专利名称：复合管的制备的制作方法
技术领域：
本发明涉及复合管和其他管结构的制备，在这种管结构中有内管和外管，在二者之间有干涉配合。
背景技术：
一个复合管一般包括内管和外管，它们之间有干涉配合。复合管一般综合了内管和外管的所需性能。例如，一个复合管可以具有一个内管和一个外管，内管具有特殊的特性，例如耐热和/或耐腐蚀，外管也具有独特的特性，例如，相对成本较低、高强度、高延展性和/或可焊接性。
现在已有了各种公知的制造工序来制造复合管。一种公知的工序是使用水力学压力施加到内管的内部，使内管径向膨胀与外管摩擦接触。这种工序包括插上内管端部，然后给内管的内部输入流体(通常是水)，因此使其能承受径向膨胀。但是，这样的工序有几个缺点，其中的一个是其必须要排出在内管和外管之间的最初间隙中的空气。因此，在外管上就必须钻出排气孔。虽然这样就可以使收集的空气排出，但是由于有排气孔，所以其也会引起复合管的一部分报废。另一个缺点是由于要保证在内管和外管之间没有水，因为残留的水会导致焊接或其它质量问题。还有一个缺点是用来封闭内管端部的活塞会引起复合管变形或其它损坏。
另一种制造工序包括在内管和外管被结合之前就对它们进行热处理。特别是，外管被加热，以便使其能径向膨胀，内管被冷却以便使其径向收缩。收缩的内管被插入膨胀的外管中，结果，外管收缩到内管上，而内管膨胀到外管上，这样就可以在它们之间形成干涉配合。这样的过程因为共需要加热及冷却管的设备，因此是很复杂的。
为了克服上述背景技术，和其所带来的问题和困难，研发了本发明。
上述关于本发明的背景技术的讨论是为了便于理解本发明。但是，应当注意的是，这种说明不是一种确认或认可，认为本申请所涉及的材料是公开的、公知的或是在本申请优先权日之前在澳大利亚境内的公知常识的一部分。
发明内容
根据本发明的第一个方面，提供一种制造管结构的方法，管结构具有内管和外管，在它们之间有干涉配合。该方法包括以下步骤(e)将两个管一个放置在另一个之中，来提供一个包括了内管和外管的组件；(f)径向膨胀内管的一部分以便与外管的圆周部分相接触；(g)继续径向膨胀内管的上述部分来使得内管的上述部分产生塑性变形，并使得上述外管的圆周部分产生弹性变形；(h)对内管的一个部分或多个部分重复步骤(b)和(c)。
因为内管径向膨胀到产生塑性变形状态，而外管径向膨胀到产生弹性变形但非塑性变形，因此由于在外管中的残余拉伸应力和在内管中的残余压缩应力，所以在内管和外管之间就有干涉配合。
因为内管的上述其它部分继续膨胀，因此在内管和外管之间的空气很容易排出，并不会有空气残存在成品管结构中内管和外管之间。
最好，膨胀步骤(b)和(c)按顺序从组件的一端进行到另一端。但是，如果需要的话，顺序可以变化。例如，顺序可以从组件两端的中间开始，并逐渐向一端移动，再向另一端移动。
如果需要的话，两个管中的一个或两个的相对面可以经过预处理来加强二者之间的机械结合。通常，预处理可以包括粗加工表面，例如可以通过喷砂工序进行。
该方法还可以包括在两个管的相对面之间建立冶金结合。
管结构的端部可以通过任何适当的方式密封，来防止潮气和其它污染物进入两个管之间。管结构的端部还可以通过例如焊接的方式密封。
在管结构的一端(最好是在两端)，一个管的端部位于另一个管对应端的内侧，并且另一个管的剩余外露结合部分被一个覆盖层所覆盖，该覆盖层在另一个管上形成冶金结合，并且在两个管之间形成冶金密封。
最好，内管包括上述一个管，外管包括上述另一个管。
最好，覆盖层包括一个焊缝覆盖层。
虽然可以采用任何适当的方式来施加膨胀力，但是一个带有圆柱形压力面的膨胀装置特别适合该目的。通过这样的装置，压力面可以由一个膨胀结构所确定，膨胀结构的膨胀可以给内管的内表面提供一个膨胀力。膨胀可以通过膨胀流体来实现。
膨胀结构可以是安装在一个支架上，该支架可以沿着内管的内部轴向移动。
根据本发明的第二个方面，提供一种根据本发明第一方面所制造的管结构。该管结构可以包括一个复合管。
根据本发明的第三方面，提供一种带有内管和外管的管结构，在它们之间有干涉配合，一个管的一端位于另一个管对应端的内侧，另一个管的所得到的外露部分被一个焊缝覆盖层覆盖，覆盖层提供在内管和外管之间的冶金密封。
最好，内管包括上述一个管，外管包括上述另一个管。
最好，这样的冶金密封是位于管结构的每一端的。
根据本发明的第四个方面，提供一种用于生产具有内管和外管的管结构的装置，内管和外管之间有干涉配合，结构包括一个底座结构和一个在底座结构上的压力结构，底座结构用于与内管的内表面接合，并沿着内表面移动，压力结构确定了一个圆柱形压力表面，随着膨胀其可以与内管的内表面接合。
最好，底座结构包括一个承载了压力结构的支撑件和很多承载了支撑件的辊子组件，该辊子组件可以用来沿着内管的内表面定位并沿着内表面滚动。
为了方便，两个辊子组件间隔设置，压力结构位于两个辊子组件的中间。
最好，压力结构包括一个膨胀结构。
通过对下面几个涉及制造复合管的特殊实施例的说明可以更好地理解本发明。说明书可以参照下列附图，其中图1到7表示根据第一实施例来制造一种复合管的一系列步骤；图8是在管制造过程中使用的、带有一个膨胀结构装置的透视图；
图9是用来限定管组件径向膨胀的封闭环结构的示意透视图；图10是环结构的端视图；图11是环结构的侧视图；图12是表示了根据第二实施例的复合管一段的局部截面图；图13是放大的局部截面侧视图，表示了在图12的复合管的内管和外管之间的密封件。
具体实施例方式
在图1到11所表示的第一实施例涉及制造一种复合管10，其包括一个内管11和一个外管13。两个管11、13相互干涉配合以形成一个管组件15。这种结构是使得内管11是作为外管13在组件15中的衬套。
在该实施例中，内管11包括一个1.6mm壁厚的不锈钢衬套，外管13包括一个6.35mm壁厚的碳钢管。两个管11、13在图1中表示的是内管11插入外管之前，在图2中表示的是插入之后。
在内管11插入外管13之前，它们之间的接触面(内管11的外表面和外管13的内表面)经过喷砂工序(例如喷砂处理)制成粗糙的，以获得SA2.5轮廓。
然后将一个作为膨胀工具17的装置插入到管组件15中，如图3所示。随后，膨胀工具17沿着管组件15移动，从一端移动到另一端，沿着管组件15执行膨胀工序，如图4所示，并且将在下面进行详细说明。在每个膨胀步骤和下一个膨胀步骤之间有重叠，在该实施例中通常是大概为300mm。
膨胀工具17带有一个圆柱形的压力面19，其可以承受径向膨胀(如下详细所述)，给与其接合的内管11的部分施加一个径向膨胀力。
一个封闭环结构21随着膨胀工具17一起工作，封闭环绕着管组件15定位，并与膨胀工具17的圆柱形压力面19对齐(registration)。
膨胀工具17的圆柱形压力面19的径向膨胀给内管11的内壁面提供一个径向向外的力。该向外的力就使得与圆柱形压力面19接合的内管11的部分向外膨胀，并移动到与外管13接触。连续给内管11的部分施加向外的力，引起其塑性变形，同时引起外管13弹性变形。直到快达到外管11弹性极限的时候，才停止膨胀，于是工具17的压力面19收缩。然后工具17沿着管组件15移动，还带有300mm的重叠。然后重复膨胀工序，以使得内管11的圆周部分膨胀引起塑性变形，并以与上述类似的方式膨胀外管17的圆周部分来引起弹性变形。随后重复该工序直到整个管组件15都处理完毕。
因为内管11径向膨胀到具有塑性变形，且外管13径向膨胀到弹性但非塑性变形，因此，由于外管13中有残余的拉伸应力和在内管11中有残余的压缩应力，在内管和外管11、13之间就会存在干涉。
因为内管11的各个部分是按顺序膨胀，因此在内管和外管11、13之间的空气很容易排出，并不会有空气残存在成品管组件15中内管和外管之间。
封闭环结构21随着膨胀工具17的压力面19逐渐移动。封闭环21是为了限制外管17的径向膨胀程度，因此就可以保证其不会膨胀到产生塑性变形的程度。
随着膨胀工序的完成，管组件15的端部被密封来防止潮气和其它污染物进入两个管11、13之间的区域。在该实施例中，端部是通过一个焊缝22密封起来，如图5所示。然后，可以磨平焊缝22，如图6所示，以便提供一个精整表面。
成品复合管10在图7中表示，其包括内管11和外管13，在它们之间有干涉配合。干涉配合在两个管11、13之间提供一个夹紧力，夹紧力是由于在外管13中有残余的拉伸应力和在内管11中有残余的压缩应力而出现的。
成品复合管10可以达到国际标准API 5LD。
膨胀工具17在图8中表示得更详细。
膨胀工具17包括一个底座25，该底座25可以是一个安装在间隔设置的辊子组件27上的一个轴。底座25和辊子组件一起作为一个支架。每个辊子组件27都包括数个沿着周向间隔设置的辊子29，它们可以与内管11的内表面接合，并在上面滚动。采用这种结构，辊子组件27在内管11的内部中心轴向定位轴25。一个压力结构31被支撑在两个辊子组件27之间的轴25上。压力结构31包括两个刚性端部33和一个在其间的中间部分35。中间部分35包括一个支撑在两个端部33之间的弹性圆柱壁39，来确定一个膨胀囊40。圆柱壁39具有一个外表面41，其形成了一个压力面19，用来接合并径向膨胀内管11的内表面部分，如上所述。囊40可以被膨胀流体膨胀，膨胀流体在本实施例中是空气。囊40的膨胀就会引起圆柱壁39的径向膨胀，因此就可以给内管11的内表面施力。
膨胀工具17还包括控制装置42，用来有选择地将膨胀流体传递给膨胀囊或从这里排出。控制装置42包括一个通过一个气压管路47连接到空气管道45上的空气压缩机43。空气管道45连通到囊40的内部，以将膨胀流体传递给囊，并从囊中排放出去。控制装置42还具有一个控制电路48，控制电路包括一个控制板49。
封闭环结构21在图9、10和11中表示。封闭环结构21包括一个能安装到外管13外面的一个套筒51，用来限定可能的径向膨胀的程度，如上所述。套筒51被分成两个部分52和53，以允许套筒扩张并安装到外管13上。有一个锁定装置55用来可释放地将两个套筒部分52、53锁定在一起来形成封闭的套筒51。锁定装置55包括数个夹板57，夹板被焊接或以不同方式固定在两个套筒部分52、53上。夹板还带有孔59，当两个套筒部分52、53组装起来形成套筒的时候，这些孔就彼此对齐。一个锁销61被容纳在每套对齐的孔中。每个锁销61包括数个轴向间隔设置的锁定部分63和在其间的间隔部分65。锁定部分63的直径大于间隔部分65的直径，并且可以被容纳在锁定孔59中来将两个套筒部分52、53固定在一起。当锁销61所处的状态是使锁定部分63位于孔59中、两个轴套部分52、53被固定在一起形成轴套51的时候，则锁销61的轴向移动可以使锁定部分63在进入和离开各自的锁定孔59之间切换。另一方面，当锁销61所处的状态是使锁定部分63离开孔59的时候，释放间隔部分65的直径小于锁定部分的直径所形成的间隙空间就允许两个套筒部分脱离以便于套筒51插入外管13，和从外管13中拔出。还有一个杠杆机构67来实现锁销61在两种状态之间的轴向移动。
在第一实施例中，管组件15的端部通过焊缝22来密封，如图5和6所示。当然，也可以采用其它密封结构。
其它的密封结构中的一种在附图12和13所示的实施例中表示，该实施例在某些方面与第一实施例类似，并使用相同的附图标记来表示类似部分。
在该实施例中，内管11比外管13短，这样，内管的端部就在管组件15中对应外管端部的内侧。在外管13每端所得到的外露内部14被一个焊缝覆盖层71覆盖，该覆盖层可以是例如热丝TIG焊缝覆盖层。
虽然内管11的端部可在外管13对应端部内侧任意距离处，但是这个距离最好是30到50毫米。
焊缝覆盖层71与外管13的碳钢形成冶金结合，就可以在内管和外管之间形成冶金密封，并允许密封之外的管组件15的端部可以被切掉或进行机加工以便满足特殊安装的需要，只要密封的整体性不被破坏。
在复合管10的端部有一个倒角73，用于焊接目的。
通常，复合管10的长度是在输油管线操作中一个接一个地焊接起来，管组件的相邻端通过环缝焊接工序焊接在一起。如果在环缝焊接中发生缺陷或其它毛病，在不破坏内管和外管11、13之间冶金密封的情况下，就可以进行矫正作业。矫正作业通常包括在复合管10的节之间切掉环缝焊接、重新对相邻管的端部进行倒角，然后重新将复合管焊接在一起。换句话说，在复合管10每端的焊缝覆盖层71提供了一个多余的长度，其可以在不破坏内管和外管之间密封整体性的条件下就可以进行例如切割和机加工的操作。这就在使用管组件的节安装管线的时候提供了很大的优势，可以在不破坏内管和外管11、13之间冶金密封的情况下完成在管端部的工作。
上述实施例涉及复合管10的制造，其在内管和外管11、13之间带有机械结合。
第三实施例(未示出)与上述实施例类似，除了在内管和外管11、13之间带有冶金结合。这包括在膨胀工序之前，在内管和外管的相对面中的一个或两个上提供治金结合剂，在膨胀工序之后将管组件15加热到一个足以在内管和外管之间形成冶金结合的温度。在该实施例中，结合剂包括以任何适当方式施加在内管11外表面上的镍基钎焊粉末，例如可以通过喷射施加。当使用喷涂来提供钎焊粉末的时候，喷涂可以通过高速氧化燃料(HVOF)、高速空气燃料(HVAF)或者等离子喷涂来完成。
一旦内管11处于外管13中，就封闭二者之间形成的空隙，形成真空和/或在封闭空间内引入惰性气体(例如氩气)。然后内管和外管11、13按照与上述实施例类似的方式径向膨胀。在膨胀工序之后，管组件15就通过一个感应线圈，该感应线圈可以将管组件加热到一个足以将内管和外管焊接在一起的温度，通常该温度是1100℃。
然后可以对管组件进行任何必须的精整操作，例如热处理和矫直操作。
从上可知，很明显，每个实施例都可以提供一种简单但高效的结构来生产复合管。
虽然上面说明了涉及复合管的实施例，但可以理解的是本发明并不限于制造复合管，其可以用于制造任何具有内管和外管的管结构，其中在内管和外管之间有干涉配合。
可以在不背离本发明范围的情况下作出各种改进和变形。
在整个说明书中，除了需要其它形式的内容外，“包括”及其变形例如“包括(单数)”或“包括了”，应该理解为意味着包含一个特定整数或一组整数，但是不排除其它任意整数或一组整数。
权利要求
1.一种制造管结构的方法，管结构具有内管和外管，在它们之间有干涉配合，该方法包括以下步骤(a)将两个管一个定位在另一个之中，来提供一个包括了内管和外管的组件；(b)径向膨胀内管的一部分以便与外管的圆周部分相接触；(c)继续径向膨胀内管的上述部分来使得内管的上述部分产生塑性变形，并使得上述外管的圆周部分产生弹性变形；(d)对内管的一个部分或多个部分重复步骤(b)和(c)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于膨胀步骤(b)和(c)按顺序从组件的一端进行到另一端。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于膨胀步骤(b)和(c)从组件两端的中间开始，并逐渐向一端移动，然后向另一端移动。
4.如权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于两个管中的一个或两个的相对面可以经过预处理来加强二者之间的机械结合。
5.如上述任一权利要求所述的方法，其特征在于还包括在两个管的相对面之间建立冶金结合。
6.如上述任一权利要求所述的方法，其特征在于管结构的端部被密封。
7.如上述权利要求6所述的方法，其特征在于管结构的端部通过焊接密封。
8.如上述任一权利要求所述的方法，其特征在于一个管的至少一端位于另一个管对应端的内侧，并且另一个管的所得到的外露部分被一个覆盖层所覆盖，该覆盖层在另一个管上形成冶金结合，并且在两个管之间形成冶金密封。
9.如上述权利要求8所述的方法，其特征在于内管包括上述一个管，外管包括上述另一个管。
10.如上述权利要求8或9所述的方法，其特征在于覆盖层包括一个焊缝覆盖层。
11.一种根据权利要求1到10任意一个方法所制造的管结构。
12.一种带有内管和外管的管结构，在它们之间有干涉配合，一个管的一端位于另一个管对应端的内侧，另一个管所形成的外露部分被一个焊缝覆盖层覆盖，覆盖层提供在内管和外管之间的冶金密封。
13.如上述权利要求12所述的管结构，其特征在于内管包括上述一个管，外管包括上述另一个管。
14.如上述权利要求12或13所述的管结构，其特征在于上述冶金密封是位于管结构的每一端的。
15.一种用于生产具有内管和外管的管结构的装置，内管和外管之间有干涉配合，该装置包括一个底座结构和一个在底座结构上的压力结构，底座结构用于与内管的内表面接合，并沿着内表面移动，压力结构确定了一个圆柱形压力表面，随着膨胀其可以与内管的内表面接合。
16.如上述权利要求15所述的装置，其特征在于底座结构包括一个承载了压力结构的支撑件和很多承载了支撑件的辊子组件，辊子组件，可以用来沿着内管的内表面定位并沿着内表面滚动。
17.如上述权利要求16所述的装置，其特征在于两个辊子组件间隔设置，压力结构位于两个辊子组件的中间。
18.如上述权利要求18所述的装置，其特征在于压力结构包括一个膨胀结构。
19.一种参照附图所描述的方法。
20.一种参照附图所描述的复合管。
全文摘要
一种制造例如复合管(10)的管结构的方法和根据该方法制造的复合管(10)，管结构具有内管和外管(11、13)，在它们之间有干涉配合。该方法包括以下步骤(a)将两个管中的一个放置于另一个中来提供一个组件(15)，组件包括一个内管(11)和一个外管(13)；(b)使用膨胀工具(17)径向膨胀内管(11)的一部分以便与外管(13)的圆周部分相接触；(c)继续径向膨胀内管(11)的上述部分来使得内管的上述部分产生塑性变形，并使得上述外管(13)的圆周部分产生弹性变形；(d)对内管(11)的一个部分或多个部分重复步骤(b)和(c)。因为内管(11)径向膨胀到产生塑性变形状态，而外管(13)径向膨胀到产生弹性变形但非塑性变形，因此由于在外管(13)中的残余拉伸应力和在内管(11)中的残余压缩应力，所以在内管和外管之间就有干涉配合。该方法还包括在两个管(11、13)的相对面之间建立冶金结合。
文档编号F16L9/18GK1822907SQ200480020208
公开日2006年8月23日 申请日期2004年5月20日 优先权日2003年5月20日
发明者保罗·安东尼·蒙塔格 申请人:克拉德泰克国际有限公司