CN117619894A - 一种无缝金属复合管高速轧制复合设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无缝金属复合管高速轧制复合设备，属于无缝金属复合管成形技术领域，其梯度内冷波纹辊系包括波平辊套、辊芯、冷却芯杆和旋转接头，在辊芯上沿轴向依次设置第一进水通孔、输水槽、多组第一回水通孔和环形水冷槽，在冷却芯杆上沿轴向依次设置第二进水通孔和多组第二回水通孔，实现以波纹段为中心的梯度冷却。轧制中，通过梯度内冷波纹辊系和水冷芯棒对复合坯料进行内外双重冷却作用，吸收剧烈塑性变形产生的热量，保证稳定的温度梯度协调组元金属变形，实现无缝金属复合管的空间复合界面形性可控，在解决塑性变形温升引起的撕裂、轧卡、金属间化合物形成等问题的同时提高轧制速度，提高产品质量和生产效率。

Description

一种无缝金属复合管高速轧制复合设备

技术领域

本发明属于无缝金属复合管成形技术领域，具体涉及一种无缝金属复合管高速轧制复合设备。

背景技术

无缝金属复合管属于兼具刚度、强度、耐蚀、耐磨等综合性能的结构和功能材料，基体和覆层之间通过特殊成形技术实现紧密结合，以我国需求量最大的碳钢/不锈钢复合管为例，不仅强度高、耐磨性好，而且拥有良好的耐腐蚀性能、耐高温性能，可广泛应用于航空航天、石油开采、化工类腐蚀性介质运输、军工、核电等领域。

轧制复合技术具有效率高、成本低、结合好等诸多性能优势，成为制备无缝金属复合管的理想方法，但是由于截面封闭的特征，面临着成形效率低、结合强度弱、空间变形难等诸多问题。专利202011450318.1提出了一种具有波纹结合面的无缝金属复合管三辊斜轧成形方法，三个轧辊上的成形波纹错距分布，三个轧辊上的成形波纹先后依次与复合管坯的外壁接触，从而获得空间螺旋复合界面，但是三辊斜轧复合过程属于空间变形，三个轧辊与复合管坯在轧制轴线上的接触位置相互错开，属于非对称支撑，极易引发变形失稳和波纹紊乱。专利202310822876.3提出一种无缝金属波纹复合管高效定径调整斜轧设备及方法，不同的波纹锥形轧辊可以单独或者同时在精整段设置凸起状的波纹，可以在复合管坯的外表面形成空间螺旋波纹，用于制备无缝金属波纹复合管，但是该方法无法获得空间螺旋复合界面。

然而，三辊斜轧复合方法属于大塑性变形，会产生剧烈的塑性变形热，从而引起复合管坯的温度升高。对于不锈钢/碳钢复合管，温度升高将导致组元金属变形抗力降低，从而引发外管撕裂等现象；而对于钛/钢复合管，温度升高会产生大量金属间化合物，降低界面结合强度。此外，当在轧辊表面带有波纹的时候，剧烈空间塑性变形过程中会形成应力集中，进而产生局部高温，进一步加剧了撕裂、轧卡等现象，并且将导致轧辊表面波纹的磨损极为严重，寿命显著降低，成本大幅增高。然而，传统外部浇水冷却的方式均匀性不理想，不仅无法直接作用于变形区起到冷却作用，还会产生较明显的非均匀热冲击，也会导致轧辊寿命降低，造成产品性能不均。虽然降低轧制速度有望改善温升问题，但这将会导致摩擦较低，出现无法咬入的情况，严重影响生产效率。

因此，如何高效实现无缝金属复合管的空间复合界面形性可控，在解决塑性变形温升引起的撕裂、轧卡、金属间化合物形成等问题的同时还能提高轧制速度成为了亟待解决的问题。

发明内容

为了解决上述现有技术的不足，本发明针对上述问题，提供了一种无缝金属复合管高速轧制复合设备，通过在梯度内冷波纹辊系的辊芯内部和冷却芯杆内部设置多组交错分布的进水孔和回水孔等，在轧制复合过程中与水冷芯棒对预制复合坯料实现内外双重冷却作用，进而吸收剧烈塑性变形产生的热量，解决撕裂、轧卡、金属间化合物形成等问题，提高产品质量和生产效率。

为达到上述目的本发明采用了以下技术方案：

本发明提供一种无缝金属复合管高速轧制复合设备，其包括传动系统、机架、压下系统、梯度内冷波纹辊系、在线梯度加热装置和芯棒输送系统；

所述梯度内冷波纹辊系包括波平辊套、辊芯、冷却芯杆和旋转接头，所述波平辊套套设在所述辊芯的外圈，所述冷却芯杆安装在所述辊芯的内圈，所述旋转接头固定安装在所述冷却芯杆远离所述辊芯的端部；

所述波平辊套包括沿轧制轴线方向依次设置的咬入段、波纹段、轧平段和扩径段，所述波纹段入口侧设置有凸起波纹；

调控波纹段的凸起波纹的波高，实现对无缝金属复合管的空间复合界面形貌控制；

所述辊芯包括第一进水通孔、环形水冷槽、输水槽和第一回水通孔，所述辊芯的外表面沿轴向设有多组环形水冷槽以及多组横向布置的输水槽，所述第一进水通孔位于所述波平辊套的所述波纹段所处的对应位置，且所述第一进水通孔绕所述辊芯的轴向中心线均匀分布在中间所述环形水冷槽上，所述第一进水通孔两侧沿轴向设有多组第一回水通孔，多组第一回水通孔绕所述辊芯的轴向中心线均匀分布在两侧所述环形水冷槽上；

所述冷却芯杆包括外冷却芯管、内冷却芯管、第一挡环和第二挡环，所述冷却芯杆在第一进水通孔的轴向对应位置处设置第二进水通孔，所述第二进水通孔绕所述冷却芯杆的轴向中心线均匀分布，所述第二进水通孔两侧分别设置有第一挡环和第二挡环，所述外冷却芯管在所述第一回水通孔的轴向对应位置处设置第二回水通孔；所述旋转接头分别与所述外冷却芯管和所述内冷却芯管连接；所述芯棒输送系统包括芯棒小车和水冷芯棒，所述水冷芯棒固定在所述芯棒小车上。

可优选的是，波纹段的凸起波纹的波高为：

；

其中，X表示凸起波纹圆心横坐标，单位为mm；α表示碾轧角，单位为°；L表示凸起波纹的宽度，单位为mm；y ₃为凸起波纹的波高，单位为mm；y ₂为圆心纵坐标，单位为mm；y ₁为圆心纵半径，单位为mm。

可优选的是，所述第二进水通孔的上端设置增压圆环，且所述增压圆环设在所述第一挡环和所述第二挡环之间。

可优选的是，所述第二进水通孔与第一进水通孔沿径向一一对应设置，所述第二进水通孔贯穿所述外冷却芯管和所述内冷却芯管，所述第二回水通孔贯穿所述外冷却芯管。

可优选的是，以所述波纹段所对应位置处的所述环形水冷槽为中心，两侧所述环形水冷槽的分布间距依次减小或者两侧所述环形水冷槽上的所述第一进水通孔的直径依次增大。

可优选的是，所述第一回水通孔与所述第一进水通孔沿所述辊芯周向交错布置，且贯穿所述辊芯。

可优选的是，所述输水槽沿所述辊芯轴向贯穿每一组所述环形水冷槽。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

（1）本发明的波纹尺寸精确可控，定制空间复合界面：通过改变波纹段的凸起波纹尺寸，低于轧平段、平齐轧平段或高于轧平段，可以实现无缝金属复合管空间复合界面形性的精准调控，获得微观波纹界面或宏观波纹界面；

（2）本发明的方法能够提高轧辊温度均匀性，降低波纹段磨损变形，延长使用寿命：通过梯度内冷波纹辊系，根据轧辊辊型不同阶段的变形强度和温升大小进行梯度冷却，从而在复合管坯轧制复合过程中实现精确冷却，显著提高轧辊温度分布均匀性，避免因温度不均匀导致轧辊发生变形和损坏，并且通过对轧辊的波纹段进行优先强制冷却，可以保证波纹的强度，降低磨损消耗，进而延长轧辊的使用寿命；

（3）本发明的方法能够改善产品成形质量，提高界面结合性能：通过梯度内冷波纹辊系和内冷芯棒对变形区直接直径进行双重冷却，在复合管坯轧制过程中避免剧烈塑性变形和高应变速率产生大量的塑性变形热量，在变形过程中形成稳定的温度梯度，既可以解决复合管坯在波纹段变形升温导致变形抗力下降而引发的撕裂、轧卡等失效问题，确保整个成形过程的一致性和均匀性，提高轧制速度进而提升生产效率，缩短生产周期，还可以避免界面产生大量金属间化合物，提高界面结合性能，进而提高产品质量。

附图说明

图1为本发明无缝金属复合管高速轧制复合设备整体组成示意图；

图2为本发明无缝金属复合管高速轧制复合设备的梯度内冷波纹辊系装配示意图；

图3为本发明无缝金属复合管高速轧制复合设备的梯度内冷波纹辊系剖面示意图；

图4为本发明无缝金属复合管高速轧制复合设备的波平辊套示意图；

图5为本发明无缝金属复合管高速轧制复合设备的辊芯剖面示意图；

图6为本发明无缝金属复合管高速轧制复合设备的辊芯模型示意图；

图7为本发明无缝金属复合管高速轧制复合设备的冷却芯杆剖面示意图；

图8为本发明无缝金属复合管高速轧制复合设备的芯棒输送系统示意图；

图9为本发明无缝金属复合管高速轧制复合设备的波平辊套示意图；

图10为本发明无缝金属复合管高速轧制复合设备的波平辊套的凸起波纹尺寸和圆心横坐标的关系示意图；

图11为本发明无缝金属复合管高速轧制复合设备的波平辊套和凸起波纹的外缘低于轧平段外表面时的凸起波纹示意图；

图12为本发明无缝金属复合管高速轧制复合设备的波平辊套的凸起波纹的外缘低于轧平段时轧后无缝金属复合管的形貌示意图；

图13为本发明无缝金属复合管高速轧制复合设备的波平辊套和凸起波纹的外缘平齐轧平段外表面时的凸起波纹示意图；

图14为本发明无缝金属复合管高速轧制复合设备的波平辊套的凸起波纹的外缘平齐轧平段时轧后无缝金属复合管的形貌示意图；

图15为本发明无缝金属复合管高速轧制复合设备的波平辊套和凸起波纹的外缘高于轧平段外表面时的凸起波纹示意图；

图16为本发明无缝金属复合管高速轧制复合设备的波平辊套的凸起波纹的外缘高于轧平段时轧后无缝金属复合管的形貌示意图。

主要附图标记：

1、传动系统；2、机架；3、压下系统；4、梯度内冷波纹辊系；401、波平辊套；4011、咬入段；4012、波纹段；40121、凸起波纹；4013、轧平段；4014、扩径段；402、辊芯；4021、第一进水通孔；4022、环形水冷槽；4023、输水槽；4024、第一回水通孔；403、冷却芯杆；4031、外冷却芯管；4032、内冷却芯管；4033、第一挡环；4034、第二挡环；4035、第二进水通孔；4036、第二回水通孔；4037、增压圆环；404、旋转接头；5、在线梯度加热装置；6、芯棒输送系统；601、芯棒小车；602、水冷芯棒；7、成品态无缝金属复合管；701、平直复合界面；702、微观波纹复合界面。

具体实施方式

为详尽本发明之技术内容、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图进行详细说明。

本发明提供一种无缝金属复合管高速轧制复合设备，如图1至图16所示，其包括传动系统1、机架2、压下系统3、梯度内冷波纹辊系4、在线梯度加热装置5和芯棒输送系统6。

梯度内冷波纹辊系4包括波平辊套401、辊芯402、冷却芯杆403和旋转接头404，波平辊套401套设在辊芯402的外圈，冷却芯杆403安装在辊芯402的内圈，旋转接头404固定安装在冷却芯杆403远离辊芯402的端部。

波平辊套401包括沿轧制轴线方向依次设置的咬入段4011、波纹段4012、轧平段4013和扩径段4014，波纹段4012入口侧设置有凸起波纹；波纹段4012的凸起波纹的波高为：

；

其中，X表示凸起波纹圆心横坐标，单位为mm；α表示碾轧角，单位为°；L表示凸起波纹的宽度，单位为mm；y ₃为凸起波纹的波高，单位为mm；y ₂为圆心纵坐标，单位为mm；y ₁为圆心纵半径，单位为mm。

调控波纹段的凸起波纹的波高，实现对无缝金属复合管的空间复合界面形貌控制。

辊芯402包括第一进水通孔4021、环形水冷槽4022、输水槽4023和第一回水通孔4024，辊芯402的外表面沿轴向设有多组环形水冷槽4022以及多组横向布置的输水槽4023，第一进水通孔4021位于波平辊套401的波纹段4012所处的对应位置，且第一进水通孔4021绕辊芯402的轴向中心线均匀分布在中间环形水冷槽4022上，第一进水通孔4021两侧沿轴向设有多组第一回水通孔4024，多组第一回水通孔4024绕辊芯402的轴向中心线均匀分布在两侧环形水冷槽4022上。

冷却芯杆403包括外冷却芯管4031、内冷却芯管4032、第一挡环4033和第二挡环4034，冷却芯杆403在第一进水通孔4021的轴向对应位置处设置第二进水通孔4035，第二进水通孔4035绕冷却芯杆403的轴向中心线均匀分布，第二进水通孔4035两侧分别设置有第一挡环4033和第二挡环4034，外冷却芯管4031在第一回水通孔4024的轴向对应位置处设置第二回水通孔4036。

旋转接头404分别与外冷却芯管4031和内冷却芯管4032连接。

芯棒输送系统6包括芯棒小车601和水冷芯棒602，水冷芯棒602固定在芯棒小车601上。

第二进水通孔4035的上端设置增压圆环4037，且增压圆环4037设置在第一挡环4033和第二挡环4034之间。

第二进水通孔4035与第一进水通孔4021沿径向一一对应设置，第二进水通孔4035贯穿外冷却芯管4031和内冷却芯管4032，第二回水通孔4036贯穿外冷却芯管4031。

以波纹段4012所对应位置处的环形水冷槽4022为中心，两侧环形水冷槽4022的分布间距依次减小或者两侧环形水冷槽4022上的第一进水通孔4021的直径依次增大。

第一回水通孔4024与第一进水通孔4021沿辊芯402周向交错布置，且贯穿辊芯402。

输水槽4023沿辊芯402轴向贯穿每一组环形水冷槽4022。

另一方面，本发明还提供一种无缝金属复合管高速轧制复合设备的一种无缝金属复合管高速轧制复合方法，其包括以下步骤：

S1、在线梯度加热：准备预制复合坯料，通过芯棒输送系统将已经启动冷却的水冷芯棒穿入预制复合坯料中，由芯棒小车送入在线梯度加热装置中对预制复合坯料表层进行梯度控温加热，当预制复合坯料完成加热离开在线梯度加热装置时，外层管材、内层管材以及待复合表面加热至目标梯度温度，在水冷芯棒的冷却作用下，外层管材温度和内层管材温度之间形成温度梯度ΔT，得到具有温度梯度ΔT的预制复合坯料。

S2、高速波平轧制：设定高速轧制复合设备目标孔型尺寸，启动高速轧制复合设备，向梯度内冷波纹辊系中注入循环冷却水，对具有温度梯度ΔT的预制复合坯料进行轧制复合，以波纹段为中心向两侧进行梯度冷却，实现梯度内冷波纹辊系温度均匀分布，预制复合坯料依次经过咬入段、波纹段、轧平段和扩径段，随着预制复合坯料直径逐渐减小，壁厚逐渐减薄，实现复合界面冶金结合，获得初轧态无缝金属复合管，由输送轨道送出。

S3、精整成品入库：初轧态无缝金属复合管经过定径和精整工序后，直径减小，壁厚减薄，复合界面冶金结合得以强化，达到目标成品尺寸，获得终轧态无缝金属复合管，去除头部和尾部后进行定尺寸切割，经过热处理后达到目标组元金属与复合界面综合性能，获得成品态无缝金属复合管，并包装入库。

波纹段的凸起波纹的外缘低于、平齐或高于轧平段的外表面。

具体实施例：

本发明提供一种无缝金属复合管高速轧制复合设备，如图1所示，包括传动系统1、机架2、压下系统3、梯度内冷波纹辊系4、在线梯度加热装置5和芯棒输送系统6。

梯度内冷波纹辊系装配示意图如图2所示，结合图3所示的梯度内冷波纹辊系剖面示意图，梯度内冷波纹辊系4，包括波平辊套401、辊芯402、冷却芯杆403和旋转接头404。波平辊套401套设在辊芯402外圈，冷却芯杆403安装在辊芯402的内圈，在轧制过程中，波平辊套401、辊芯402和冷却芯杆403一同转动，旋转接头404固定安装在远离辊芯402的端部，内部分别连通外冷却芯管4031和内冷却芯管4032，用于为梯度内冷波纹辊系供水和回水。

如图4所示，波平辊套401在轧制过程中直接和预制复合坯料接触，包括沿轧制轴线方向依次设置的咬入段4011、波纹段4012、轧平段4013和扩径段4014，在波纹段4012入口侧设置有凸起波纹40121，波纹段4012的凸起波纹40121的外缘能够低于、平齐或高于轧平段4013的外表面，调控波纹段4012的凸起波纹40121的波高，在无缝金属复合管空间复合界面获得微观波纹界面或宏观波纹界面，实现对无缝金属复合管的空间复合界面形貌精准控制。

如图5和图6所示，辊芯402，包括第一进水通孔4021、环形水冷槽4022、输水槽4023和第一回水通孔4024，在辊芯402表面沿轴向设有多组环形水冷槽4022，第一进水通孔4021位于波平辊套401的波纹段4012所处的对应位置，且第一进水通孔4021绕辊芯402的轴向中心线均匀分布在中间的环形水冷槽4022上，在第一进水通孔4021两侧沿轴向设有多组第一回水通孔4024，第一回水通孔4024绕辊芯402的轴向中心线均匀分布在两侧的环形水冷槽4022上，这样环形水冷槽4022就将第一进水通孔4021和第一回水通孔4024连通，在辊芯402表面沿轴向设有多组沿轴向布置的输水槽4023，且输水槽4023贯穿每一组环形水冷槽4022，用于连接贯通每组环形水冷槽4022。

进一步地，第一回水通孔4024与第一进水通孔4021贯穿辊芯402，且沿辊芯402周向交错布置，这样可以增加冷却水在波平辊套401内流动的时间，吸收更多的热量。

以波纹段4012所对应位置处的环形水冷槽4022为中心，随着远离中间环形水冷槽4022，两侧环形水冷槽4022的分布间距逐渐减小或者两侧环形水冷槽4022上的第一进水通孔4021的直径逐渐增大，这样可以增加两侧环形水冷槽位置处的冷却水流量，避免由于冷却水吸收热量后在波平辊套401内流动导致波平辊套401表面出现温度不均匀的情况。

如图7所示，冷却芯杆403，包括外冷却芯管4031、内冷却芯管4032、第一挡环4033和第二挡环4034，冷却芯杆403在第一进水通孔4021的轴向对应位置处设置第二进水通孔4035，第二进水通孔4035绕冷却芯杆403的轴向中心线均匀分布，第二进水通孔4035与第一进水通孔4021沿径向一一对应设置，这样可以减少冷却水从第二进水通孔4035流入第一进水通孔4021时的压力损失，在第二进水通孔4035两侧分别设置第一挡环4033和第二挡环4034进行隔离冷却水，外冷却芯管4031在第一回水通孔4024的轴向对应位置处设置第二回水通孔4036。

进一步地，第二进水通孔4035贯穿外冷却芯管4031和内冷却芯管4032，第二回水通孔4036贯穿外冷却芯管4031。

在第二进水通孔4035的上端设置增压圆环4037，且增压圆环4037设在第一挡环4033和第二挡环4034之间，用来增大从第二进水通孔4035喷出的冷却水的压力，减少冷却水在波平辊套401中循环流动的时间，提高散热效率。

如图8所示，芯棒输送系统6，包括芯棒小车601和水冷芯棒602，水冷芯棒602固定在芯棒小车601上，用于带动水冷芯棒602沿轧制轴线前后移动，轧制时将预制复合坯料套设在水冷芯棒602上，水冷芯棒602通过内部循环冷却水来降低芯棒的温度，进而冷却预制复合坯料。

波平辊套401示意图如图9所示，当波纹段4012的凸起波纹40121形状为圆弧时，设定沿轴线方向的宽度为L，单位为mm，其中凸起波纹40121尺寸主要参数包括以下几部分：

碾轧角（°）:α

圆心横坐标（mm）:X

圆心纵坐标（mm）:；

圆半径（mm）:；

波平辊套401的波纹段4012的凸起波纹40121的波高（mm）:

。

当L=5mm时，通过以上计算，得到波平辊套401的凸起波纹40121尺寸和圆心横坐标的关系图，如图10所示，从图中可以看出，当轧辊的结构尺寸一定时，轧平段高度一定，而波纹高度随着波纹的圆心横坐标增大而减小，因此轧平段高度曲线和波纹高度曲线相交时，即波纹平齐轧平段，此时X=2.77mm，而在分界线左侧，波纹高度大于轧平段高度，即波纹高于轧平段，而在分界线右侧，波纹高度小于轧平段高度，即波纹低于轧平段。

如图11所示，波平辊套401的凸起波纹40121外缘低于轧平段，此时，通过高速轧制复合设备轧制复合的成品态无缝金属复合管7的形貌如图12所示，宏观上为平直复合界面701，对其平直复合界面701局部放大可以观察到微观波纹复合界面702。

如图13所示，波平辊套401的凸起波纹40121外缘与轧平段平齐，此时，通过高速轧制复合设备轧制复合的成品态无缝金属复合管7的形貌如图14所示，可以得到宏观波纹复合界面。

如图15所示，波平辊套401的凸起波纹40121外缘高于轧平段，此时，通过高速轧制复合设备轧制复合的成品态无缝金属复合管7的形貌如图16所示，可以得到宏观波纹复合界面，同时无缝金属复合管的外表面波纹未被轧平，表现出波纹形态。

以下结合实施例对本发明一种无缝金属复合管高速轧制复合设备的一种无缝金属复合管高速轧制复合方法做进一步描述：

S1、在线梯度加热：准备预制复合坯料，通过芯棒输送系统6将已经启动冷却的水冷芯棒602穿入预制复合坯料中，由芯棒小车601送入在线梯度加热装置5中对预制复合坯料表层进行梯度控温加热，当预制复合坯料完成加热离开在线梯度加热装置5时，外层管材、内层管材以及待复合表面加热至目标梯度温度，在水冷芯棒602的冷却作用下，外层管材温度和内层管材温度之间形成稳定的温度梯度ΔT。

S2、高速波平轧制：设定高速轧制复合设备目标孔型尺寸，启动高速轧制复合设备，通过梯度内冷波纹辊系4中的旋转接头404注入循环冷却水，冷却水首先进入内冷却芯管4032后从第二进水通孔4035喷出，再通过增压圆环4037增加水压后在第一挡环4033和第二挡环4034的阻挡下流喷入与第二进水通孔4035一一对应的第一进水通孔4021中，然后冷却水又流入设在第一进水通孔4021位置处的环形水冷槽4022中，再通过沿轴向布置的输水槽4023流入每一组环形水冷槽4022，满水状态下的环形水冷槽4022充分吸收轧制过程中产生的热量，最后环形水冷槽4022中的冷却水通过第一回水通孔4024和第二进水通孔4035流出至外冷却芯管4031中，再沿着外冷却芯管4031流出至旋转接头404实现回水，这样冷却水在梯度内冷波纹辊系4中不断循环流动带走轧制过程中产生的热量实现冷却作用。

对具有温度梯度ΔT的预制复合坯料进行轧制复合，以波纹段4012为中心向两侧进行梯度冷却，实现梯度内冷波纹辊系4温度均匀分布，预制复合坯料依次经过咬入段、波纹段、轧平段和扩径段，在梯度内冷波纹辊系4和水冷芯棒602共同作用下，吸收剧烈塑性变形产生的热量，确保预制复合坯料具有稳定的温度梯度ΔT，通过温度梯度ΔT控制组元金属的变形抗力，保证组元金属轴向延伸均匀，易于协调变形，同时避免出现预制复合坯料因温度升高产生大量金属间化合物从而降低复合界面结合强度的情况，随着预制复合坯料直径逐渐减小，壁厚逐渐减薄，实现复合界面冶金结合，获得初轧态无缝金属复合管，由输送轨道送出。

S3、精整成品入库：初轧态无缝金属复合管经过定径和精整等工序后，直径减小，壁厚减薄，复合界面冶金结合得以强化，达到目标成品尺寸，获得终轧态无缝金属复合管，去除头部和尾部后进行定尺寸切割，经过热处理后获得目标组元金属与复合界面综合性能，获得成品态无缝金属复合管，并包装入库。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种无缝金属复合管高速轧制复合设备，其特征在于：其包括传动系统（1）、机架（2）、压下系统（3）、梯度内冷波纹辊系（4）、在线梯度加热装置（5）和芯棒输送系统（6）；

所述梯度内冷波纹辊系（4）包括波平辊套（401）、辊芯（402）、冷却芯杆（403）和旋转接头（404），所述波平辊套（401）套设在所述辊芯（402）的外圈，所述冷却芯杆（403）安装在所述辊芯（402）的内圈，所述旋转接头（404）固定安装在所述冷却芯杆（403）远离所述辊芯（402）的端部；

所述波平辊套（401）包括沿轧制轴线方向依次设置的咬入段（4011）、波纹段（4012）、轧平段（4013）和扩径段（4014），所述波纹段（4012）入口侧设置有凸起波纹；

调控波纹段的凸起波纹的波高，实现对无缝金属复合管的空间复合界面形貌控制；

所述辊芯（402）包括第一进水通孔（4021）、环形水冷槽（4022）、输水槽（4023）和第一回水通孔（4024），所述辊芯（402）的外表面沿轴向设有多组环形水冷槽（4022）以及多组横向布置的输水槽（4023），所述第一进水通孔（4021）位于所述波平辊套（401）的所述波纹段（4012）所处的对应位置，且所述第一进水通孔（4021）绕所述辊芯（402）的轴向中心线均匀分布在中间所述环形水冷槽（4022）上，所述第一进水通孔（4021）两侧沿轴向设有多组第一回水通孔（4024），多组第一回水通孔（4024）绕所述辊芯（402）的轴向中心线均匀分布在两侧所述环形水冷槽（4022）上；

所述冷却芯杆（403）包括外冷却芯管（4031）、内冷却芯管（4032）、第一挡环（4033）和第二挡环（4034），所述冷却芯杆（403）在第一进水通孔（4021）的轴向对应位置处设置第二进水通孔（4035），所述第二进水通孔（4035）绕所述冷却芯杆（403）的轴向中心线均匀分布，所述第二进水通孔（4035）两侧分别设置有第一挡环（4033）和第二挡环（4034），所述外冷却芯管（4031）在所述第一回水通孔（4024）的轴向对应位置处设置第二回水通孔（4036）；

所述旋转接头（404）分别与所述外冷却芯管（4031）和所述内冷却芯管（4032）连接；

所述芯棒输送系统（6）包括芯棒小车（601）和水冷芯棒（602），所述水冷芯棒（602）固定在所述芯棒小车（601）上。

2.根据权利要求1所述的一种无缝金属复合管高速轧制复合设备，其特征在于：波纹段（4012）的凸起波纹的波高为：

；

其中，X表示凸起波纹圆心横坐标，单位为mm；α表示碾轧角，单位为°； L表示凸起波纹的宽度，单位为mm；y ₃为凸起波纹的波高，单位为mm；y ₂为圆心纵坐标，单位为mm；y ₁为圆心纵半径，单位为mm。

3.根据权利要求1所述的一种无缝金属复合管高速轧制复合设备，其特征在于：所述第二进水通孔（4035）的上端设置增压圆环（4037），且所述增压圆环（4037）设置在所述第一挡环（4033）和所述第二挡环（4034）之间。

4.根据权利要求1所述的一种无缝金属复合管高速轧制复合设备，其特征在于：所述第二进水通孔（4035）与所述第一进水通孔（4021）沿径向一一对应设置，所述第二进水通孔（4035）贯穿所述外冷却芯管（4031）和所述内冷却芯管（4032），所述第二回水通孔（4036）贯穿所述外冷却芯管（4031）。

5.根据权利要求1所述的一种无缝金属复合管高速轧制复合设备，其特征在于：以所述波纹段（4012）所对应位置处的所述环形水冷槽（4022）为中心，两侧所述环形水冷槽（4022）的分布间距依次减小或者两侧所述环形水冷槽（4022）上的所述第一进水通孔（4021）的直径依次增大。

6.根据权利要求1所述的一种无缝金属复合管高速轧制复合设备，其特征在于：所述第一回水通孔（4024）与所述第一进水通孔（4021）沿所述辊芯（402）周向交错布置，且贯穿所述辊芯（402）。

7.根据权利要求1所述的一种无缝金属复合管高速轧制复合设备，其特征在于：所述输水槽（4023）沿所述辊芯（402）轴向贯穿每一组所述环形水冷槽（4022）。