專利名稱：制造有包覆層的空心工件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造有包覆層空心件的方法，此空心件用于通過(guò)熱變形或冷變形進(jìn)一步加工成在其內(nèi)側(cè)有包覆層的無(wú)縫金屬管，尤其是無(wú)縫鋼管。
目前制造有內(nèi)包覆層的無(wú)縫鋼管，一般均將一個(gè)由載體材料與包覆材料組成的空心件采用擠壓機(jī)使之變形為管子。此所組合式材料按下述方法制備首先在由載體材料(例如低合金鋼)制成的圓柱體中鉆出軸向孔，從而形成一個(gè)空心體;然后，在此空心體中置入一個(gè)長(zhǎng)度與之相同、內(nèi)徑與其相應(yīng)的圓柱件，此圓柱件由包覆材料(例如高合金鋼)制成，并同樣鉆有內(nèi)孔。
將這兩個(gè)套裝好的空心體端面互相焊接起來(lái)，以封閉這兩個(gè)空心件之間的環(huán)形間隙，以免這兩個(gè)空心件的接觸面在加熱至擠壓溫度時(shí)被氧化，并保證載體材料和包覆材料之間良好地連接。
這一方法存在嚴(yán)重的缺點(diǎn)。端面的焊接是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，因?yàn)樵谑軣釙r(shí)該處會(huì)裂開(kāi)，所以接觸面還是會(huì)被氧化。此外，制備適用的有包覆的空心件費(fèi)用特別高，這一方面是由于必須進(jìn)行的加工(鉆孔、焊接)，另一方面還由于必須使用大量昂貴的包覆材料(鉆孔時(shí)形成切屑和廢料)。
本專利申請(qǐng)人已經(jīng)提出了一種制造單面包覆鋼板的工藝方法(DE-P3907903)，其中，包覆材料以熔液的狀態(tài)涂覆在基板上。為此，總是用兩塊基板，將它們平的側(cè)面緊密地彼此貼靠在一起，然后將它們一起浸在包覆材料熔液中保持一定的時(shí)間，直至通過(guò)結(jié)晶在基板上形成足夠的包覆層厚度為止。
但是這種將熔融狀的包覆材料直接涂覆在載體材料上形成包覆層的方法，轉(zhuǎn)用于制造有包覆的空心件時(shí)產(chǎn)生了一些困難。當(dāng)將載體材料制的空心件浸入包覆材料熔液中去時(shí)，在它的內(nèi)外表面均會(huì)形成包覆層。然而外表面的包覆層往往是不需要的，僅僅由于不必要地消耗了包覆材料這一點(diǎn)，就已經(jīng)大大增加了制造成本。
為避免形成此外包覆層，可以考慮將包覆材料熔液注入載體材料制的空心件中，或?yàn)榱吮M量減少消耗包覆材料熔液，可以例如通過(guò)離心分離形成一層這種材料，并使之固化。然而這種做法產(chǎn)生的問(wèn)題是，在有包覆層的空心件進(jìn)行進(jìn)一步加工之前，由于熱膨脹或熱收縮的不一致，包覆層會(huì)從載體材料上脫開(kāi)。
本發(fā)明的目的是介紹一種方法，用這種方法可以制造只在內(nèi)側(cè)有包覆層的空心件，并避免上述的那些缺點(diǎn)。
通過(guò)本發(fā)明的特征來(lái)達(dá)到這一目的，即為了制造進(jìn)一步加工成其內(nèi)側(cè)有包覆層的管子所用的空心件，將一個(gè)由包覆材料制的圓柱形空心件浸在載體材料熔液中，在結(jié)晶成有足夠厚度的載體層后，將它從熔液中取出，在浸漬期間保護(hù)空心件的內(nèi)表面，以防熔液侵入。通過(guò)在空心件內(nèi)置入的圓柱芯體來(lái)防止熔液侵入，芯體與空心件的內(nèi)表面緊密貼合，結(jié)晶過(guò)程結(jié)束后將芯體從空心件中拆出。制造空心件的方法是，將由耐熱材料制成并設(shè)有隔離層的桿狀芯體浸在包覆材料熔液中，在結(jié)晶成有足夠厚度的包覆材料層后，將它從包覆材料熔液中取出。包覆材料層的結(jié)晶和/或載體材料層的結(jié)晶均至少分成兩個(gè)階段來(lái)完成，其方式為經(jīng)過(guò)預(yù)先規(guī)定的浸漬持續(xù)時(shí)間后，將空心件從熔液中取出，并在它重新浸入此同一熔液中去以前進(jìn)行中間冷卻，以便使結(jié)晶層繼續(xù)生長(zhǎng)。帶包覆材料的芯體，在其浸入載體材料熔液之前，要將其表面整平。在對(duì)空心件作進(jìn)一步加工前，要將結(jié)晶成的載體材料表面整平?？梢杂密埞廨亖?lái)實(shí)現(xiàn)整平。在浸入包覆材料和/或載體材料的熔液中期間，用流動(dòng)的冷卻劑對(duì)芯體進(jìn)行內(nèi)部冷卻。芯體取出后，在變形成管子前，要對(duì)空心件的內(nèi)表面進(jìn)行凈化和整平。
按本發(fā)明的方案，將熔液狀的載體材料涂覆在固體包覆材料的外面。因此，從一開(kāi)始就保證了在內(nèi)部的包覆層不會(huì)由于熱收縮而與外層脫開(kāi)。這是因?yàn)樵谌魏吻闆r下，由于外層的初始溫度高，所以它的收縮量更大，實(shí)際上形成熱壓套裝而包裹在包覆層上。用來(lái)供載體材料層結(jié)晶的圓柱形空心件，可以例如通過(guò)在沖孔壓力機(jī)中使相應(yīng)的工件熱變形來(lái)制成，并在置入載體材料的熔液前，一般均要求對(duì)其內(nèi)外表面進(jìn)行機(jī)械加工，以獲得光潔的表面。
因此可以不切削加工或至少少切削加工并因而使包覆材料少產(chǎn)生切屑地制造出此方法中所需用的圓柱形空心件。在浸入載體材料熔液期間，對(duì)此空心件內(nèi)表面的隔離可例如利用擋蓋來(lái)達(dá)到。但最好采用一個(gè)與空心件內(nèi)表面緊密貼合的圓柱形芯體。若能在制造圓柱形空心件時(shí)便就已經(jīng)利用此芯體，則更有其突出的優(yōu)點(diǎn)。人們可將此芯體浸入包覆材料熔液中，并結(jié)晶成所要求的包覆材料層。在這種情況下，芯體應(yīng)采用一種具有足夠耐熱性的材料制成，例如結(jié)構(gòu)鋼。耐熱性的要求是，必須使芯體能在所要求的浸入熔液中的時(shí)間內(nèi)，其本身不被熔化。為此，最好使冷卻劑在芯體中流過(guò)，從而對(duì)芯體進(jìn)行內(nèi)部冷卻。為了使芯體能易于從空心件內(nèi)取出，在芯體外表面上必須設(shè)一有效地隔開(kāi)熔液的隔離層。對(duì)于鋼制芯體，可以例如設(shè)一個(gè)銹蝕層或氧化層便夠用了。它阻止包覆材料和芯體材料直接連接，從而可以將芯體從空心件中取出。
若不對(duì)芯體采取特殊的冷卻措施，則鋼芯體在包覆材料熔液中可能的停留時(shí)間，要看它的吸熱量來(lái)決定。為了能結(jié)晶成較厚的層，浸入熔液中可以分步進(jìn)行，為此，總是在下一次浸入熔液前進(jìn)行中間冷卻。這一做法既可用在制造包覆層，亦可用于制造載體層。
若通過(guò)包覆材料和/或載體材料結(jié)晶形成的表面不規(guī)則，則還可以在材料仍處于熱狀態(tài)時(shí)比較方便地用軋輥來(lái)滾光。當(dāng)包覆材料空心件的制造系按權(quán)利要求3所述之方法進(jìn)行的，則在將空心件進(jìn)一步加工成無(wú)縫管之前，要對(duì)內(nèi)表面進(jìn)行機(jī)械加工，以保證獲得光潔的表面。在這種情況下只產(chǎn)生少量廢料。這種進(jìn)一步加工可以例如通過(guò)在熱狀態(tài)下擠壓，或也可以通過(guò)熱軋或冷軋來(lái)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的方法尤其適用于鋼料，但也可應(yīng)用于其它金屬材料。
下面通過(guò)兩個(gè)制造有內(nèi)包覆層的鋼管的實(shí)施例，來(lái)詳細(xì)闡明本發(fā)明。
將一根由包覆材料1。4301(×5CrNi189)制成的約1米長(zhǎng)，內(nèi)徑120毫米，壁厚30毫米，端頭加蓋封閉的管，浸入加熱到高于液相溫度20K的St37熔液中約25秒，然后，為了進(jìn)行中間冷卻至約室溫，將其從熔液中取出。在浸漬期間，管的外面結(jié)晶成約22毫米厚的St37層。這一浸漬過(guò)程和緊接著的中間冷卻，還要重復(fù)兩次，直至形成外徑總共為252毫米的空心件?？招募耐獗砻婢o接著在熱狀態(tài)下用精整輥將其整平。
制造空心件時(shí)所選定的浸漬時(shí)間，一方面要使載體材料St37有最大可能的生長(zhǎng)率，另一方面應(yīng)使包覆層和載體材料之間有非常良好的連接。緊接著按現(xiàn)有方法，將所制成的空心件在擠壓機(jī)中熱壓成外徑為80毫米，壁厚為10毫米，長(zhǎng)度約為21米的無(wú)縫鋼管。包覆層的厚度約2毫米，它與載體材料連接得非常好。
在第二個(gè)實(shí)施例中，應(yīng)制造一個(gè)外徑250毫米，內(nèi)徑60毫米，包覆層厚度約25毫米，長(zhǎng)度仍約1米的空心件，并進(jìn)一步將其變形為無(wú)縫管。此時(shí)，包覆部分應(yīng)選用權(quán)利要求3中所述的制造方法。為此，將一根外徑為60毫米，外面覆蓋有氧化層的St37材料制的桿，浸入加熱到高于液相溫度30K的材料1.4301熔液中去。經(jīng)過(guò)大約35秒浸漬時(shí)間，在桿的表面形成約17毫米厚的包覆層，然后將其從熔液中取出。經(jīng)過(guò)中間冷卻至約室溫后，重新將桿浸入包覆材料熔液中去，使總共達(dá)到的包覆層厚度為25毫米。為此，要將浸漬時(shí)間加長(zhǎng)至約47秒，也就是說(shuō)，要到第二次生長(zhǎng)起來(lái)的包覆層重新被局部熔化時(shí)為止，所生長(zhǎng)的包覆層大約經(jīng)35秒后達(dá)到其最大值。為取得還缺少的8毫米層厚而使浸漬時(shí)間短于35秒是不合適的，因?yàn)檫@會(huì)導(dǎo)致與第一次生長(zhǎng)的包覆層連結(jié)得不夠牢固。在實(shí)施中間冷卻后，與第一個(gè)實(shí)施例中的情況相似，將此具有25毫米厚包覆層的桿浸入加熱到高于液相溫度20K的St37熔液中。
經(jīng)過(guò)三次浸漬和中間冷卻后，形成外徑為236毫米的工件。為了達(dá)到所謀求的250毫米的外徑，要使最后一次的浸漬時(shí)間持續(xù)為53秒。從熔液中取出和外表面完全凝固后，要在芯棒抽出機(jī)上將用作浸漬芯體的St37桿從空心件中取出。
由于在桿上有起隔離層作用的氧化層，因此在進(jìn)行這一分離工作時(shí)沒(méi)有什么困難。此后，在尚處于熱狀態(tài)下平整空心件的外表面。同樣，空心件的內(nèi)表面(即包覆層)也要進(jìn)行使之平整和光潔的加工，以消除由于有氧化層而造成的不規(guī)則。然后，在擠壓機(jī)中再使之熱變形成無(wú)縫管。當(dāng)外徑為80毫米，內(nèi)徑為30毫米時(shí)，所得到的管長(zhǎng)大于20米，包覆層厚度為1.6毫米。兩層之間的連接也是非常好的。
權(quán)利要求
1.將管狀件一次或多次浸漬在一種熔液中，以制成用于進(jìn)一步加工成有包覆層無(wú)縫鋼管的包覆空心件的方法，其特征為為了制造進(jìn)一步加工成其內(nèi)側(cè)有包覆層的管子所用的空心件，將一個(gè)由包覆材料制的圓柱形空心件浸在載體材料熔液中，在結(jié)晶成有足夠厚度的載體層后，將它從熔液中取出，在浸漬期間保護(hù)空心件的內(nèi)表面，以防熔液侵入。
2.按照權(quán)利要求1所述之方法，其特征為通過(guò)在空心件內(nèi)置入的圓柱芯體來(lái)防止熔液侵入，芯體與空心件的內(nèi)表面緊密貼合，結(jié)晶過(guò)程結(jié)束后將芯體從空心件中拆出。
3.按照權(quán)利要求2所述之方法，其特征為制造空心件的方法是，將由耐熱材料制成并設(shè)有隔離層的桿狀芯體浸在包覆材料熔液中，在結(jié)晶成有足夠厚度的包覆材料層后，將它從包覆材料熔液中取出。
4.按照權(quán)利要求2或3所述之方法，其特征為包覆材料層的結(jié)晶和/或載體材料層的結(jié)晶均至少分成兩個(gè)階段來(lái)完成，其方式為經(jīng)過(guò)預(yù)先規(guī)定的浸漬持續(xù)時(shí)間后，將空心件從熔液中取出，并在它重新浸入此同一熔液中去以前進(jìn)行中間冷卻，以便使結(jié)晶層繼續(xù)生長(zhǎng)。
5.按照權(quán)利要求3或4所述之方法，其特征為帶包覆材料的芯體，在其浸入載體材料熔液之前，要將其表面整平。
6.按照權(quán)利要求1至5之一所述之方法，其特征為在對(duì)空心件作進(jìn)一步加工前，要將結(jié)晶成的載體材料表面整平。
7.按照權(quán)利要求5或6所述之方法，其特征為用軋光輥來(lái)實(shí)現(xiàn)整平。
8.按照權(quán)利要求3至7之一所述之方法，其特征為在浸入包覆材料和/或載體材料的熔液中期間，用流動(dòng)的冷卻劑對(duì)芯體進(jìn)行內(nèi)部冷卻。
9.按照權(quán)利要求3至8之一所述之方法，其特征為芯體取出后，在變形成管子前，要對(duì)空心件的內(nèi)表面進(jìn)行凈化和整平。
全文摘要
本發(fā)明涉及將管狀件一次或多次浸漬在一種熔液中，以制成用于進(jìn)一步加工成有包覆層無(wú)縫鋼管的包覆空心件的方法。為了制造進(jìn)一步加工成其內(nèi)側(cè)有包覆層的管子所用的空心件，將一個(gè)由包覆材料制的圓柱形空心件浸在載體材料熔液中，在結(jié)晶成有足夠厚度的載體層后，將它從熔液中取出，在浸漬期間保護(hù)空心件的內(nèi)表面，以防熔液侵入。
文檔編號(hào)C23C2/38GK1047235SQ90102770
公開(kāi)日1990年11月28日 申請(qǐng)日期1990年5月12日 優(yōu)先權(quán)日1989年5月16日
發(fā)明者哈根, 克利斯·托夫·帕拉瑟, 佛利茨·彼特, 勞塔爾·帕沙特 申請(qǐng)人:曼內(nèi)斯曼股份公司