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
通过提供由比钢更耐腐蚀但比镍合金廉价的材料制成的初始预形成部件来提供所述初始预形成部件。
14.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述预形成部件是管状或截头圆锥或弯曲形状的部件。
15.根据权利要求1至权利要求7中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将用于所述增材过程的金属作为粉末或线输送。
16.根据权利要求1至权利要求7中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
提供代表端接头的构件部分的几何数据输入。
17.根据权利要求1至权利要求7中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
提供用于所述增材过程的构造顺序。
18.根据权利要求1至权利要求7中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
确定执行所述增材过程的至少一个步骤的增材制造(AM)单元处的各个工具的至少一个工具路径。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述至少一个工具包括沉积机器人或加工机器人或零件操纵器。
20.根据权利要求1至权利要求7中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
确定用于所述增材过程的至少一个操作参数。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述至少一个操作参数包括热源的温度、用于到来的金属的供应速率和所述金属关于就位的基底的入射角中的一者。
22.根据权利要求1至权利要求7中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在下面的层上生成基底层之后且在将后续层加到基底上之前加工所述基底的露出表面的一部分。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
通过将机械或热处理应用于所述表面来加工所述露出表面的所述部分。
24.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
通过将局部塑性变形应用于所述露出表面来加工所述露出表面的所述部分。
25.根据权利要求2至权利要求7中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
提供第一材料的区域的步骤包括在所述近净形前体的基底材料中提供耐腐蚀合金(CRA)的区域。
26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述耐腐蚀合金是镍合金或双相不锈钢或超级双相不锈钢，且所述基底材料是不锈钢或碳钢。
27.一种用于柔性管的端接头的构件部分，包括：
与基底材料的另外的区域整体结合形成的第一材料的至少一个区域，其中所述第一材料通过增材过程逐层提供，其中空隙空间留在相邻的层中以最终形成流体连通通路；并且其中
所述第一材料的至少一个物理特征不同于所述基底材料。
28.根据权利要求27所述的构件部分，其特征在于，所述构件部分还包括：
所述构件部分是端接头的主体部分或夹套或凸缘连接器。
29.根据权利要求27或权利要求28所述的构件部分，其特征在于，所述构件部分还包括：
所述至少一个区域包括所述构件部分的非表面区域。
30.根据权利要求29所述的构件部分，其特征在于，所述构件部分还包括：
所述至少一个区域包括所述构件部分中从外表面大于1mm的区域。
31.根据权利要求27或权利要求28所述的构件部分，其特征在于，所述构件部分还包括：
设在所述至少一个区域中的至少一个流体连通通路。
32.根据权利要求31所述的构件部分，其特征在于，所述构件部分还包括：
所述流体连通通路是穿过所述至少一个区域的非线性内腔。
33.根据权利要求31所述的构件部分，其特征在于，所述构件部分还包括：
所述流体连通通路从所述至少一个区域延伸且穿过所述基底材料的至少一部分。
34.根据权利要求31所述的构件部分，其特征在于，所述构件部分还包括：
所述流体连通通路从所述构件部分的对应第一侧上的第一表面延伸至所述构件部分的对应另外的侧上的另外的表面。
35.根据权利要求27或权利要求28所述的构件部分，其特征在于，所述第一材料是耐腐蚀合金(CRA)。
36.根据权利要求35所述的构件部分，其特征在于，所述耐腐蚀合金是镍合金或双相不锈钢或超级双相不锈钢。
37.一种用于制造用于柔性管的端接头的构件部分的预形成部件，包括：
由提供相关联的物理特征的预形件材料制造的管状元件；其中
所述管状元件的表面区域设置成提供端接头构件部分的露出表面，且所述管状元件的其余表面区域设置成提供初始基底，层可随后经由增材过程逐层加到所述初始基底上，以提供包括所述管状元件且对应于端接头的构件部分的近净形(NNS)元件，其中空隙空间留在相邻的层中以最终形成流体连通通路。
38.根据权利要求37所述的预形成部件，其特征在于，所述管状部件的截面是对称的。
39.根据权利要求37或权利要求38所述的预形成部件，其特征在于，所述管状部件的截面沿所述管状部件的长度恒定。
40.一种用于柔性管的端接头，包括至少一个根据权利要求27至权利要求36中任一项所述的构件部分。
41.一种包括根据权利要求40所述的端接头的柔性管。
42.一种包括计算机程序的产品，所述计算机程序包括用于以下的程序指令：
经由增材过程，逐层提供对应于端接头的构件部分的近净形(NNS)前体，其中空隙空间留在相邻的层中以最终形成流体连通通路。
43.根据权利要求42所述的产品，其特征在于，所述程序指令用于确定增材制造(AM)单元处的至少一个工具的操作。
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