用电阻焊缝制做包覆材料的制作方法
【专利说明】用电阻焊缝制做包覆材料
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本专利申请要求2012年6月26日提交的题为“用在管的包覆中的电阻缝焊”的美国临时专利申请序列号N0.61/664,423和2013年3月15日提交的题为“用在管的包覆中的电阻缝焊”的美国临时专利申请序列号N0.61/788，405的优先权；出于所有目的，它们的公开内容在此以其全文引作参考并且构成此美国实用专利申请的一部分。该申请也是2009年3月27日提交的题为“利用可动电阻能源制造包层结构的方法”的美国专利申请N0.12/412,685的部分连续申请，出于所有目的，其公开内容在此以其全文引作参考并且构成此美国实用专利申请的一部分。
【背景技术】
[0003]在产业中(例如油和气)有很多情形，在这些情形下，腐蚀性或侵蚀性介质会受到关注，例如酸性、碱性、磨损性和氧化性环境。包覆材料使得用在这种环境下的各种材料的特性的最大化成为。在重工业中现有的用于制造包覆材料的制造方法包括范围从电弧沉积到爆炸粘接的技术。这些技术提供了用于材料沉积的各种机制，但是全部包括很高的隐含成本。
[0004]包覆管通常使用钢外壳和镍基衬垫，它们的厚度在3_量级。现有的制造方法或过程包括辊压接合和机械包覆。前者是一项复杂的方法:在轧机中将包覆材料扩散粘接到钢板、将产品轧至使用厚度、然后使用UOE (U成型、O成型和最终扩展)过程制造管。这种方法形成高冶金方面的完整性粘接，但是非常昂贵。机械包覆包括将包覆材料形成于筒中、将该筒插入候选的管中、并且以机械方式使衬垫扩展。这是给管加衬的成本低的方法，但是在衬垫和基底之间没有形成冶金粘接。因此，仍然亟需用于制作用在油气应用中的包覆管的更为有效而不那么昂贵的方法。
【发明内容】
[0005]以下提供了本发明某些有例示性实施方式的概要。此概要并不是宽泛的总述，而且并不用以确定本发明的关键或重要的方面或元件或者描绘其范围。
[0006]根据本发明的一个方面，提供了一种用于制造包覆材料的第一系统。该系统包括至少一个基底；至少一个包覆层:至少一个设置在所述至少一个基底和所述至少一个包覆层之间的表面活性层；以及电阻缝焊机，其中，所述电阻缝焊机用以产生足够的热和压力以使所述至少一个表面活性层起反应，并且当所述至少一个表面活性层冷却时在所述至少一个基底和所述至少一个包覆层之间形成粘接。
[0007]根据本发明的另一个方面，提供了一种用于制造包覆材料的第二系统。该系统包括至少一个金属基底；至少一个抗氧化且抗腐蚀的包覆层；至少一个设置在所述至少一个基底和所述至少一个包覆层之间的表面活性层，其中，所述至少一个表面活性层还包括至少一种N1-Cr-Fe-B共晶合金；以及电阻缝焊机。所述电阻缝焊机用以产生足够的热和压力，以使所述至少一个表面活性层熔化或以另一种方式起反应，并且当所述至少一个表面活性层冷却时在所述至少一个基底和所述至少一个包覆层之间形成粘接。
[0008]在本发明的又一方面中，提供一种包覆材料。该包覆材料包括:至少一个基底；至少一个包覆层；以及至少一个设置在所述至少一个基底和所述至少一个包覆层之间的表面活性层。所述至少一个表面活性层适于对电阻缝焊机作出响应，其中，所述电阻缝焊机用以产生足够的热和压力，以使所述至少一个表面活性层熔化或者以另一种方式起反应，并且当所述至少一个表面活性层充分冷却时在所述至少一个基底和所述至少一个包覆层之间形成粘接。
[0009]通过阅读和理解以下有代表性的实施方式的详细描述，对于本领域技术人员来说，本发明其它的特征和方面将变得更加明显。本领域技术人员将认识到，在不脱离本发明范围和精神的情况下，本发明其它的实施方式是可行的。因此，附图和相关描述本质上应被认为在示例性的而非限制性的。
【附图说明】
[0010]纳入说明书并且作为说明书一部分的附图示意性地表示本发明的一个或更多个有代表性的实施方式，并与以上给出的一般说明和以下给出的详细说明一起，用来解释本发明的原理，其中:
[0011]图1是根据本发明例示性的实施方式的包覆结构的第一透视图；
[0012]图2是根据本发明例示性的实施方式的包覆结构的第二透视图，示出盘状电极在所述结构内部上的布置；
[0013]图3是根据本发明例示性的实施方式的包覆结构的第三透视图，示出盘状电极在所述结构内部上、盘状电极在所述结构外部上、以及在所述结构一端上的基板和滚子的布置；以及
[0014]图4是根据本发明例示性的实施方式的包覆结构的端视图，示出盘状电极在所述结构内部上、盘状电极在所述结构外部上、以及在所述结构的内部和外部上的用于提供泛流冷却(flood cooling)的管道的布置。
【具体实施方式】
[0015]现参考【附图说明】本发明的例示性的实施方式。虽然，出于示例的目的，以下具体说明包含很多细节，但是本领域普通技术人员将认识到，以下详细说明的很多变体和替换在本发明的范围内。因此，本发明以下实施方式的阐述对于要求保护的本发明不丧失任何一般性并且不强加限制。
[0016]本发明的挠性包覆系统的潜在应用包括一系列工业部门，包括油、汽车、发电和消费产品。特别重要的是抗腐蚀合金(CRA)材料于管线的应用。本发明的技术也可用于由包覆平板制造的更大规模的结构(容器)。另一应用涉及抗磨损涂层。这些包层可选自以粘接成管状和平坦结构两者的、范围从工具钢到耐熔金属的材料成分。实例包括侵蚀临界管线应用、用于切割工具/器具的表面、以及汽车发动机气缸衬垫。另一类应用是要求抗氧化的一类，例如燃烧系统和锅炉(热交换器)。
[0017]产品，S卩，使用本发明的系统制成的包覆结构，就它们的几何形状而言，可以是平的或圆的。在大多数实施方式中，使用美国专利申请N0.12/412,685中公开的设备或合适的市售设备，例如带有MedWeld 3005控制器的400kVA交流电(AC)电阻缝焊机，单包覆层可被涂敷在包覆结构的内表面或外表面和/或上表面和下表面上。用该系统制成的包覆结构包括基底部件、包覆层、以及表面活性层。基底部件典型地是金属，例如钢。基底材料的特定实例是1018热轧钢，名义厚度12.5_，其代表管线钢。包覆层典型地是耐熔金属、不锈钢、工具钢、或因科镍(Inconel)合金。因科镍合金是非常适合用在承受压力和热的极端环境中的抗氧化且抗腐蚀的材料。包覆层的特定实例包括1.8mm厚的Inconel 625、3.1mm厚的Inconel 825、以及2_厚的316不锈钢。表面活性可使用特定的涂层(例如，N1-P或N1-B)或通过使用黄铜材料来实现。黄铜材料或合金的特定实例是0.08mm厚的AWS BN1-9箔。表面活性层可以化学沉积、冷喷涂、和/或镀到基底或包覆层上。本发明的特定优势包括:(i)不要求表面具有某种结构；(ii)包覆层的厚度可以比现有技术结构大得多；(iii)系统动力要求减小；(iv)可以彼此结合使用的材料的组合比现有技术系统大大扩展；(V)加工速度比现有技术系统增加；以及(vi)所形成的表面轮廓具有高品质，即低扭曲。最终产品具有固态焊接的外观。
[0018]图1提供根据本发明的管状包覆结构10的例示性实施方式的一般图示，其包括包覆层20 (具有切割线22)、表面活性层(surface activat1n layer) 25、以及基底30。使用本发明的系统制成的产品的实例包括展示管，标称直径350mm、长300mm以及2mm的IN625包层。包覆产品使用标称6_至7_宽的重叠缝制造。在周向上进行接合，使用重叠缝产生名义上的全粘接产品。产品被分成段并且粘接线完整性被检查。结果表现出高度局部化的粘接，在包层和基底之间基本上没有稀释。这些初始的结果也显示出焊接力、电流、以及行进速度之间的相关性。
[0019]本发明至少部分基于Workman等人的题为“利用移动电阻能源制造包覆结构的方法”的美国专利申请N0.12/412，685 (2009年3月27日提交)中公开的技术，出于所有目的，其在此以其全文引作参考。先前的研宄主要着重于不锈钢和镍基包层对于平碳钢板的基于融合的附接。处理基于对不同金属厚度电阻缝焊的先前应用探讨(参见 Gould, J.E., Johnson, ff.and Workman, D., Development of a New Resistance Sea