[发明专利]锆-钢-锆三层管的爆炸焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种管状金属复合材料，尤其是爆炸复合方法的金属复合材料，属于金属复合材料制造领域。

背景技术

金属复合板目前大量应用于石油、化工、制药、船舶、电力、冶金等行业，随着材料科学和设备制造技术的不断发展，醋酸、硝酸、盐酸、尿素、过氧化氢、聚甲醛以及氯化聚乙烯等生产装置的强腐蚀设备中正越来越多的使用锆金属复合板，该品种复合板具有很强的耐腐蚀性能、耐磨性能和很高的经济性。锆复合板在生产装置中的强腐蚀设备中主要用来制造一些反应器等，而一些小口径管道仍然使用纯锆材料，而且为了保证强度一般选用的锆管壁厚比较厚(约10～20mm)，由于锆金属价格较高，因此经济性下降。

爆炸焊接是界于金属物理学、爆炸物理学和焊接科学之间的一门边缘学科。它是用炸药作能源进行金属间焊接和生产金属复合材料的一种很有实用价值的高新技术。其实质是一种以炸药为能源的压力焊、熔化焊和扩散焊‘三位一体’的金属焊接新工艺技术。

它是通过炸药爆轰产生的高压脉冲载荷，推动一种材料(复材)高速倾斜碰撞另一种材料(基材)，其加载应力远远高于金属材料的屈服强度，加载过程的瞬间性(一般为微量级)，材料受载的局部性，交织发生在作用点的微小的邻近区域并且高速的移动等方式，实现两种金属的冶金结合，结合区呈现为波状的冶金合金。爆炸和解又是用炸药做能源进行金属间焊接和生产金属复合材料的一种很有实用价值的高新技术。其最大特点是在瞬间能将金属组合，简单、迅速和强固的焊接在一起。

因此在保证不降低管道的使用寿命和性能的前提下，采用爆炸焊接方法生产的锆复合管，不仅充分利用了锆材的耐腐蚀性能、耐磨性能和钢材的物理性能，充分利用了爆炸焊接的优势，而且还大大降低了材料成本，节约了用材。

发明内容

本发明的目的是：提供一种生产锆材和钢铁复合管的爆炸焊接方法，以满足我国石油，化工等行业中生产装置的强腐蚀设备的用途和需要。

锆一钢一锆三层管的爆炸焊接方法，包括以下步骤：外锆管一钢管一内锆管三层管中的外锆管的直径在60～505mm、厚度在1-8mm，钢管的直径在55～500mm、厚度在8-200mm；且钢管内径比内锆管外径大4-6mm、外锆管内径比钢管的外径直径大4-6mm内锆管内径大于的缓冲锥的最大直径10-15mm；

A、基管处理：校直，是钢管直线度＜2mm/m；且整管≤5mm/全长；再将管使用酸洗液进行酸洗，清除表面氧化皮，使表面光洁；

B、内外锆管处理：保证锆管直线度＜2mm/m；且整管≤2mm/全长；且正板面≤5mm/全长(宽)；使用砂带或叶轮顺畅度打磨光洁；

C、涂刷及配对组装：配对后内、外锆管和钢管立在工艺底板上，减压锥在内锆管管内中心；还可以在将外管外表面涂刷上复材保护剂，可以在内管内表面涂刷上复材保护剂，然后和钢管配对组装，为保证各管的位置，配对后锆管和钢管之间通过工艺底板和胶木盖隔离；保护剂为水玻璃或与锂基脂混合剂等；

D、爆炸复合：将组装好的装置垂直放于炮台爆炸台上，在装置中心放置缓冲锥，在外锆管外部加装管状外(药)框，在管状外药框内和内管缓冲锥周围均匀放置炸药，通过放置在缓冲锥顶部的雷管引爆(见图1)；在高制动压力下，锆管和钢管的表面就牢牢的粘结在一起；

E、热处理：复合管进行超声检测后进行热处理，以消除爆炸时产生的应力，保证基材的强度性能和复材耐腐蚀性能的要求；

F、后续处理：将热处理后的复合管经过拉拔，校直，切管头，机械抛光或酸洗钝化后即得成品。

本发明有益效果是：采用本爆炸焊接方法生产的锆复合管，不仅充分利用了锆材的耐腐蚀性能、耐磨性能和钢材的物理性能，且降低了成本。

附图说明

图1为本发明爆炸焊接安装的示意图

雷管1、胶木盖2、减压锥3、锆管4、钢管5、炸药6、外药框7、工艺底座8

具体实施方式

下面具体说明本发明的实施方式。典型的锆管和钢管的爆炸三层复合管，外锆管的直径在50～500mm、厚度在1-8mm，钢管的直径在55～500mm、厚度在8-200mm。外锆管直径尤其在100～500mm更好，且钢管内径比内锆管外径大5mm、外锆管内径比钢管的外径直径大5mm；内锆管内径大于的缓冲锥的最大直径10mm。减压缓冲锥的锥角在8-30度的范围，尤其是12-20度的范围。

首先基管校直，是钢管直线度＜2mm/m；且整管≤5mm/全长；再将管使用专用酸洗液进行酸洗，清除表面氧化皮，使表面光洁；保证锆管直线度＜2mm/m；且整管≤2mm/全长；且正板面≤5mm/全长(宽)；使用砂带或叶轮顺畅度打磨光洁，将外管外表面涂刷上复材保护剂，保护剂为水玻璃或/与锂基脂混合剂；工艺底板水平放置于炮台上，把减压锥放置于底板中心的工艺槽内，减压缓冲锥采用硬质材料制成，如金属或固化的塑料均可，锆管和钢管分别置于底板工艺槽内，上口锆管与钢管之间用胶木加工的工艺盖(塑料盖或木盖均可)盖好并封上胶带，再在钢管外套一PVC管，下端置于底板工艺槽内，上口用上述定位工装支撑，沿着管口均匀布置爆速较高的炸药，最终使内外药布满，雷管插入管内减压锥中心的小孔内(锆内管内壁应该涂有或垫有保护层)，使之实现管内外同时大面积的连续焊接。锆管的直径在50～500mm、厚度在1-8mm，钢管的直径在55～500mm、厚度在8-200mm，主体炸药选用2#岩石乳化炸药，爆速2700～3500mm/s。锆管表面加以防护后布置2#岩石炸药，轻轻敲击管头使炸药密度均匀，起爆点放在减压锥中心(见图1)。爆炸复合后，经热处理、拉拔、校直、切管头，参照GB/T 8547-2006《钛钢复合板》及ASTM B898-2005，贴合率为98％，剪切强度τ_b≥196Mpa。锆-钢-锆复合管经加工成型后构成石油、化工、制药等行业用的管道。