CN113399809A - 一种异种金属复合管的制备工艺、设备及异种金属复合管 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种异种金属复合管的制备工艺、设备及异种金属复合管。其中异种金属复合管的制备工艺包括如下步骤：将第一金属内管设置于第二金属外管内，所述第一金属内管与所述第二金属外管间隙配合；向所述第一金属内管内输入高压流动介质；在所述第二金属外管外部以一定的预紧力缠绕柔性金属带或柔性金属片；在所述第二金属外管外部设置加热装置对所述第二金属外管加热；所述加热装置沿所述第二金属外管的轴线方向对所述第二金属外管进行移动式加热；设置冷却装置，所述冷却装置对所述加热装置已加热的所述第二金属外管的部分进行冷却。本发明的技术方案可以广泛应用于金属复合管的领域，成本低廉。

Description

一种异种金属复合管的制备工艺、设备及异种金属复合管

技术领域

本发明涉及具有不同金属层的复合管的制备技术和设备，以及相应的异种金属复合管。

背景技术

在生产实践中，通常会需要利用异种金属复合管，即由两种及以上的不同金属构成复合管的不同层，以便能够利用不同金属各自优势来满足生产需要。例如钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。由于其具有的耐蚀性好的特点，钛合金管在很多腐蚀性工作环境中应用广泛。但薄壁的钛合金管强度较低，厚壁的钛合金管的成本高昂，因此钛合金的应用受到了限制。随着技术的发展，钛合金复合管的优势逐步体现出来。这种复合管兼具了钛合金以及与之复合的金属的优势，一方面能具备耐蚀性、足够的强度等属性，另一方面也降低了成本。因此，钛合金复合管得以在化工、电力、交通等各个领域广泛应用。

目前，钛合金复合管的制备方法按照所制备的钛合金与其他金属的复合界面是否达成冶金结合而分成两类。复合界面不能达成冶金结合的复合管，复合界面结合强度低，使用范围有限。复合界面能够达成冶金结合的复合管，具有复合界面结合强度高，使用范围广的优势。

制备达成复合界面冶金结合的钛合金复合管都需要借助热加工进行，由此会产生一系列的问题。例如名称为“一种高性能铜/钛复合管的制备方法”的中国专利(申请号：201410106155.3)公开的一种钛合金复合管的制备方法，采用旋锻法制备复合管。具体的是在套接在一起的内外管的内管中插入芯棒组成旋锻坯料，然后将所述坯料放入加热炉中加热，加热到预定温度后将坯料放入旋锻机中进行旋锻，从而制备出复合面达到冶金结合的复合管。从上述对该制备方法的描述中可见，需要对坯料进行加热后进行后续的旋锻工艺。这就导致了采用类似方法制备异种金属复合管会存在如下问题：

1、受限于加热炉内的空间，复合管的长度受到限制，不能制备更长的复合管。

2、需要对坯料进行整体加热后再进行旋锻，一方面生产成本高；另一方面坯料出炉后进行旋锻过程中的温度不易保持，旋锻的时间不能过长，这也导致这种技术不能制备较长的复合管。

发明内容

为了解决现有技术不能制备较长的异种金属复合管这一问题，本发明提供了一种异种金属复合管的制备工艺和设备。本发明的另一目的是提供基于本发明的制备工艺所制备的异种金属复合管。

本发明的技术方案如下。

一种异种金属复合管的制备工艺，包括如下步骤：

A、将第一金属内管设置于第二金属外管内，所述第一金属内管与所述第二金属外管间隙配合；

B、向所述第一金属内管内输入高压流动介质；

C、在所述第二金属外管外部以一定的预紧力缠绕柔性金属带或柔性金属片；

D、执行步骤C后，在所述第二金属外管外部设置加热装置对所述第二金属外管加热；所述加热装置沿所述第二金属外管的轴线方向对所述第二金属外管进行移动式加热；

E、设置冷却装置，所述冷却装置对所述加热装置已加热的所述第二金属外管的部分进行冷却。

可选地，在步骤A中还包括将所述第一金属内管和所述第二金属外管沿重力方向竖立的步骤；在步骤D中所述加热装置沿所述重力方向自下而上依序对所述第二金属外管进行所述移动式加热。

可选地，所述一种异种金属复合管的制备工艺还包括如下步骤：排出所述第一金属内管和所述第二金属外管之间的空间内的空气，并充入保护介质。

可选地，所述一种异种金属复合管的制备工艺还包括在所述第一金属内管外壁与所述第二金属外管内壁之间设置焊料的步骤。

可选地，所述高压流动介质包括惰性气体。

可选地，所述第二金属外管包括钛合金管。

可选地，所述一种异种金属复合管的制备工艺还包括在所述第二金属外管与所述柔性金属带或所述柔性金属片之间设置止焊剂的步骤。

异种金属复合管的制备设备，包括周向环绕所述第二金属外管设置的加热装置、周向环绕所述第二金属外管设置的冷却装置，以及周向环绕所述第二金属外管设置的冷却介质驱离装置；所述冷却装置和所述冷却介质驱离装置分别设置在所述加热装置的两侧。

可选地，以所述加热装置、所述冷却装置和所述冷却介质驱离装置为一个加工单元，则沿所述第二金属外管的轴线方向间隔设置若干个所述加工单元。

可选地，所述加工单元设置在可沿所述第二金属外管的轴线方向移动的移动支架上。

异种金属复合管，以所述一种异种金属复合管的制备工艺所制备。

本发明的技术效果：

本发明的异种金属复合管的制备工艺，内管与外管之间是间隙配合，因此容易装配。在第一金属内管中充入高压流动介质；在第二金属外管的外部以一定的预紧力缠绕上柔性金属带或柔性金属片。这样就利用柔性金属带或柔性金属片的预紧力在第二金属外管上施加了压力，同时在第一金属内管中充入的高压流动介质在内部提供了支撑压力。利用加热装置对装配好的第二金属外管和第一金属内管进行移动式加热。本发明的移动式加热是指加热装置同一时刻仅对第二金属外管的局部进行加热，完成该局部的加热后按一定的顺序对第二金属外管的其余部分进行这样的局部加热，直至完成对第二金属外管整体的加热。在加热过程中，第二金属外管受热部分的强度降低，此时在柔性金属带或柔性金属片的缠绕力作用下，受热部分被压缩变形，使得在该部分第二金属外管的内壁与第一金属内管的外壁贴合，在持续的高温与缠绕压力作用下进而第二金属外管的内壁与第一金属内管的外壁之间形成冶金结合。

以钛合金复合管为例，由于复合管的钛合金外管只需发挥耐蚀性的特点，无须具有较高的强度，因此钛合金外管可以采用薄壁管，这一方面可以节省材料成本，另一方面，对薄壁的钛合金管进行加压所需的制备成本也低。另外，本发明的制备工艺，无须对整个坯料进行整体加热，只需要加热装置对坯料进行局部的移动式加热即可。因此，加热炉的空间和加工时间不会对于制备复合管的长度产生限制。实现了本发明的目的。

另外，复合管被加热部分可以形成冶金结合，冷却装置可以及时对加热后的复合管的部分及时进行冷却，以避免结合面处脆性金属间化合物的生成，提高了异种金属复合管的性能。

上述可选方式所具有的进一步效果，将在下文中结合具体实施方式加以说明。

附图说明

图1为本发明的一个实施例的示意图。

图2为图1的局部放大剖视图。

图中标识说明如下：

101、气体回收仓；102、阀门；103、流量计；104、惰性气体流动通道；105、柔性不锈钢带；106、惰性气体流动通道；107、泵；108、惰性气体容器；

201、铜内管内部空间；202、铜内管；203、钛合金外管；204、冷却介质喷口；205、冷却介质驱离喷口；206、电磁感应加热装置；207、冷却介质喷口；208、移动支架。

具体实施方式

本发明的异种金属复合管是指由不同金属层构成管壁的复合管。本发明的技术方案可以应用于多种不同种类金属制备复合管。

以下结合附图所示的实施例，对本发明的异种金属复合管的制备工艺和设备进行详细说明。在图1和图2所示的实施例中，复合管为双层复合管，其内层为铜质，外层为钛合金材质。

首先，将铜内管202设置在钛合金外管203中，铜内管202与钛合金外管203之间为间隙配合，即将两者以内外方式同轴设置。由于两者之间为间隙配合，因此，将铜内管202设置在钛合金外管203中的过程容易操作。在其他实施例中，根据内管和外管的材质等实际情况，可以在内管的外壁涂覆焊料，然后再将内管设置在外管中。

第二，在钛合金外管203的外壁上涂覆止焊剂，然后将柔性不锈钢带105以一定的预紧力缠绕在钛合金外管203的外壁上。以一定预紧力缠绕柔性不锈钢带105的目的是给予钛合金外管203沿其径向由外向内的压力。保持这一压力，对于后续的步骤有利，在后续步骤说明时会进一步进行阐述。

第三，将完成第二步的钛合金外管203和铜内管202竖立设置。即使得钛合金外管203的轴线和铜内管202的轴线与重力方向平行。

第四，将高压的惰性气体充入铜内管202的内部，即铜内管内部空间201。铜内管内部空间201中存在的高压的惰性气体一方面避免铜内管202的内部发生氧化，另一方面对铜内管202沿其径向产生从内向外的支撑，避免柔性不锈钢带105缠绕产生的压力使得铜内管202发生沿其径向向内的变形。

充入高压的惰性气体需要在设备上做出的设置如下：

在铜内管202的两端设置密封盖(图中未示出)，在所述密封盖上设置通孔，惰性气体流动通道104和惰性气体流动通道106分别通过两端的所述通孔与铜内管内部空间201连通。惰性气体流动通道104沿远离铜内管202的方向顺序连通了流量计103、阀门102和气体回收仓101。惰性气体流动通道106沿远离铜内管202的方向顺序连通了泵107和惰性气体容器108。

充入高压的惰性气体的过程如下：

开启阀102，同时开动泵107，将惰性气体容器108内的高压惰性气体通过惰性气体流动通道106输入件铜内管内部空间201内。通过流量计103计量的数值，可以判断铜内管内部空间201内原有的空气通过阀102是否已排出(可以断开阀102与气体回收仓101的连通，将空气直接排放的大气中)，空气排出后关闭阀102，向铜内管内部空间201内持续输入高压惰性气体，当铜内管内部空间201的压力达到预定值后停止输入惰性气体。排出惰性气体时，可以开启阀102，将铜内管内部空间201内的惰性气体排出到气体回收仓101内，以便可以再利用惰性气体。

另外，铜内管202与钛合金外管203之间的空间内的空气如果被排出，也会有利于铜内管202的外壁与钛合金外管203的内壁之间形成冶金结合。为此，也可以仿照前面对铜内管内部空间201内充入高压惰性气体的步骤来实现。先用密封盖封闭钛合金外管203的两端，钛合金外管203两端的密封盖与铜内管202两端的密封盖之间留有一定的空间。在钛合金外管203两端的密封盖上设置通孔，一端的通孔设置排气通道，排气通道上设置阀门；另一端的通孔设置进气通道，进气通道与泵和惰性气体容器连通。打开阀门，开动泵，泵将惰性气体容器中的惰性气体以较高压力充入铜内管202与钛合金外管203之间的空间，同时排出了其中原有的空气，直至惰性气体充满了铜内管202与钛合金外管203之间的空间，惰性气体作为保护介质存留在铜内管202与钛合金外管203之间的空间。实现排出铜内管202与钛合金外管203之间的空间内的空气的相关部件为了简洁起见，没有在图中示出。

第四，在钛合金外管203缠绕的柔性不锈钢带105外设置加热装置，对钛合金外管203进行加热。具体的加热装置如图2所示。本实施例中的加热装置的主体是电磁感应加热装置206，该加热装置利用电磁感应加热原理进行加热。电磁感应加热装置206在钛合金外管203的周向上环绕设置。在电磁感应加热装置206的上侧设置有冷却介质驱离喷口205，冷却介质驱离喷口205朝向并环绕钛合金外管203的周向设置。冷却介质驱离喷口205与压缩空气设备连通。在电磁感应加热装置206的下侧设置有冷却介质喷口207，冷却介质喷口207朝向并环绕钛合金外管203的周向设置。冷却介质喷口207与高压冷却水设备连通。更具体的，冷却介质驱离喷口205同时朝向邻近的冷却介质喷口204倾斜设置。冷却介质驱离喷口205、电磁感应加热装置206和冷却介质喷口207组成了一个加工单元。如图2所示，2组所述加工单元沿钛合金外管203的轴线方向顺序设置，并且加工单元之间以一定的距离间隔设置。所述加工单元均设置在移动支架208上。

对图2所示加热装置的加热过程进行说明。

电磁感应加热装置206启动，对缠绕柔性不锈钢带105的钛合金外管203和其中的铜内管202进行加热，加热至钛合金发生塑性变形的温度。此时，在柔性不锈钢带105缠绕产生的的压力的作用下，钛合金外管203发生沿其径向收缩的塑性变形。在压力、温度和焊料的综合作用下，钛合金外管203的内壁与铜内管202的外壁之间形成冶金结合面。在内管和外管之间设置焊料的实施例中，焊料可以填充两个接触表面不平整之处，可以省去预先对两个接触表面进行清理的步骤，节省了加工成本，也解决了长的外管内壁不易处理的难题。铜内管内部空间201内的高压惰性气体的压力，一方面平衡柔性不锈钢带105产生的径向向内的压力，避免铜内管202发生沿径向向内的变形，同时，如果温度条件适合，铜内管内部空间201内的高压惰性气体的压力适合，也可以使得铜内管202发生沿径向方向向外的塑性变形，更有利于钛合金外管203的内壁与铜内管202的外壁之间形成冶金结合面。在上述加热过程中，柔性不锈钢带105与钛合金外管203之间设置的止焊剂可以避免柔性不锈钢带105与钛合金外管203之间形成结合。

在电磁感应加热装置206所对应的钛合金外管203的内壁与铜内管202的外壁之间形成冶金结合面后，驱动移动支架208自下而上(即自重力方向的下方向重力方向的上方)移动，对钛合金外管203的其余部分进行前述加热，直至完成对钛合金外管203的全部进行的加热。在设置了焊料的实施例中，在本步骤加热过程中，当焊料受热融化而具有一定的流动性时，这种设置方式使得焊料在重力作用下仍然能够在内管的外部周向上均匀分布，有利于获得更优质的冶金结合面。

在其他实施例中，也可是保持加热装置不动，而在重力方向上移动钛合金外管203进行上述加热。开启前述的压缩空气设备和冷却水设备，使得冷却介质喷口207喷出的冷却水能够及时对电磁感应加热装置206加热完的钛合金外管203的部分进行冷却，以避免钛合金外管203的内壁与铜内管202的外壁之间形成的冶金结合面生成脆性金属间化合物，提高复合管的性能。

如图2所示，上方的冷却介质喷口204喷出的冷却水会在重力作用下沿柔性不锈钢带105的外表面向下流动，如果流动到电磁感应加热装置206处，则对加热过程产生不利影响，甚至于会对电磁感应加热装置206造成破坏。冷却介质驱离喷口205喷出的压缩空气能够将沿柔性不锈钢带105表面下流的冷却水吹离，避免冷却水流动到电磁感应加热装置206处。冷却介质驱离喷口205同时朝向邻近的冷却介质喷口204倾斜设置，可以在距离电磁感应加热装置206更远的距离驱离冷却水，以进一步保障电磁感应加热装置206的安全运行。

单个电磁感应加热装置206和冷却介质喷口207沿图2所示钛合金外管203的轴线方向自下而上进行加热，就可以实现复合管的加工制备。多个所述加工单元的设置，每个加工单元只需加热钛合金外管203的一部分，即可实现对钛合金外管203整体的加热过程，提高了工作效率。

本发明采用了上述移动式加热、冷却的方式，使得异种金属复合管的制备工艺可以制备更长的异种金属复合管。同时，在保证异种金属的结合强度的情况下，实施成本低廉。

值得注意的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非因此限定本发明的专利保护范围，本发明还可以采用等同技术进行替换。故凡运用本发明的说明书及图示内容所作的等效变化，或直接或间接运用于其他相关技术领域均包含于本发明所涵盖的范围内。

Claims (11)

1.一种异种金属复合管的制备工艺，其特征在于：包括如下步骤：

A、将第一金属内管设置于第二金属外管内，所述第一金属内管与所述第二金属外管间隙配合；

B、向所述第一金属内管内输入高压流动介质；

C、在所述第二金属外管外部以一定的预紧力缠绕柔性金属带或柔性金属片；

D、执行步骤C后，在所述第二金属外管外部设置加热装置对所述第二金属外管加热；所述加热装置沿所述第二金属外管的轴线方向对所述第二金属外管进行移动式加热；

E、设置冷却装置，所述冷却装置对所述加热装置已加热的所述第二金属外管的部分进行冷却。

2.根据权利要求1所述一种异种金属复合管的制备工艺，其特征在于：在步骤A中还包括将所述第一金属内管和所述第二金属外管沿重力方向竖立的步骤；在步骤D中所述加热装置沿所述重力方向自下而上依序对所述第二金属外管进行所述移动式加热。

3.根据权利要求1所述一种异种金属复合管的制备工艺，其特征在于：还包括如下步骤：排出所述第一金属内管和所述第二金属外管之间的空间内的空气，并充入保护介质。

4.根据权利要求1所述一种异种金属复合管的制备工艺，其特征在于：还包括在所述第一金属内管外壁与所述第二金属外管内壁之间设置焊料的步骤。

5.根据权利要求1所述一种异种金属复合管的制备工艺，其特征在于：所述高压流动介质包括惰性气体。

6.根据权利要求1所述一种异种金属复合管的制备工艺，其特征在于：所述第二金属外管包括钛合金管。

7.根据权利要求1所述一种异种金属复合管的制备工艺，其特征在于：还包括在所述第二金属外管与所述柔性金属带或所述柔性金属片之间设置止焊剂的步骤。

8.异种金属复合管的制备设备，其特征在于：包括周向环绕所述第二金属外管设置的加热装置、周向环绕所述第二金属外管设置的冷却装置，以及周向环绕所述第二金属外管设置的冷却介质驱离装置；所述冷却装置和所述冷却介质驱离装置分别设置在所述加热装置的两侧。

9.根据权利要求8所述异种金属复合管的制备设备，其特征在于：以所述加热装置、所述冷却装置和所述冷却介质驱离装置为一个加工单元，则沿所述第二金属外管的轴线方向间隔设置若干个所述加工单元。

10.根据权利要求9所述述异种金属复合管的制备设备，其特征在于：所述加工单元设置在可沿所述第二金属外管的轴线方向移动的移动支架上。

11.异种金属复合管，其特征在于：以权利要求1至7之一所述一种异种金属复合管的制备工艺所制备。

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