一种矿用高强无磁金属复合管的制作方法
【专利摘要】一种矿用高强无磁金属复合管，包括有作为内管的钛合金管，钛合金管外设有作为外管的铜合金管，钛合金管与铜合金管紧密复合；所选用的钛合金管室温下抗拉强度超过900MPa，延伸率大于10%，所选用的铜合金管时效态室温下抗拉强度超过700MPa，延伸率大于4%；将钛合金管与铜合金管进行复合；具有结构简单、不易断裂，可靠性高、服役寿命长，重量较轻，利于井下安装和制备方法简单的特点。
【专利说明】一种矿用高强无磁金属复合管
【技术领域】
[0001]本实用新型属于金属复合管【技术领域】，具体涉及一种矿用高强无磁钛合金-铜合金复合管及其制备方法。
【背景技术】
[0002]能源是国民经济和社会发展的关键物质基础，我国是一个缺油少气富煤的国家，以煤为主的能源结构在未来相当长时期内不会改变。近年来，我国煤矿的生产任务繁重，煤炭安全生产形势十分严峻，重特大瓦斯事故时有发生。瓦斯抽放是煤矿瓦斯治理的根本技术，国家煤矿安全瓦斯治理的十二字方针“先抽后采、以风定产、监测监控”中，“先抽后采”为重中之重。但是，我国瓦斯抽放技术与装备比较落后，在某些区域虽然对瓦斯进行了抽放，但普通钻探时无法对钻孔的实际轨迹进行随钻随测，造成实际钻孔轨迹与设计钻孔轨迹出现偏差，瓦斯抽放钻孔不到位，煤层出现瓦斯抽放盲区，突出事故仍时有发生。
[0003]基与“先抽后采”方针，目前最优选择为回转钻进钻孔和定向钻孔实施钻进。回转钻进钻孔测量系统利用地球重力场和地磁场，在钻进过程中，对钻孔轨迹的倾角、方位角进行测量并绘制钻孔轨迹，从而对相邻钻孔的设计布置进行理论指导，或进行区域及局部防突补孔，使该区域钻孔的设计及布置更加科学合理，有效消除抽放盲区；而定向钻机钻进系统可以实时地、更精确地对钻孔轨迹的倾角、方位角等进行监控，从而提高钻孔覆盖率和孔的有效进尺，加大钻孔揭煤距离，提高瓦斯抽放率，理论上可以实现真正意义上的先抽后米。
[0004]为了保证地磁测量的精确度，钻杆测量段必需采用无磁材料。目前国内外煤矿坑道钻探普遍选用高强度铍青铜作为无磁钻杆材料。该类合金在时效态使用，其抗拉强度超过lOOOMPa，硬度HRC超过30，延伸率2?10%。但是，目前铍青铜管材的加工工艺仍不稳定，实际生产出来的铍青铜管材往往强度、硬度偏高，而塑性过低，延伸率甚至只有2%左右。这就造成铍青铜无磁钻杆在使用过程中易于断裂，不管是进口还是国产铍青铜无磁钻杆，在进行定向钻孔施工过程中，均发生过多次断裂事故，使得螺杆钻具和测斜仪器掉落孔底，无法打捞，造成巨大的经济损失。
【发明内容】
[0005]为了克服上述现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种使用安全可靠的高强无磁金属复合管，具有结构简单、不易断裂，可靠性高、服役寿命长，重量较轻，利于井下安装和制备方法简单的特点。
[0006]为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是:一种矿用高强无磁金属复合管，其特征在于，包括有作为内管的钛合金管，钛合金管外设有作为外管的铜合金管，钛合金管与铜合金管紧密复合；所选用的钛合金管室温下抗拉强度超过900MPa，延伸率大于10%，所选用的铜合金管时效态室温下抗拉强度超过700MPa，延伸率大于4%。
[0007]所述的钛合金管管壁厚于铜合金管。
[0008]所述的金属复合管外径为3(Tl50mm，内径18?120mm，复合管长度为小于等于6000mm ;其中钛合金管的外径为28?147mm,壁厚5?35mm,长度为小于等于6000mm ;铜合金管的外径为30?150mm,内径28?147mm,壁厚1.0^5.0mm,铜合金管与钛合金管长度相等。
[0009]金属复合管为钛合金管与铜合金管的复合管,钛合金管起主承力作用，铜合金管起到防止碰磨起火花的作用。
[0010]本实用新型的复合管，钛合金管的室温拉伸性能为:O b彡900MPa，δ彡10% ;铜合金管的室温拉伸性能为:ob^ 700MPa, δ彡4%。
[0011]本实用新型与现有铍青铜等矿用高强无磁材料相比具有以下优点:该高强无磁金属复合管采用厚壁的钛合金管作为内管，起到主承力作用，其韧性远高于时效态的铍青铜，在使用过程中不易断裂，其可靠性更高、服役寿命更长；同等尺寸重量较低，利于井下安装。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]附图本实用新型复合管的结构示意图。
【具体实施方式】
[0013]下面结合实施例对本实用新型的技术方案作进一步的详细描述。
[0014]参见图1，一种矿用高强无磁金属复合管，包括有作为内管的钛合金管2，钛合金管外设有作为外管的铜合金管1，钛合金管2与铜合金管I紧密连接；所选用的钛合金管室温下抗拉强度超过900MPa，延伸率大于10%，所选用的钛合金管时效态室温下抗拉强度超过700MPa，延伸率大于4%。
[0015]所述的钛合金管管壁厚于铜合金管。
[0016]所述的金属复合管外径为3(Tl50mm，复合管长度为小于等于6000mm ;其中钛合金管的外径为28?147mm,壁厚5?35mm ;铜合金管的外径为30?150mm,壁厚1.0?5.0mm。
[0017]金属复合管为钛合金管与铜合金管的复合管,钛合金管起主承力作用；铜合金管起到防止碰磨起火花的作用。
[0018]钛合金管与铜合金管的复合采用采用如下方法之一:室温下钛合金管嵌套入具有
0.3^2.0mm正公差的铜合金管内后，在拉伸机上经过模具进行室温冷拉或30(T45(TC热拉或75(T900°C热拉复合；钛合金管直接穿入温度为75(T900°C、具有0.Γθ.5mm负公差的铜合金管内复合；温度为30(T450°C的钛合金管直接穿入具有0.Γ0.5mm负公差的铜合金管内复合。
[0019]完成复合的金属管置于箱式电阻炉或真空炉内在30(T45(TC保温l?4h进行时效处理，使铜合金管强化。
[0020]实施例1
[0021]本实施例金属复合管的外径为63.5mm,内径为42mm,长1500mm ;所选择的钛合金管材料为TC4钛合金,钛合金管外径为58.5mm,内径为42mm,长度1600mm ;所选择的铜合金管材料为QBe2铍青铜合金,外径为64.5mm,内径为59.3mm,壁厚为2.6mm,长度为1400mm。
[0022]本实施例的制备方法:将钛合金管与铜合金管进行复合，将经过退火处理且加工到净尺寸的TC4钛合金管嵌套入固溶态的QBe2铍青铜合金的铜合金管中，一端对齐；在室温下用拉伸机经具有圆形内孔的硬质模具进行拉制复合，拉制过程为两个道次，第一道次拉制所选用模具内孔尺寸为64mm，第二道次拉制所选用模具内孔尺寸为63.5mm。
[0023]本实施例拉制复合完成的管材经315°C保温3h时效处理后获得成品。钛合金管的室温拉伸性能为:ob:970MPa, δ:15% ;铜合金管的室温性能为:ob:1220MPa, δ:4%0
[0024]实施例2
[0025]本实施例金属复合管的外径为30mm，内径为20mm，长100mm ;所选择的钛合金管材料为TC6钛合金，外径为28mm，内径为20mm，长度IlOOmm ;所选择的铜合金管材料为QTi3.5-0.2钛青铜合金，外径为30.8mm,内径为28.6mm，壁厚为1.1mm，长度为900mm。
[0026]本实施例的制备方法:将钛合金管与铜合金管进行复合，将经过退火处理且加工到净尺寸的TC6钛合金管嵌套入QTi3.5-0.2钛青铜合金的铜合金管中，一端对齐；使用管式电阻加热炉将嵌套后的金属管复合管加热到450°C，在拉伸机上经具有圆形内孔的硬质模具进行拉制复合，拉制过程为两个道次，第一道次拉制所选用模具内孔尺寸为30.4mm，第二道次拉制所选用模具内孔尺寸为30mm。
[0027]本实施例拉制复合完成的管材经400°C保温4h时效处理后获得成品。钛合金管的室温拉伸性能为:ob:1050MPa, δ:15% ;铜合金管的室温性能为:ob:880MPa, δ:8%0
[0028]实施例3
[0029]本实施例金属复合管的外径为73mm,内径为55mm,长3000mm。所选择的钛合金管材料为TA15钛合金,外径为68mm,内径为55mm,长度3100mm ;所选择的铜合金管材料为QBel.9铍青铜合金，外径为75mm，内径为69.6臟，壁厚为2.7mm，长度为2700mm。
[0030]本实施例的制备方法:将钛合金管与铜合金管进行复合，将经过退火处理且加工到净尺寸的TA15钛合金管穿入固溶态的QBel.9铍青铜合金外管中，一端对齐；使用高频感应加热炉将嵌套后的金属复合管加热到790°C，在拉伸机上经具有圆形内孔的硬质模具进行拉制复合，拉制过程为两个道次，第一道次拉制所选用模具内孔尺寸为74mm，第二道次拉制所选用模具内孔尺寸为73_。
[0031]本实施例拉制复合完成的管材经320°C保温3h时效处理后获得成品。钛合金管的室温拉伸性能为:ob:990MPa, δ:16% ;铜合金管的室温性能为:ob:1180MPa, δ:5%0
[0032]实施例4
[0033]本实施例金属复合管的外径为90mm，内径为60mm，长3000mm ;所选择的钛合金管材料为TCll钛合金，外径为80mm,内径为60mm,长度3100mm ;所选择的铜合金管材料为QTi6-l钛青铜合金，外径为89.5mm,内径为79.5臟，壁厚为5.0mm，长度为3100mm。
[0034]本实施例的制备方法:将钛合金管与铜合金管进行复合，将经过退火处理且加工到净尺寸的的TCll钛合金管一端加装一个最大外径80mm的TCll钛合金锥形导引头，将QTi6-l钛铜合金管一端向外翻边,翻边长度15mm ;使用感应加热炉将该铜合金管加热到80(T85(TC，将翻边固定；在拉伸机上将钛合金管有锥形导引头一端从翻边处开始穿入铜合金管中，使铜合金管内壁与钛合金管外壁紧密贴合。
[0035]本实施例拉制复合完成的管材经370°C保温3h时效处理后获得成品。钛合金管的室温拉伸性能为:ob:1040MPa, δ:17% ;铜合金管的室温性能为:ob:990MPa, δ:4%0
[0036]实施例5
[0037]本实施例金属复合管的外径为150mm，内径为120mm，长3000mm。所选择的钛合金管材料为TC4钛合金，外径为147mm，内径为120mm，长度3200mm ;所选择的铜合金管材料为QTi3.5-0.2钛青铜合金，外径为149.8mm,内径为146.8mm，壁厚为1.5mm，长度为3200mm。
[0038]本实施例的制备方法:将钛合金管与铜合金管进行复合，将经过退火处理且加工到净尺寸的TC4钛合金管一端机加工成一个长度10mm的锥形段，将QTi3.5-0.2钛青铜合金管一端向外翻边，翻边长度1mm ;使用电阻加热炉将该TC4钛合金管加热到430°C，将翻边固定；在拉伸机上将TC4钛合金管有锥形段一端从翻边处开始穿入QTi3.5-0.2钛青铜合金管中，使QTi3.5-0.2钛青铜合金管内壁与TC4钛合金管外壁紧密贴合。
[0039]本实施例拉制复合完成的管材经420°C保温2h时效处理后获得成品。内管的室温拉伸性能为:ob:960MPa, δ:17% ;外管的室温拉伸性能为:ob:860MPa, δ:8%0
[0040]以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
【权利要求】
1.一种矿用高强无磁金属复合管，其特征在于，包括有作为内管的钛合金管，钛合金管外设有作为外管的铜合金管，钛合金管与铜合金管紧密复合；所选用的钛合金管室温下抗拉强度超过900MPa，延伸率大于10%，所选用的铜合金管时效态室温下抗拉强度超过700MPa，延伸率大于4%。
2.根据权利要求1所述的一种矿用高强无磁金属复合管，其特征在于，所述的钛合金管管壁厚于铜合金管。
3.根据权利要求1所述的一种矿用高强无磁金属复合管，其特征在于，所述的金属复合管外径为3(Tl50mm，内径18?120mm，复合管长度为小于等于6000mm ;其中钛合金管的外径为28?147mm,壁厚5?35mm,长度为小于等于6000mm ;铜合金管的外径为30?150mm,内径28?147mm，壁厚1.(Γ5.0mm，铜合金管与钛合金管长度相等。
【文档编号】F16L9/02GK204042218SQ201420295724
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年6月5日 优先权日:2014年6月5日
【发明者】不公告发明人 申请人:陕西太合科技有限公司