專利名稱：鋁-不銹鋼管狀過渡接頭實現(xiàn)方法及管狀過渡接頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料加工技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種復(fù)合管接頭的加工方法。
背景技術(shù)：
鋁-不銹鋼管狀過渡接頭主要應(yīng)用于空分裝置和與此密切相關(guān)的鋼鐵、化工(如合成氨、大化肥)、石化(如PTA、乙烯)及近年興起的煤化工等行業(yè)和其它低溫工程。解決了上述行業(yè)裝置中鋁制壓力容器與不銹鋼制(或鋼制)管道以及儀表接管的焊接(連接)難題。由于鋁及鋁合金加工材在低溫環(huán)境下具備優(yōu)異的性能，因此廣泛地應(yīng)用于空分及其它低溫裝置中。而鋁制容器或裝置接管與不銹鋼(或鋼制)管道焊接(連接)一直是很棘手的難題，兩者熔點(diǎn)相差 約800°C且熱導(dǎo)率、線脹系數(shù)等物理性能也相差較大。通常的熔化焊接方式難以實現(xiàn)良好的焊接。目前大多采用法蘭式連接，但可靠性很差，占用空間大，經(jīng)常跑冒滴漏，存在安全隱患。小型接管也有采用過摩擦焊接制取的鋁-銅過渡接頭，一端與鋁制接管焊接，一端進(jìn)行銅-不銹鋼(鋼)異種金屬焊接。但這種方式也非常麻煩，銅-鋼接頭性能和可靠性通常也難以滿足設(shè)計要求，一般應(yīng)用于小口徑的低壓接管及儀表接管。上世紀(jì)90年代后，國內(nèi)曾有西北有色金屬研究院、西北工業(yè)大學(xué)、北京航空工藝研究所、北京紅光電纜附件廠等多家單位通過管、棒爆炸焊接包覆;鋁棒、銅(不銹鋼)棒的摩擦焊接等方式進(jìn)行試制，但均未獲得突破性進(jìn)展。無論是爆炸焊接還是摩擦焊接鋁、不銹鋼除了熔點(diǎn)相差大難以形成擴(kuò)散互溶，其次兩者形成的金屬間化合物的彌散更使界面組織和接頭性能惡化，尤其是鋁鎂合金(如5083)與不銹鋼焊接更為嚴(yán)重。目前通過管、棒爆炸焊接包覆只能獲得Φ60_以下的異徑接頭，且承壓能力較低；通過摩擦焊接可獲得Φ80 以下的銅-鋁接頭；對于厚壁、大口徑招-不銹鋼管狀過渡接頭焊接以上兩種方式仍束手無策。目前，空分及其它低溫裝置用鋁-不銹鋼管狀接頭仍需大量從法國及美國進(jìn)口，本發(fā)明將就此打破壟斷。根據(jù)法國液化空氣公司公布的資料，所能提供的鋁-不銹鋼管狀過渡接頭供貨范圍為Φ15 Φ600_;最高承壓IOMpa ;焊接時接頭雙金屬交界面處溫度不超過130°C。法國公司產(chǎn)品在現(xiàn)場施工焊接時需在接頭雙金屬交界面處附著具有溫度指示的熱敏電阻以監(jiān)測此處溫度是否超過限定的溫度，超溫時停止作業(yè)，從而調(diào)整焊接速度、冷卻和保護(hù)措施。因此，施工和作業(yè)效率較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提出一種鋁-不銹鋼管狀過渡接頭實現(xiàn)方法及管狀接頭，以滿足不同金屬管道之間的連接。鋁-不銹鋼管狀過渡接頭實現(xiàn)方法，其特征是在鋁材和不銹鋼材料之間通過多層金屬過渡層以多次爆炸復(fù)合實現(xiàn)鋁材與不銹鋼材料的焊接，并使鋁層厚度達(dá)到15 40mm。所述的鋁-不銹鋼管狀過渡接頭實現(xiàn)方法，其特征是包括如下步驟(I)以不銹鋼板為基層，依次將鎳板、鈦板、鋁板分別進(jìn)行爆炸復(fù)合成為一體；(2)管坯切割將整體復(fù)合板鉆孔切割成環(huán)形坯料，經(jīng)車床加工作為管坯；(3)旋壓成型將管坯卡套裝在強(qiáng)力旋壓變形設(shè)備芯模上，從鋁材一側(cè)開始通過2 5道次的強(qiáng)力旋壓變形使鋁和不銹鋼得到延伸，達(dá)到設(shè)計長度和管徑。
根據(jù)所述方法制備的鋁-不銹鋼管狀過渡接頭，其特征是具有不銹鋼材料環(huán)，不銹鋼材料環(huán)與純鎳過渡層結(jié)合為一體；同時具有鋁材環(huán)，鋁材環(huán)與純鈦過渡層結(jié)合為一體， 純鎳過渡層與純鈦過渡層結(jié)合為一體。
本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)是1、采用多次爆炸復(fù)合技術(shù)實現(xiàn)鋁板與不銹鋼板的良好焊接，使鋁層厚度達(dá)到15 40_。2、鋁與不銹鋼之間采用了多層金屬過渡層，其中金屬純鎳具有防止脆性相產(chǎn)生和金屬間化合物的彌散；金屬純鈦具備優(yōu)異的絕熱性能，其導(dǎo)熱系數(shù)約為鋁的1/10。從而使鋁-不銹鋼接頭的耐壓能力達(dá)到16Mpa以上，分離強(qiáng)度達(dá)到140Mpa以上， 焊接時界面溫度可承受高達(dá)350°C。極大的提高了鋁-不銹鋼管狀過渡接頭的可靠性和現(xiàn)場焊接作業(yè)的效率。


圖1為本發(fā)明管狀接頭剖面示意圖(平面結(jié)合)。
圖2為本發(fā)明管狀接頭剖面示意圖(曲面結(jié)合)。
具體實施方式
如圖1、或2所示的復(fù)合管狀接頭是按照如下步驟實施
(I)以厚不銹鋼板為基層，依次將鎳板、鈦板、鋁板分別進(jìn)行爆炸復(fù)合成為一體；
(2)管坯切割將整體復(fù)合板鉆孔切割成環(huán)形坯料，經(jīng)車床加工作為管坯；
(3)旋壓成型將管坯卡套裝在強(qiáng)力旋壓設(shè)備芯模上，從鋁材一側(cè)開始通過2 5 道次的強(qiáng)力變形使鋁和不銹鋼得到延伸，達(dá)到設(shè)計長度和管徑。通過強(qiáng)力變形使鋁和不銹鋼得到延伸到最終使長度達(dá)到220 350mm，并且鋁、鋼各半。
根據(jù)金屬材料變形前后體積不變原理，確定管坯尺寸，并按照如下公式計算
L1=L0S0 (di+So) / S1 (ClJS1)
L1一接頭長度！Lci一毛還長度！Stl—毛還壁厚！S1—接頭壁厚—接頭內(nèi)經(jīng)。
根據(jù)所述方法制備的鋁-不銹鋼管狀過渡接頭，其具有不銹鋼材料環(huán)1，不銹鋼材料環(huán)I與純鎳過渡層2結(jié)合為一體；同時具有鋁材環(huán)4，鋁材環(huán)4與純鈦過渡層3結(jié)合為一體，純鎳過渡層2與純鈦過渡層3結(jié)合為一體。
純鎳過渡層2與純鈦過渡層3結(jié)合面為平面或曲線面。
本發(fā)明鋁-不銹鋼管狀過渡接頭是通過特種復(fù)合技術(shù)和強(qiáng)力旋壓變形工藝將此兩種熔點(diǎn)和性能相差懸殊的異種金屬在其截面實現(xiàn)冶金結(jié)合狀態(tài)的一種新的功能性材料和部件。一般長度為200 300_，直徑Φ15 Φ 1000mm，壁厚2 20mm;鋁(5083)、不銹鋼(ASME SA240-304)各半。此接頭應(yīng)具有一定的強(qiáng)度，尤其雙金屬交界面處需具備足夠的結(jié)合強(qiáng)度，并在承受一定的壓力和溫度變換沖擊(主要是_200°C至常溫；壓力通常為2 12Mpa)后仍能保持良好的氣密性。本發(fā)明所采用的特種復(fù)合技術(shù)成熟，易于實施；強(qiáng)力旋壓變型工藝源于航天科技；而且接頭管坯在強(qiáng)力變形過程中是對界面結(jié)合強(qiáng)度的一種有效的 “破壞性”檢驗，并且通過多道次的強(qiáng)力旋壓變形使截面結(jié)合區(qū)界面呈現(xiàn)出階梯狀，增大了結(jié)合面積，提高了接頭界面抗拉強(qiáng)度。因此，本發(fā) 明生產(chǎn)工藝新穎，工序簡單，組距范圍大， 且成本為進(jìn)口產(chǎn)品的30 50%。
權(quán)利要求
1.鋁-不銹鋼管狀過渡接頭實現(xiàn)方法，其特征是在鋁材和不銹鋼材料之間通過多層金屬過渡層以多次爆炸復(fù)合實現(xiàn)鋁材與不銹鋼材料的焊接，并使鋁層厚度達(dá)到15 40mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁-不銹鋼管狀過渡接頭實現(xiàn)方法，其特征是包括如下步驟(1)以不銹鋼板為基層，依次將鎳板、鈦板、鋁板分別進(jìn)行爆炸復(fù)合成為一體；(2)管坯切割將整體復(fù)合板鉆孔切割成環(huán)形坯料，經(jīng)車床加工作為管坯；(3)旋壓成型將管坯卡套裝在強(qiáng)力旋壓設(shè)備芯模上，從鋁材一側(cè)開始通過2 5道次的強(qiáng)力旋壓成型使鋁和不銹鋼得到延伸，達(dá)到設(shè)計長度和管徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋁-不銹鋼管狀過渡接頭實現(xiàn)方法，其特征是根據(jù)金屬材料變形前后體積不變原理，確定管坯尺寸，并按照如下公式計算L1=L0S0(C^S0)/ S1(C^S1)L1一接頭長度Aci—毛還長度Jtl一毛還壁厚A—接頭壁厚—接頭內(nèi)經(jīng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋁-不銹鋼管狀過渡接頭實現(xiàn)方法，其特征是通過強(qiáng)力旋壓成型使鋁和不銹鋼得到延伸到最終使長度達(dá)到220 350mm，并且鋁、鋼各半。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4所述方法制備的鋁-不銹鋼管狀過渡接頭，其特征是具有不銹鋼材料環(huán)(I )，不銹鋼材料環(huán)(I)與純鎳過渡層(2)結(jié)合為一體；同時具有鋁材環(huán)(4)，鋁材環(huán)(4)與純鈦過渡層(3)結(jié)合為一體，純鎳過渡層(2)與純鈦過渡層(3)結(jié)合為一體。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋁-不銹鋼管狀過渡接頭，其特征是純鎳過渡層(2)與純鈦過渡層(3)結(jié)合面為平面或曲線面。
全文摘要
本發(fā)明鋁-不銹鋼管狀過渡接頭是通過特種復(fù)合技術(shù)和強(qiáng)力旋壓變形工藝將此兩種熔點(diǎn)和性能相差懸殊的異種金屬在其截面實現(xiàn)冶金結(jié)合狀態(tài)的一種新的功能性材料和部件。制備出的鋁-不銹鋼管狀過渡接頭具有不銹鋼材料環(huán)與純鎳過渡層結(jié)合為一體的特征；同時具有鋁材環(huán)，鋁材環(huán)與純鈦過渡層結(jié)合為一體，純鎳過渡層與純鈦過渡層結(jié)合為一體的特征。此接頭具有一定的強(qiáng)度，尤其雙金屬交界面處需具備足夠的結(jié)合強(qiáng)度，并在承受一定的壓力和溫度變換沖擊(主要是-200℃至常溫；壓力通常為2～12MPa)后仍能保持良好的氣密性。
文檔編號B23P17/00GK103056633SQ20131001499
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月16日
發(fā)明者韓春宏 申請人:寶雞市佳信達(dá)金屬材料有限公司