CN110153638A - 压力管内镶管的热装配制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及压力管内镶管的制造工艺，内外管体进行炉内热装配工艺。并公开了外管体工艺路线及精加工后的精度要求；内管体工艺路线及精加工后的精度要求；热套过程及主要技术参数；解决了内管与外管之间过盈量大，管体长度长,内、外管同心度要求高等技术难题。
Description
技术领域
本发明属于机械加工制造技术领域，尤其涉及一种长度为1m～11m的压力管内镶管的热装配制造工艺。
背景技术
压力管道内部承受压力，同时与介质接触，介质有时会有腐蚀性，且介质的流动会对管体产生冲蚀。因此压力管道在选材时要同时兼顾承载能力、耐腐蚀性、耐冲蚀性和经济性，通常单一的材质无法满足上述要求，为此将压力管道设计为两个管子过盈装配在一起实现上述要求。同时在高压和超高压管领域，为减小壁厚，常常会用二个或二个以上管体热装配在一起。目前长度小于1m的内镶嵌压力管道，大部分采用冷装配，对于长度大于等于1m的，采用热装配，但装配难度大，装配长度越长，装配时间就越长，内管体会受热膨胀，这样就会导致内管体在没装配到位，就已经与外管体贴合，终止装配，导致装配失败。此外，过盈量的选择不当和装配制造工艺不合适，将造成内外管体间产生弯矩，大大降低压力管的使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足而提供一种将管体长度为1m～11m、内管体外径大于外管体内径的一个或多个管体一层层热装配在一起的压力管内镶管的热装配制造工艺，
本发明的目的是这样实现的：一种压力管内镶管的热装配制造工艺，按照如下步骤进行：
步骤1）、首先确定常温下外管体内孔直径与内管体外圆直径之间的热装配过盈量：确定热装配过盈量的范围公式为ΔD=1～3‰D（mm），其中，ΔD过盈量，D为常温下外管体内孔直径；
步骤2）、进行热涨间隙计算：利用常用公式δ=（α×t×D-ΔD）/2（mm），计算出热涨间隙δ，其中，δ为热涨间隙，α为金属材料线膨胀系数，t为加热温度与常温的差值，D为常温下外管体内孔直径，ΔD为过盈量；
步骤3）、对外管体内孔进行精加工，保证外管体内孔全长直线度不大于热涨间隙δ的3/10，同心度不大于热涨间隙δ的1/10，圆度不大于热涨间隙δ的1/10，三者之和不大于热涨间隙δ的1/2；
步骤4）、对内管体外圆进行精加工，保证内管体外圆全长直线度不大于热涨间隙δ的3/10，同心度不大于热涨间隙δ的1/10，圆度不大于热涨间隙δ的1/10，三者之和不大于热涨间隙δ的1/2；
步骤5）、设计制作引孔用坠块，引孔用坠块的外部形状为倒圆台体，倒圆台体的上部直径与加工好的内管体外圆直径相同，倒圆台体的高度为300mm，斜边锥度为15°，倒圆台体与内管体下端面焊接在一起并封堵住内管体的内孔，焊接处圆滑，不允许有凸起；
步骤6）、将外管体竖直装入井式热处理炉内进行加热并保温，加热并保温的时间大于2小时；提前将内管体竖直吊起，引孔用坠块位于内管体下部，同时将内管体内孔装入水，水量为内管体内部的1/3；当外管体温度达到要求的加热温度并超过保温时间后，打开炉盖，外管体不吊出，将已经竖直吊装的内管体装入外管体中,将装配好的外管体与内管体随炉进行冷却，当炉温小于等于150℃后，吊出空冷至室温。
在步骤6）中，将外管体竖直装入井式热处理炉内进行加热并保温，加热温度依据外管体材料的调质回火温度和外管体材料的热处理特性来确定，当外管体材料为30CrMo或35CrMo或42CrMo时，回火温度为470℃～560℃，确定加热温度为390℃～450℃。
在步骤6）中，将外管体竖直装入井式热处理炉内进行加热并保温，加热温度依据外管体材料的调质回火温度和外管体材料的热处理特性来确定，当外管体材料为34CrNiMo6时，回火温度为580℃～680℃，确定加热温度为400℃～550℃。
在步骤6）中，将外管体竖直装入井式热处理炉内进行加热并保温，加热温度依据外管体材料的调质回火温度和外管体材料的热处理特性来确定，当外管体材料为4145H时，回火温度为610℃～790℃，确定加热温度为450℃～580℃。
在步骤6）中，将外管体竖直装入井式热处理炉内进行加热并保温，加热温度依据外管体材料的调质回火温度和外管体材料的热处理特性来确定，当外管体材料为35CrNi3MoV或36CrNi3MoV时，回火温度为550℃～790℃，确定加热温度为400℃～540℃。
当采用多层管体热装配时，由内向外依次安装，即先以内部第一层为内管体，第二层为外管体，将内管体套进外管体；完成后，再将已热装配完的第一层和第二层做为内管体，第三层作为外管体，再次将内管体与外管体进行热装配，以此类推。
所述压力管内镶管的制造是两个或两个以上管体热装配，管体长度在1m～11m内。
各层管体材料为金属或合金。
本发明的有益效果如下:本发明是采用热装配方式将两个或两个以上管体热装配在一起，实现了不同材料做成的管体紧密贴合到一起，完全满足不同工况需要，同时热装配后产生一定预应力，增强了管体承压能力，提高了管体使用寿命，减少昂贵材料的使用，降低了生产成本。
附图说明
图1为内外管体热装配示意图。
图中所示：1、内管体，2、引孔用坠块，3、外管体。
具体实施方式
如图1所示，一种压力管内镶管的热装配制造工艺，按照如下步骤进行：
步骤1）、过盈量的确定：通常情况下，过盈量ΔD为常温下内管体外圆直径减去常温下外管体内孔直径的值；根据外管体内径D和预应力要求，依据生产食品灭菌器的多年热装配经验，总结出热装配过盈量范围公式ΔD=1～3‰D（mm）,其中：ΔD过盈量，D为常温下外管体内孔直径。因此首先确定常温下外管体内孔直径与内管体外圆直径之间的热装配过盈量：确定热装配过盈量的范围公式为ΔD=1～3‰D（mm），其中，ΔD过盈量，D为常温下外管体内孔直径；
步骤2）、进行热涨间隙计算：利用常用公式δ=（α×t×D-ΔD）/2（mm），计算出热涨间隙δ，其中，δ为热涨间隙，α为金属材料线膨胀系数，t为加热温度与常温的差值，D为常温下外管体内孔直径，ΔD为过盈量；
步骤3）、对外管体内孔进行精加工，保证外管体内孔全长直线度不大于热涨间隙δ的3/10，同心度不大于热涨间隙δ的1/10，圆度不大于热涨间隙δ的1/10，三者之和不大于热涨间隙δ的1/2；
步骤4）、对内管体外圆进行精加工，保证内管体外圆全长直线度不大于热涨间隙δ的3/10，同心度不大于热涨间隙δ的1/10，圆度不大于热涨间隙δ的1/10，三者之和不大于热涨间隙δ的1/2；
步骤5）、设计制作引孔用坠块，引孔用坠块的外部形状为倒圆台体，倒圆台体的上部直径与加工好的内管体外圆直径相同，倒圆台体的高度为300mm，斜边锥度为15°，倒圆台体与内管体下端面焊接在一起并封堵住内管体的内孔，焊接处圆滑，不允许有凸起；
步骤6）、将外管体3竖直装入井式热处理炉内进行加热并保温，加热并保温的时间大于2小时；提前将内管体1竖直吊起，引孔用坠块2位于内管体1下部，同时将内管体内孔装入水，水量为内管体内部的1/3；当外管体温度达到要求的加热温度并超过保温时间后，打开炉盖，外管体不吊出，将已经竖直吊装的内管体1装入外管体3中；将装配好的外管体3与内管体1随炉进行冷却，当炉温小于等于150℃后，吊出空冷至室温。
在步骤6）中，将外管体竖直装入井式热处理炉内进行加热并保温，加热温度依据外管体材料的调质回火温度和外管体材料的热处理特性来确定，当外管体材料为30CrMo时，回火温度为470℃～560℃，确定加热温度为390℃～450℃。
在步骤6）中，将外管体竖直装入井式热处理炉内进行加热并保温，加热温度依据外管体材料的调质回火温度和外管体材料的热处理特性来确定，当外管体材料为35CrMo时，回火温度为470℃～560℃，确定加热温度为390℃～450℃。
在步骤6）中，将外管体竖直装入井式热处理炉内进行加热并保温，加热温度依据外管体材料的调质回火温度和外管体材料的热处理特性来确定，当外管体材料为42CrMo时，回火温度为470℃～560℃，确定加热温度为390℃～450℃。
在步骤6）中，将外管体竖直装入井式热处理炉内进行加热并保温，加热温度依据外管体材料的调质回火温度和外管体材料的热处理特性来确定，当外管体材料为34CrNiMo6时，回火温度为580℃～680℃，确定加热温度为400℃～550℃。
在步骤6）中，将外管体竖直装入井式热处理炉内进行加热并保温，加热温度依据外管体材料的调质回火温度和外管体材料的热处理特性来确定，当外管体材料为4145H时，回火温度为610℃～790℃，确定加热温度为450℃～580℃。
在步骤6）中，将外管体竖直装入井式热处理炉内进行加热并保温，加热温度依据外管体材料的调质回火温度和外管体材料的热处理特性来确定，当外管体材料为35CrNi3MoV时，回火温度为550℃～790℃，确定加热温度为400℃～540℃。
在步骤6）中，将外管体竖直装入井式热处理炉内进行加热并保温，加热温度依据外管体材料的调质回火温度和外管体材料的热处理特性来确定，当外管体材料为36CrNi3MoV时，回火温度为550℃～790℃，确定加热温度为400℃～540℃。
当采用多层管体热装配时，由内向外依次安装，即先以内部第一层为内管体，第二层为外管体，将内管体套进外管体；完成后，再将已热装配完的第一层和第二层做为内管体，第三层作为外管体，再次将内管体与外管体进行热装配，以此类推。
所述压力管内镶管的制造是两个或两个以上管体热装配，管体长度在1m～11m内。各层管体材料为金属或合金。
实施例1：高压容器外管体材料为42CrMo，设计要求外管体内径Φ535mm，长度6m，外管体生产时回火温度550℃，42CrMo材料线膨胀系数为0.00001153。内管体材料为316L不锈钢，长度6m。产品设计要求内、外管体热套装后，预应力较大。
步骤1）、根据生产食品灭菌器的多年热套经验总结出配合面过盈量范围公
式ΔD=1～3‰D，根据产品设计要求预应力较大，特选取选过盈量为2.8‰D，即过盈量为ΔD=2.8‰D=2.8‰×535=1.5mm。为此，内管体外径为Φ535+1.5=Φ536.5mm，外管体内径为Φ535mm。
步骤2）、进行热涨间隙计算：利用常用公式δ=（α×t×D-ΔD）/2（mm），
计算出热涨间隙δ，其中，δ为热涨间隙，α为金属材料线膨胀系数，t为加热温度与常温的差值，D为常温下外管体内孔直径，ΔD为过盈量；
具体是根据公式δ=（αtD-ΔD）/2=（0.00001153×（400-20）×535-1.5）/2≈0.42mm，计算出热涨间隙为0.42mm。
步骤3、4）、对外管体内孔进行精加工，保证外管体内孔全长直线度不大于热涨间隙δ的3/10，同心度不大于热涨间隙δ的1/10，圆度不大于热涨间隙δ的1/10，三者之和不大于热涨间隙δ的1/2；即利用数控精加车床加工好外管体和内管体，保证外管体内孔和内管体外圆的全长直线度不大于0.126mm，同心度不大于0.042mm，圆度不大于0.042mm。
步骤5）、加工引孔用坠块，引孔用坠块的外部形状为倒圆台体，倒圆台体的上部直径为Φ536.5mm，厚度300mm，斜边锥度为15°，倒圆台体与内管体下端面焊接在一起并封堵住内管体的内孔，焊接处圆滑，不允许有凸起。
步骤6）、根据42CrMo材料外管体的回火温度和42CrMo材料的热处理特性，
选取加热温度为390℃～410℃，保温时间大于2小时；将外管体竖直装入加热炉加热，并保持竖直状态，提前将内管体竖直吊起，引孔用坠块端位于下端，同时将内管体内部装入水，水量为内管体内部的1/3；外管体加热至390℃～410℃后，保温2小时以后，打开炉盖，将已竖直吊起的内管体装入外管体。
将热装配好的外管体和内管体随炉进行冷却，当炉温小于等于150℃后，吊出空冷至室温。
实施例2：高压容器外管体材料为4145H，设计要求外管体内径Φ715mm，长度6m，外管体生产时回火温度650℃，4145H材料线膨胀系数为0.00001153。内管体材料为316L不锈钢，长度6m。产品设计要求内、外管体热套装后，预应力较小。
步骤1）、首先确定常温下外管体内孔直径与内管体外圆直径之间的热装配过盈量：根据生产食品灭菌器的多年热套经验总结出配合面过盈量范围公式ΔD=1～3‰D，根据产品设计要求预应力较大，特选取选过盈量为1.2‰D，即过盈量为ΔD=1.2‰D=1.2‰×715≈0.86mm。为此，内管体外径为Φ715+0.86=Φ715.86mm，外管体内径为Φ715mm。
步骤2）、根据公式δ=（αtD-ΔD）/2=（0.00001153×（550-20）×715-0.86）/2≈1.75mm，计算出热涨间隙为0.42mm。
步骤3、4）、利用数控精加车床加工好外管体和内管体。保证外管体内孔和内管体的外圆全长直线度不大于0.525mm，同心度不大于0.175mm，圆度不大于0.175mm。
步骤5）、加工引孔用坠块，引孔用坠块的外部形状为倒圆台体，倒圆台体的上部直径与加工好的内管体外圆直径相同，倒圆台体的上部直径为Φ536.5mm，厚度300mm，斜边锥度为15°，倒圆台体与内管体下端面焊接在一起并封堵住内管体的内孔，焊接处圆滑，不允许有凸起。
步骤6）、根据4145H材料外管体的回火温度和4145H材料的热处理特性，选取加热温度为540℃～560℃，保温时间大于2小时。将外管体竖直装入加热炉加热，并保持竖直状态。提前将内管体竖直吊起，引孔用坠块端位于下端，同时将内管体内部装入水，水量为内管体内部的1/3；外管体加热至540℃～560℃后，保温2小时以后，打开炉盖，将已竖直吊起的内管体装入外管体。将热装配好的外管体和内管体随炉进行冷却，当炉温小于等于150℃后，吊出空冷至室温。
实施例3：高压容器外管体材料为35CrNi3MoV，设计要求外管体内径Φ400mm，长度3m，外管体生产时回火温度680℃，35CrNi3MoV材料线膨胀系数为0.00001153。内管体材料为17-4不锈钢，长度3m。产品设计要求内、外管体热套装后，预应力较大。
步骤1）、根据生产食品灭菌器的多年热套经验总结出配合面过盈量范围公式ΔD=1～3‰D，根据产品设计要求预应力较大，特选取选过盈量为2.5‰D，即过盈量为ΔD=2.5‰D=2.5‰×400=1mm。为此，内管体外径为Φ400+1=Φ401mm，外管体内径为Φ400mm。
步骤2）、进行热涨间隙计算：根据公式δ=（αtD-ΔD）/2=（0.00001153×（520-20）×400-1）/2≈1.3mm，计算出热涨间隙为0.42mm。
步骤3）、对外管体内孔进行精加工，保证外管体内孔全长直线度不大于热涨间隙δ的3/10，同心度不大于热涨间隙δ的1/10，圆度不大于热涨间隙δ的1/10，三者之和不大于热涨间隙δ的1/2；确定外管体内孔的全长直线度不大于0.39mm，同心度不大于0.13mm，圆度不大于0.13mm。
步骤4）、对内管体外圆进行精加工，保证内管体外圆全长直线度不大于热涨间隙δ的3/10，同心度不大于热涨间隙δ的1/10，圆度不大于热涨间隙δ的1/10，三者之和不大于热涨间隙δ的1/2；确定内管体外圆的全长直线度不大于0.39mm，同心度不大于0.13mm，圆度不大于0.13mm。
步骤5）、设计制作引孔用坠块，引孔用坠块的外部形状为倒圆台体，倒圆台体的上部直径与加工好的内管体外圆直径相同，倒圆台体的高度为300mm，斜边锥度为15°，倒圆台体与内管体下端面焊接在一起并封堵住内管体的内孔，焊接处圆滑，不允许有凸起；即加工引孔用坠块，引孔用倒坠块上部直径为Φ536.5mm，厚度300mm，斜边锥度为15°，与内管体下端面焊接到一起，焊接处圆滑，不允许有凸起。
步骤6）、根据35CrNi3MoV材料外管体的回火温度和35CrNi3MoV材料的热处理特性，选取加热温度为510℃～530℃，保温时间大于2小时。将外管体竖直装入加热炉加热，并保持竖直状态。提前将内管体竖直吊起，引孔用坠块位于内管体下端，同时将内管体内部装入水，水量为内管体内部的1/3；外管体加热至510℃～530℃后，保温2小时以后，打开炉盖，将已竖直吊起的内管体装入外管体。将热装配好的外管体和内管体随炉进行冷却，当炉温小于等于150℃后，吊出空冷至室温。
通过采用以上热装配制造工艺生产，装配过程中未出现任何问题，经检测，产品的内管体和外管体贴合紧密；经用户实际使用，其使用寿命比以往同类产品有较大提高；因仅内管体材料为价格较高的不锈钢材料，大大降低了产品生产成本。
Claims (8)
1.一种压力管内镶管的热装配制造工艺，其特征在于：按照如下步骤进行：
步骤1）、首先确定常温下外管体内孔直径与内管体外圆直径之间的热装配过盈量：确定热装配过盈量的范围公式为ΔD=1～3‰D（mm），其中，ΔD过盈量，D为常温下外管体内孔直径；
步骤2）、进行热涨间隙计算：利用常用公式δ=（α×t×D-ΔD）/2（mm），计算出热涨间隙δ，其中，δ为热涨间隙，α为金属材料线膨胀系数，t为加热温度与常温的差值，D为常温下外管体内孔直径，ΔD为过盈量；
步骤3）、对外管体内孔进行精加工，保证外管体内孔全长直线度不大于热涨间隙δ的3/10，同心度不大于热涨间隙δ的1/10，圆度不大于热涨间隙δ的1/10，三者之和不大于热涨间隙δ的1/2；
步骤4）、对内管体外圆进行精加工，保证内管体外圆全长直线度不大于热涨间隙δ的3/10，同心度不大于热涨间隙δ的1/10，圆度不大于热涨间隙δ的1/10，三者之和不大于热涨间隙δ的1/2；
步骤5）、设计制作引孔用坠块，引孔用坠块的外部形状为倒圆台体，倒圆台体的上部直径与加工好的内管体外圆直径相同，倒圆台体的高度为300mm，斜边锥度为15°，倒圆台体与内管体下端面焊接在一起并封堵住内管体的内孔，焊接处圆滑，不允许有凸起；
步骤6）、将外管体竖直装入井式热处理炉内进行加热并保温，加热并保温的时间大于2小时；提前将内管体竖直吊起，引孔用坠块位于内管体下部，同时将内管体内孔装入水，水量为内管体内部的1/3；当外管体温度达到要求的加热温度并超过保温时间后，打开炉盖，外管体不吊出，将已经竖直吊装的内管体装入外管体中；将装配好的外管体与内管体随炉进行冷却，当炉温小于等于150℃后，吊出空冷至室温。
2.根据权利要求1所述的压力管内镶管的热装配制造工艺，其特征在于：在步骤6）中，将外管体竖直装入井式热处理炉内进行加热并保温，加热温度依据外管体材料的调质回火温度和外管体材料的热处理特性来确定，当外管体材料为30CrMo或35CrMo或42CrMo时，回火温度为470℃～560℃，确定加热温度为390℃～450℃。
3.根据权利要求1所述的压力管内镶管的热装配制造工艺，其特征在于：在步骤6）中，将外管体竖直装入井式热处理炉内进行加热并保温，加热温度依据外管体材料的调质回火温度和外管体材料的热处理特性来确定，当外管体材料为34CrNiMo6时，回火温度为580℃～680℃，确定加热温度为400℃～550℃。
4.根据权利要求1所述的压力管内镶管的热装配制造工艺，其特征在于：在步骤6）中，将外管体竖直装入井式热处理炉内进行加热并保温，加热温度依据外管体材料的调质回火温度和外管体材料的热处理特性来确定，当外管体材料为4145H时，回火温度为610℃～790℃，确定加热温度为450℃～580℃。
5.根据权利要求1所述的压力管内镶管的热装配制造工艺，其特征在于：在步骤6）中，将外管体竖直装入井式热处理炉内进行加热并保温，加热温度依据外管体材料的调质回火温度和外管体材料的热处理特性来确定，当外管体材料为35CrNi3MoV或36CrNi3MoV时，回火温度为550℃～790℃，确定加热温度为400℃～540℃。
6.根据权利要求1所述的压力管内镶管的热装配制造工艺，其特征在于：
当采用多层管体热装配时，由内向外依次安装，即先以内部第一层为内管体，第二层为外管体，将内管体套进外管体；完成后，再将已热装配完的第一层和第二层做为内管体，第三层作为外管体，再次将内管体与外管体进行热装配，以此类推。
7.根据权利要求1所述的压力管内镶管的热装配制造工艺，其特征在于：所述压力管内镶管的制造是两个或两个以上管体热装配，管体长度在1m～11m内。
8.根据权利要求1所述的压力管内镶管的热装配制造工艺，其特征在于：各层管体材料为金属或合金。
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