专利名称：多层管及其制备方法
技术领域：
本发明是关于多层管及其制备方法的。多层管主要应于高抗腐蚀或抗磨损领域。
背景技术：
使用多层管来制备耐腐蚀的贮压器或者传压管比使用相应的材料更经济。它是通 过将压力分解到一个细的，耐腐蚀的内层(如抗锈抗酸的钢材)和一个高强度的压力系数 稳定的外层上(例如偏细晶粒结构钢)。这样可以大大降低耗钢量，而所使用的大部分钢材 也可以用价格较低的材料代替。磨损系数一定的管路可以通过采用(例如使用机械连接)多层管从而达到一定的 产品质量等级，因为多层管的内层能够采用高强度高硬度的钢材等材料，而这些材料本身 并不能或者很难被加工成管子。多层管的材料层之间的连接有很多种可能形式，原则上材料的可连接性只是通过 每种相对应的加工技术来限定的。在管罩的结构中有如下区别内管和外管之间采用完全的冶金性连接(这需要采用半成品类型的金属板)，内 管和外管之间采用完全的机械连接(如摩擦连接)，主要是指边缘焊接在一起的内金属板 和外金属板之间的连接。根据现有的技术条件，这两种多层管的制备方法如下对于各层之间冶金性连接的多层管，可以使用半成品的相连接的金属板(金属板 是由两种不同(钢)材料组成)。多层管将按照如下步骤生产出来首先是通过轧板机或者喷洒电镀机来生产连接的金属板。然后按照通常的步骤(例如借助弯曲轧辊机或压弯机进行管定型。然后是焊接，多层管的外壁根据所使用的材料按照一般的管焊接步骤进行，内壁 的焊接同样根据所使用的材料进行。在现有技术条件下，这种的方法的缺点在于，一方面制作半成品的成本较高，由此 带来的最终产品成本也较高；另一方面由于半成品的性能极其有限，因而导致用它制作的 管子实用性不足。据发明者及申请人所知，目前世界上只有极少有轧板机这种生产多层板 的设备，如在奥地利和日本，而在德国没有这样的设备。同样，也极少有喷洒电镀机，只有在 德国布尔巴赫有少数这种设备，但其使用的生产技术复杂性并且成本过高。另外值得注意 的是，只有非常小的生产批量才可以使用这种方法。此外通过这种方法加工的原材料的数 量是有限的。如果磨损系数一定的钢材由于其高含碳量而不能或者很难被焊接，那么就不 适合做内管。而对于机械连接的多层管，多个(优选两个)高质量成品管作为生产多层管的半成品来使用。这一过程借助于两个管子的示例说明如下两个已抛光管由可以彼此结合且无摩擦移动的原材料制备成适当契合，并且外管 必须显示出比内管更高的屈服强度。通过膨胀(机械的，例如膨胀压或液压，交错排列的管子通过这种压力被压进一 个包着外管的冲模中)内管在外管的弹性扩张下被压进外管中。膨胀力消失后，外管由于 其更高的回弹压力，从而包住内管。最后，这两种材料在正面被焊接起来。在现有技术条件下，这种方法的缺点在于外管必须具备比内管更高的屈服强度， 否则，与内管加紧所需要的由于外管的高伸缩性而导致的回弹将会不起作用。这也是一个 非常致命的弱点，因为高屈服强度材料，比如高强度钢，其对于抗侵蚀的多层管的内管非常 有好处，但却有高或非常高的强度使得不适合用语这种制备。
发明内容
基于上述分析，在现有技术条件下，本发明的目标是提高一种多层管及其生产方 式，以便于一方面既能够避免上述使用轧板机和喷洒电镀机机器时需要用到半成品的缺 点，另一方面，可以摆脱现有技术条件下，多层管制备方法中各层之间摩擦形成的机械连接 带来的诸多限制。根据本发明，这一目标首先基于本发明是通过借助于弯曲轧辊机的多层管的制备 方法来解决的，其中，将要结合形成多层管的单体材料彼此重叠放置，然后这样放置的多层材料借助于弯曲轧辊机形成一个多层管，并在多层管形成的 最后阶段，在弯曲轧辊机和/或在后期使用中会用到的弯曲机中，每个作为内管的材料层 (内管并不需要完全成型，但是在横截面上形成一个圆弧，能在多层管底部形成一个槽)被 压进了每个作为外管的材料层中。另外通过由基于本发明的方法制备的多层管，在这里能够避免轧板机和/或喷 洒电镀机所带来的半成品的浪费作为内管的材料层在管子形成过程中，在弯曲轧辊机和 /或在一般情况下管子最终形成所必需的弯曲机中，受力均勻的被压进作为外管的材料层 中，并且在每个外管中由于摩擦作用使其固定，不需要将多层管扩大，因此也就避免了上述 缺点。需要指出在个别情况下在弯曲轧辊机中完成最终成型也是可能的，例如在短的弯曲 轧辊机中，就可以实现管最终成型的功能。在这种情况下，基于本发明的步骤中就不再使用 弯曲机。在基于本发明所述的多层管制备方法的优选实施方式中，将要结合形成多层管的单体材料彼此重叠放置，然后材料层间的第一连接处形成，各材料层，主要沿位于上方的材料层纵向或者 横向边，或者主要是沿一条(可能只是假想的)与所述边相平行的线，相互连接起来。经过上述加工的多层材料借助于弯曲轧辊机形成管，在这一过程中由于来自轧辊 机从上到下的压力在材料层之间形成恒定的紧摩擦，在成型过程中，材料层相互之间可以 调整的部分由于内管和外管弯曲半径不同而彼此可以移动。在一定的成型步骤后，材料层之间至少另一处连接被形成，过程如下在位于的上层材料层的另一位置，优选为沿上层材料层的另一条横向或纵向边或优选沿另一条(可能 只是假想的)线，其为平行的以形成相互连接。然后多层管助于弯曲轧辊机和/或弯曲机最终形成，在这一过程中最终成型的材 料层相互之间不再移动，这样，作为内管的材料层也就被压进作为外管的材料层之中。如果在上文中指的是沿一条边或者沿一条(优选只是假想)线的连接，那么它就 指代了沿边或线的每种连接方式，无论沿整条边或整条线，或者只沿边或线的一部分，或者 只是单个点(如焊接点)或两个点(优选是边或线的终点)，或者边或线上单独的点，的连 接是否存在，这些连接方式都是相同的。上述发明所述的，借助于弯曲轧辊机的多层管生产方式另一种优选实施方式中，材料层之间的第一处连接通过材料层沿位于上层材料层的一条纵向或横向边相 互连接形成，在一定的成型步骤后，沿位于位于上层材料层的第二纵向或横向边，材料层间的 至少另一连接形成。在一定的成型步骤后，材料层之间的另一处连接的50%到不足100%的能够实现。上述发明所述的，借助于弯曲轧辊机的双层管(包括内管和外管)作为多层管的 制备方法的第二优选实施方式中，一定成型之后，材料层的再一连接出现。成型度——用 Ffor表示，以百分比的形式给出，计算如下
F
rM
σ \ 丄■ (DA-2-SA-SI)-n . (Zv +1)
1 ——1---———--------
(DA-SA)-π — (DA-2-SA-SI)-n
ν
100DA指外管直径，单位mmSA指外管壁厚，单位mm，SI指内管壁厚，单位mm，σ I指内管屈服强度，单位N/mm2，Zs指弹性附加值，以百分比的形式给出，E指弹性系数(E-系数)，单位N/mm2。上述Ffor表达式的推导过程如下外管中性纤维的长度——这里用Lnfa来表示，是Lnfa = (DA-SA) · π内管中性纤维的长度——这里用Lnft来表示，是Lnfa = (DA-2 · SA-SI) · π在管百分之百形成度的条件下任意板边的移动为Lfv = Lnfa-Lnft达到弹性界限的内管的应力——这里用ε St表示，则为εχΙ = ^r
E达到屈服强度的弹性长度是Lst = ε st · Lnft · (Z+l)
5
成型度用Fto来表示，以百分比的形式给出(值在0-1之间)。在成型过程中，材 料层间的另一连接会出现
LFfnr = ^-Tl
zA换算成百分比的形式如下Ffor=(X-1^)-XQQ
厶汴DA指外管直径，单位mmSA指外管壁厚，单位mmSI指内管壁厚，单位mmσ I指内管屈服强度，单位N/mm2Zs指弹性附加值，以百分比的形式给出E指弹性系数(E-系数)单位N/mm2。这样就得到了开始时给出的Fto的计算公式，成型度以百分比的形式给出，在这一 塑性过程中材料层之间的另一处连接出现。引入弹性附加值，是考虑到在这一过程层材料 层之间至少另一处连接的固定具有不确定性，并且可以通过相对于外管来说所需要的内管 压力的实现得到平衡。可以通过一些实例来说明上述内容，最大值和最小值以及典型取值都是与成型度 相关，在成型过程中材料层的至少另一处连接会出现。表1 材料层之间另一处连接的形成步骤的示例说明。
参数单位最小可能取值典型取值最大可能取值DAmm4067622500SAmm252012SImm10310 IN/mm2100350480Zs%0%50%15%EN/mm2210.000210.000210.000表2 表1中材料层之间另一处连接的成型度大小
权利要求
一种借助于弯曲轧辊机的多层管(5)的制备方法，其特征在于将要结合成多层管(5)的材料层(1，2)彼此重叠放置，其中作为外管的材料层(2)形成基层，其沿其两纵向边或与所述边平行的边，优选为焊接边，形成一个对接边(10a，10b)，并且上层的材料层(1)位于对接边(10a，10b)之间，进而使得多层材料借助于弯曲轧辊机形成一个多层管(5)，其中，作为内管的材料层(1)被夹在对接边(10a，10b)之间，并在管成型的最后阶段，在弯曲轧辊机和/或后期使用的弯曲机中，作为内管的材料层(1)被压进作为外管的材料层(2)中。
2.根据权利要求1所述的借助于弯曲轧辊机的多层管(5)的制备方法，其特征在于 作为内管的材料层(1)在最终形成的多层管(5)的横截面上形成一个圆弧，进而在多层管 底部形成一个凹槽。
3.根据权利要求1或2所述的借助于弯曲轧辊机的多层管(5)的制备方法，其特征在 于将要结合形成多层管(5)的材料层(1，2)彼此重叠放置，位于上方材料层(1)的边与对 接边之间留有一个缝隙，它在管成型过程中闭合。
4.根据权利要求1、2或3所述的借助于弯曲轧辊机多层管(5)的制备方法，其特征 在于在管成型后，每个作为内管的材料层(1)通过力的作用被推进作为外管的材料层中(2)，形成套筒，使得管(5)相互插套。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的借助于弯曲轧辊机多层管(5)的制备方法，其特征 在于所述多层管(5)通过外管(2)沿管缝(8)的焊接(7)闭合起来。
6.多层管(5)，其特征在于每个位于内部的材料层(1)与每个位于外部的材料层(2) 相比，有更高的屈服强度或伸展界限，并且在整个表面上不存在相邻层的冶金性连接。
7.根据权利要求6所述的多层管(5)，其特征在于至少有一个材料层(1，2)由金属板 组成。
8.根据权利要求7所述的多层管(5)，其特征在于至少有一个材料层(1，2)由钢板组成。
9.根据权利要求8所述的多层管(5)，其特征在于所述多层管为双层管(5)，其包含 两个由钢板组成的材料层(1，2)，其中内管的钢板(1)有高含碳量，并且非必须为可焊接 的。
10.作为多层管的具有外管(2)和内管⑴的双层管(5)，其特征在于作为内管⑴ 的材料层被压入作为外管的材料层，以使内管对外管的压力至少与达到内管的顶锻极限所 需的顶锻程度时所表现出来的压力一样大。
全文摘要
本发明涉及借助于弯曲压辊机生产多层管(5)的方法。基于所述方法将将要结合形成多层管(5)的材料层(1，2)彼此重叠放置，放置好的多层材料借助于弯曲轧辊机形成多层管。在管成型的最后阶段，在弯曲轧辊机和/或后来会使用到的弯曲机中，每个作为内管的材料层(1)借助于压力被压进每个作为外管的材料层(2)中。
文档编号B32B15/01GK101934303SQ201010179189
公开日2011年1月5日 申请日期2005年12月16日 优先权日2004年12月21日
发明者伯纳德·伯格 申请人:贝格有限责任公司锡根