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目前雙金屬復(fù)合管的生產(chǎn)方法主要包括冷成型法、熱成型法、離心鑄造法、離心鋁熱劑法、爆炸焊成型法、電磁成型法等等。 冷成型法:冷成型制造工藝的基本特征是將預(yù)加工好的薄壁不銹鋼管套入碳鋼管中,然后通過機(jī)械方法使不銹鋼管緊緊貼合在碳鋼管內(nèi)壁上。薄壁不銹鋼管有兩種獲得途徑:一種是通過選擇合適規(guī)格的無縫不銹鋼管,通過旋壓的方法使之變薄,達(dá)到要求的外徑和厚度;另一種是用薄的不銹鋼板或鋼帶在專用的制管機(jī)上用tig焊接成直縫或螺旋縫不銹鋼管。采用拉拔、脹接、旋壓和滾壓等方法使不銹鋼管緊緊貼合在碳鋼管內(nèi)壁上,其中拉拔和脹接為常用。拉拔是取兩根分別制成的無縫鋼管,將一根套在另一根外面,然后將兩管通過一模具同時(shí)進(jìn)行拉拔,從而實(shí)現(xiàn)緊密配合的機(jī)械結(jié)合。 冷成型復(fù)合管的優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)工藝比較簡單,價(jià)格較便宜。缺點(diǎn)是界面非擴(kuò)散結(jié)合,只是依靠對外層進(jìn)行的冷加工來獲得緊密配合,因此冷加工復(fù)合管如果遭遇高溫就有分層傾向,復(fù)合管會(huì)因應(yīng)力釋放而失效。這就限制了冷加工管的使用環(huán)境和應(yīng)用領(lǐng)域。脹接分機(jī)械脹接和液壓脹接兩種。機(jī)械脹接是目前生產(chǎn)不銹鋼復(fù)合管的一種主要方法,它是利用滾脹芯軸回轉(zhuǎn)擠壓使復(fù)合管內(nèi)管發(fā)生塑性變形,外管發(fā)生彈性變形,從而使復(fù)合管的外管對內(nèi)管產(chǎn)生接觸壓力,以達(dá)到復(fù)合管內(nèi)外壁的緊密貼合。液壓脹接原理與機(jī)械脹接相同,只是用管內(nèi)高壓水施壓代替滾脹芯軸回轉(zhuǎn)擠壓。機(jī)械脹接時(shí)脹接力大小難以確定,易發(fā)生欠脹或過脹,且多次滾脹易造成襯里開裂。液壓脹接時(shí)脹接力均勻且大小可進(jìn)行計(jì)算,因此更具優(yōu)越性。兩種脹接法的共同缺點(diǎn)是內(nèi)外層只是機(jī)械結(jié)合,和拉拔成型一樣,在高溫環(huán)境下會(huì)因應(yīng)力松弛而分層失效。
軋制是一種傳統(tǒng)的制備復(fù)合金屬的方法。熱軋復(fù)合實(shí)質(zhì)上屬于壓力焊,如果變形量足夠大,軋輥施加的壓力就會(huì)破壞金屬表面的氧化膜,使表面達(dá)到原子接觸,從而使兩表面焊在一起。軋制的優(yōu)缺點(diǎn)分別為:優(yōu)點(diǎn):生產(chǎn)率高、質(zhì)量好、成本低,并可大量節(jié)省金屬材料的損耗,因此是目前應(yīng)用極為廣泛的復(fù)合材料生產(chǎn)技術(shù)。軋制結(jié)合的復(fù)合板占復(fù)合板總產(chǎn)量的90%,而且經(jīng)常應(yīng)用于壁厚小于32mm的管材的加工。缺點(diǎn):一次性投資大,而且很多材料組合不能通過軋制復(fù)合實(shí)現(xiàn)。目前應(yīng)用廣泛的還是利用軋制工藝進(jìn)行碳鋼、不銹鋼有縫復(fù)合管的制造。 熱擠壓一般是針對雙金屬管坯進(jìn)行的,稱為復(fù)合擠壓(coextrude)。復(fù)合擠壓目前是生產(chǎn)不銹鋼和高鎳合金無縫復(fù)合管的好方法,日本制鋼所利用這種方法生產(chǎn)8in(203.2mm)以下的雙金屬復(fù)合管。它是將兩種以上的金屬組成的一大直徑復(fù)合坯料加熱到1200℃左右,然后擠過由模具和芯軸形成的環(huán)狀空間。當(dāng)擠壓坯料截面縮減到10:1時(shí),高的擠壓壓力和溫度會(huì)在界面處產(chǎn)生“壓力焊”的焊接效應(yīng),促進(jìn)界面間的快速擴(kuò)散和廣泛結(jié)合,實(shí)現(xiàn)界面的冶金結(jié)合。擠壓前的復(fù)合管坯制造方法有三種:由鍛造坯料通過熱穿孔和放大擠壓獲得;直接離心旋鑄;用耐蝕粉末顆粒。也有內(nèi)外兩種金屬原材料均采用粉末的,稱為“nuval”工藝,可以開發(fā)新型合金,但粉末制備成本太高。 復(fù)合擠壓的優(yōu)缺點(diǎn)分別為:優(yōu)點(diǎn):界面為冶金結(jié)合;擠壓過程中涉及的力完全是壓應(yīng)力,因此特別適合于熱加工性不好、塑性低的高合金金屬的加工。缺點(diǎn):由于結(jié)合決定于擠壓過程中極短時(shí)間內(nèi)的元素界面擴(kuò)散,通常會(huì)因氧化物膜的存在而受到影響,因此目前復(fù)合擠壓僅限于碳鋼、不銹鋼和高鎳合金間的復(fù)合。需要指出的是,熱擠壓的變形抗力小,允許每次變形程度大,導(dǎo)致表面粗糙度較高,因此也有先熱擠壓再進(jìn)行冷軋(或冷拔)制造復(fù)合管的方法。
目前金屬復(fù)合無縫管冷成型法大致有以下兩種:內(nèi)擴(kuò)漲型和外減徑型。內(nèi)擴(kuò)漲型,即:采用兩種材質(zhì)的無縫管相互穿套(如外管采用一般普碳鋼無縫鋼管,內(nèi)穿一薄壁不銹鋼管作為內(nèi)層金屬管),在內(nèi)管中施以高壓,使內(nèi)層無縫管發(fā)生塑性變形外層無縫管僅產(chǎn)生彈性變形,從而使內(nèi)管與外管緊密結(jié)合,形成雙金屬復(fù)合無縫管。外減徑型,即:仍采用兩種材質(zhì)的無縫管相互穿套,對外層管進(jìn)行減徑拉拔或軋制,使內(nèi)管與外管緊密結(jié)合,形成雙金屬復(fù)合無縫管。 內(nèi)擴(kuò)漲型和外減徑型工藝生產(chǎn)的金屬復(fù)合無縫管的不足之處在于:生產(chǎn)成本高昂,內(nèi)外管均必須采用現(xiàn)成的熱軋或冷拔無縫管,加上其后的內(nèi)漲或減徑工序使其制造成本大幅度上升;以上兩種類型的無縫管并非完全意義上的金屬復(fù)合,兩層金屬相互間并無冶金熔合,在受軸向力的情況下內(nèi)外兩層金屬難以傳遞和均衡外力,在需要熱傳遞的應(yīng)用領(lǐng)域,由于內(nèi)外兩層金屬間存在間隙,熱阻必將大幅度增加。 復(fù)合管的熱成型法:熱成型制造工藝包括熱軋和熱擠壓兩種方法,前者主要適用于有縫復(fù)合管的生產(chǎn),后者適用于無縫復(fù)合管的生產(chǎn)。
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