大气环境下生产冶金式复合管的感应钎焊装置及其方法与流程

本发明属于钢管制造技术领域，具体涉及一种大气环境下生产冶金式复合管的感应钎焊装置；本发明还涉及使用该装置生产冶金式复合管的方法。

背景技术：

双金属复合管由于兼备碳钢管优异的力学性能和耐蚀合金衬层的耐蚀性能，同时具有极高的性价比，近年来在油气开发、海水淡化、化工、食品、电力等行业得到了日益广泛的应用。双金属复合管按照其复合方式可以分为机械式复合管和冶金式复合管。机械式复合管一般采用旋压法、液压法、爆燃法等方式生产，其制造技术相对简单，成本较低，但存在基衬结合强度不高，容易发生基衬分离而导致鼓包、塌陷等缺陷，严重限制了其应用前景。冶金式复合管一般采用离心铸造、复合板卷焊、真空钎焊等方式生产，基衬界面由于是冶金结合，其结合强度较高，使用的安全性和稳定性相比机械式复合管大大提高，但由于存在制造工艺相对复杂、设备投入成本较高的缺点，目前实际应用不多。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种大气环境下生产冶金式复合管的感应钎焊装置，解决了现有冶金式复合管生产过程中制造工艺复杂、设备投入成本较高的问题。

本发明的另一目的是提供一种利用上述装置生产冶金式复合管的方法。

本发明所采用的技术方案是，一种大气环境下生产冶金式复合管的感应钎焊装置，包括控制系统，控制系统分别与调速电机组、感应加热电源、测温仪及冷却装置连接，调速电机组与用于支撑复合管行走的滚轮架连接，感应加热线圈与感应加热电源连接，感应加热线圈、测温仪和冷却装置依次沿滚轮架的传送方向设置。

本发明的特征还在于，

控制系统包括主控模块，主控模块分别与输入模块、内存模块、显示模块和通信接口连接；主控模块采用ATmega16，输入模块采用电容触摸屏，内存模块采用LPC2292FBD144 flash存储器，显示模块采用LED显示屏，通信接口为USB 2.0接口。

调速电机组的型号为YTC-280-4A；测温仪的型号为Marathon MM G5L；冷却装置为水冷装置或风冷装置。

本发明所采用的另一技术方案是，一种大气环境下生产冶金式复合管的感应钎焊方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，分别对基管和衬管的内外表面清理；

步骤2，在衬管外表面缠绕或涂覆钎料，将基管和衬管进行装配，使基管套在衬管外；

步骤3，通过机械复合方法将基管和衬管进行复合，得机械式金属复合管,随后对其进行机械矫直，并对机械式复合管管端衬管伸出基管的多余部分进行切除；

步骤4，在大气环境下，将步骤3所得复合管置于感应钎焊装置内，调整感应加热温度，进行钎焊，经冷却后，再对冶金式复合管的内外表面进行表面处理。

本发明的特征还在于，

步骤1中，基管和衬管的内外表面清理方法为擦拭、吹气、喷砂、喷丸、机械打磨、酸洗中的一种或多种。

步骤2中，钎料为锡铅钎料、镍基钎料或铜基钎料中的一种。

步骤3中，机械复合方法为旋压法、液压法或爆燃法。

步骤4中，钎焊过程中的加热温度为275～1175℃，管体行走速度为0.1～1m/min。

步骤4中，冷却方式为自然冷却、风冷或喷水冷却；表面处理方法包括喷砂、喷丸、机械打磨、酸洗、冲洗、风干、擦拭或涂覆。

本发明的有益效果是，本发明方法制造的冶金式金属复合管有效解决了机械式金属复合管基衬结合强度不高的难题，且与传统冶金式复合管的复杂工艺相比，无需真空环境，工艺简单、成本低廉、生产效率高、能耗低，同时基衬结合强度高，并兼具基管优异的力学性能和衬管的耐蚀性能。

附图说明

图1为本发明大气环境下生产冶金式复合管的感应钎焊装置的结构示意图；

图2为本发明大气环境下生产冶金式复合管的感应钎焊装置中控制系统的结构示意图。

图中，1.控制系统，2.调速电机组，3.感应加热电源，4.测温仪，5.冷却装置，6.滚轮架，7.感应加热线圈，8.主控模块，9.输入模块，10.内存模块，11.显示模块，12.通信接口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种大气环境下生产冶金式复合管的感应钎焊装置的结构如图1所示，包括控制系统1，控制系统1分别与调速电机组2、感应加热电源3、测温仪4及冷却装置5连接，调速电机组2与用于支撑复合管行走的滚轮架6连接，感应加热线圈7与感应加热电源3连接，感应加热线圈7、测温仪4和冷却装置5依次沿滚轮架6的传送方向设置。其中，控制系统1包括主控模块8，主控模块8分别与输入模块9、内存模块10、显示模块11和通信接口连接12。主控模块8采用ATmega16，输入模块9采用电容触摸屏，内存模块10采用LPC2292FBD144flash存储器，显示模块11采用LED显示屏，通信接口12为USB 2.0接口，如图2所示。调速电机组2的型号为YTC-280-4A。测温仪4的型号为Marathon MM G5L。冷却装置5为水冷装置或风冷装置。

本发明一种大气环境下生产冶金式复合管的感应钎焊方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，分别对基管和衬管的内外表面清理：基管和衬管的内外表面清理方法为擦拭、吹气、喷砂、喷丸、机械打磨、酸洗中的一种或多种。

步骤2，在衬管外表面缠绕或涂覆钎料，将基管和衬管进行装配，使基管套在衬管外；钎料为锡铅钎料、镍基钎料或铜基钎料中的一种。

步骤3，通过机械复合方法将基管和衬管进行复合，得机械式金属复合管,随后对其进行机械矫直，并对机械式复合管管端衬管伸出基管的多余部分进行切除；机械复合方法为旋压法、液压法或爆燃法。

步骤4，在大气环境下，将步骤3所得复合管置于感应钎焊装置内，调整感应加热参数，进行钎焊，经冷却后，可根据实际情况将复合管再次通过感应加热线圈进行热处理，再对冶金式复合管的内外表面进行表面处理。钎焊或热处理过程中的加热温度为275～1175℃，管体行走速度为0.1～1m/min。冷却方式为自然冷却、风冷或喷水冷却；表面处理方法包括喷砂、喷丸、机械打磨、酸洗、冲洗、风干、擦拭或涂覆。

实施例1

将(45#+304)材质的机械式复合管钎焊成冶金式复合管，规格为60×(5+1)：

分别清理基管的内表面和衬管的内外表面。在衬管外表面缠绕一层锡铅钎料，要求钎料紧密、均匀布满衬管外表面，且无搭接、无缝隙。将基管和衬管进行装配，基管在外、衬管在内。采用机械复合方法将基管和衬管进行复合，得到机械式金属复合管，并对机械式复合管进行机械矫直。将机械式复合管两端衬管伸出的多余部分进行切除。在大气环境下，让含有钎料的机械式复合管匀速通过感应钎焊炉，管体行走速度为0.1m/min，同时调整感应加热线圈加热电流使复合管出炉温度为280℃。加热后采用自然冷却方式进行冷却。最后，对该冶金式复合管的外表面进行了打磨处理，对内表面进行了酸洗处理，以清除钎焊后复合管表面的氧化皮。

采用该方法生产的冶金式复合管，经剪切分离测试，其结合强度达到15MPa。超声探伤结果表明，贴合率达60.0％。

实施例2

将(20#+316L)材质的机械式复合管钎焊成冶金式复合管，规格为114×(10+2)：

分别清理基管的内表面和衬管的内外表面。在衬管外表面缠绕一层铜基钎料，要求钎料紧密、均匀布满衬管外表面，且无搭接、无缝隙。将基管和衬管进行装配，基管在外、衬管在内。采用机械复合方法将基管和衬管进行复合，得到机械式金属复合管，并对机械式复合管进行机械矫直。将机械式复合管两端衬管伸出的多余部分进行切除。在大气环境下，让含有钎料的机械式复合管匀速通过感应钎焊炉，速度约为0.4m/min。调整感应加热线圈加热电流使复合管出炉温度约为870℃。随后采用喷水冷却至室温。将水冷到室温的复合管再次通过感应加热线圈进行回火，加热温度为620℃，速度0.35m/min，加热后采用自然冷却方式进行冷却。最后，对该冶金式复合管的外表面进行了打磨处理，对内表面进行了酸洗处理，以清除钎焊后复合管表面的氧化皮。

采用该方法生产的冶金式复合管，经剪切分离测试，其结合强度达到45.1MPa。超声探伤结果表明，贴合率达88.2％。

实施例3

将L360QS+825材质的机械式复合管钎焊成冶金式复合管，规格为89×(6+1.5)：

分别清理基管的内表面和衬管的内外表面。在衬管外表面缠绕一层镍基钎料，要求钎料紧密、均匀布满衬管外表面，且无搭接、无缝隙。将基管和衬管进行装配，基管在外、衬管在内。采用机械复合方法将基管和衬管进行复合，得到机械式金属复合管，并对机械式复合管进行机械矫直。将机械式复合管两端衬管伸出的多余部分进行切除。在大气环境下，让含有钎料的机械式复合管匀速通过感应钎焊炉，管体行走速度为1m/min，同时调整感应加热线圈加热电流使复合管出炉温度约为1175℃，采用喷水冷却至室温，随后将复合管再次通过感应加热线圈进行回火，加热温度为650℃，加热后采用风冷的方式进行冷却。最后，对该冶金式复合管的外表面进行了打磨处理，对内表面进行了酸洗处理，以清除钎焊后复合管表面的氧化皮，最后涂覆防腐油漆。

采用该方法生产的冶金式复合管，经剪切分离测试，其结合强度达到252.1MPa。超声探伤结果表明，贴合率95.8％。基管抗拉强度达710MPa以上，衬管晶间腐蚀测试合格。

本发明具有以下优点：

1、冶金质量好。通过多次试验和改进，利用该方法生产的冶金式复合管基衬剪切分离强度大于200MPa，通常为230MPa以上。特别是经过二次或多次感应加热后，同时保留了基管的高强度和衬层优异的耐蚀能力。同时，由于衬管的热膨胀系数一般大于基管，因此在感应钎焊时，基衬间隙进一步缩小，基衬贴合率较高，达95％以上；同时可以减少钎料用量，降低材料成本。

2、成本低廉。由于本发明提供的方法是在传统机械式复合管生产技术基础上，在大气环境下通过感应加热的方式进行钎焊冶金结合，因此该方法无需真空环境，增加工序少，钎料用量少，总体相对于机械式复合管成本提高较少，是一种成本低廉的冶金式复合管生产方法。

3、选材范围广。除传统的奥氏体不锈钢内衬(如300系列、镍基合金系列)外，该技术在衬管材质方面为客户提供了更多选择余地。特别是衬管屈服强度高于基管屈服强度、但热膨胀系数大于基管材质的场合(如双相不锈钢)，该技术可以较好地解决机械式复合管结合强度不高的问题，同时兼顾性价比。

4、应用前景广阔。由于超小规格和超大规格管道方面，纯材管线和复合板卷焊冶金式复合管分别更具价格优势，因此该技术下生产的冶金式金属复合管在中型规格(Φ60～Φ323)方面更具有价格优势。同时，该规格范围基本覆盖了金属复合管市场需求的大半，应用前景十分广阔。