製造有包覆層的空心工件的方法
2023-05-22 22:28:41 1
專利名稱：製造有包覆層的空心工件的方法
技術領域：
本發明涉及一種製造有包覆層空心件的方法，此空心件用於通過熱變形或冷變形進一步加工成在其內側有包覆層的無縫金屬管，尤其是無縫鋼管。
目前製造有內包覆層的無縫鋼管，一般均將一個由載體材料與包覆材料組成的空心件採用擠壓機使之變形為管子。此所組合式材料按下述方法製備首先在由載體材料(例如低合金鋼)製成的圓柱體中鑽出軸向孔，從而形成一個空心體;然後，在此空心體中置入一個長度與之相同、內徑與其相應的圓柱件，此圓柱件由包覆材料(例如高合金鋼)製成，並同樣鑽有內孔。
將這兩個套裝好的空心體端面互相焊接起來，以封閉這兩個空心件之間的環形間隙，以免這兩個空心件的接觸面在加熱至擠壓溫度時被氧化，並保證載體材料和包覆材料之間良好地連接。
這一方法存在嚴重的缺點。端面的焊接是一個薄弱環節，因為在受熱時該處會裂開，所以接觸面還是會被氧化。此外，製備適用的有包覆的空心件費用特別高，這一方面是由於必須進行的加工(鑽孔、焊接)，另一方面還由於必須使用大量昂貴的包覆材料(鑽孔時形成切屑和廢料)。
本專利申請人已經提出了一種製造單麵包覆鋼板的工藝方法(DE-P3907903)，其中，包覆材料以熔液的狀態塗覆在基板上。為此，總是用兩塊基板，將它們平的側面緊密地彼此貼靠在一起，然後將它們一起浸在包覆材料熔液中保持一定的時間，直至通過結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塗覆在載體材料上形成包覆層的方法，轉用於製造有包覆的空心件時產生了一些困難。當將載體材料制的空心件浸入包覆材料熔液中去時，在它的內外表面均會形成包覆層。然而外表面的包覆層往往是不需要的，僅僅由於不必要地消耗了包覆材料這一點，就已經大大增加了製造成本。
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，或為了儘量減少消耗包覆材料熔液，可以例如通過離心分離形成一層這種材料，並使之固化。然而這種做法產生的問題是，在有包覆層的空心件進行進一步加工之前，由於熱膨脹或熱收縮的不一致，包覆層會從載體材料上脫開。
本發明的目的是介紹一種方法，用這種方法可以製造只在內側有包覆層的空心件，並避免上述的那些缺點。
通過本發明的特徵來達到這一目的，即為了製造進一步加工成其內側有包覆層的管子所用的空心件，將一個由包覆材料制的圓柱形空心件浸在載體材料熔液中，在結晶成有足夠厚度的載體層後，將它從熔液中取出，在浸漬期間保護空心件的內表面，以防熔液侵入。通過在空心件內置入的圓柱芯體來防止熔液侵入，芯體與空心件的內表面緊密貼合，結晶過程結束後將芯體從空心件中拆出。製造空心件的方法是，將由耐熱材料製成並設有隔離層的杆狀芯體浸在包覆材料熔液中，在結晶成有足夠厚度的包覆材料層後，將它從包覆材料熔液中取出。包覆材料層的結晶和/或載體材料層的結晶均至少分成兩個階段來完成，其方式為經過預先規定的浸漬持續時間後，將空心件從熔液中取出，並在它重新浸入此同一熔液中去以前進行中間冷卻，以便使結晶層繼續生長。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。在對空心件作進一步加工前，要將結晶成的載體材料表面整平。可以用軋光輥來實現整平。在浸入包覆材料和/或載體材料的熔液中期間，用流動的冷卻劑對芯體進行內部冷卻。芯體取出後，在變形成管子前，要對空心件的內表面進行淨化和整平。
按本發明的方案，將熔液狀的載體材料塗覆在固體包覆材料的外面。因此，從一開始就保證了在內部的包覆層不會由於熱收縮而與外層脫開。這是因為在任何情況下，由於外層的初始溫度高，所以它的收縮量更大，實際上形成熱壓套裝而包裹在包覆層上。用來供載體材料層結晶的圓柱形空心件，可以例如通過在衝孔壓力機中使相應的工件熱變形來製成，並在置入載體材料的熔液前，一般均要求對其內外表面進行機械加工，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並因而使包覆材料少產生切屑地製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，對此空心件內表面的隔離可例如利用擋蓋來達到。但最好採用一個與空心件內表面緊密貼合的圓柱形芯體。若能在製造圓柱形空心件時便就已經利用此芯體，則更有其突出的優點。人們可將此芯體浸入包覆材料熔液中，並結晶成所要求的包覆材料層。在這種情況下，芯體應採用一種具有足夠耐熱性的材料製成，例如結構鋼。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間內，其本身不被熔化。為此，最好使冷卻劑在芯體中流過，從而對芯體進行內部冷卻。為了使芯體能易於從空心件內取出，在芯體外表面上必須設一有效地隔開熔液的隔離層。對於鋼製芯體，可以例如設一個鏽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。
若不對芯體採取特殊的冷卻措施，則鋼芯體在包覆材料熔液中可能的停留時間，要看它的吸熱量來決定。為了能結晶成較厚的層，浸入熔液中可以分步進行，為此，總是在下一次浸入熔液前進行中間冷卻。這一做法既可用在製造包覆層，亦可用於製造載體層。
若通過包覆材料和/或載體材料結晶形成的表面不規則，則還可以在材料仍處於熱狀態時比較方便地用軋輥來滾光。當包覆材料空心件的製造系按權利要求3所述之方法進行的，則在將空心件進一步加工成無縫管之前，要對內表面進行機械加工，以保證獲得光潔的表面。在這種情況下只產生少量廢料。這種進一步加工可以例如通過在熱狀態下擠壓，或也可以通過熱軋或冷軋來實現。本發明的方法尤其適用於鋼料，但也可應用於其它金屬材料。
下面通過兩個製造有內包覆層的鋼管的實施例，來詳細闡明本發明。
將一根由包覆材料1。4301(×5CrNi189)製成的約1米長，內徑120毫米，壁厚30毫米，端頭加蓋封閉的管，浸入加熱到高於液相溫度20K的St37熔液中約25秒，然後，為了進行中間冷卻至約室溫，將其從熔液中取出。在浸漬期間，管的外面結晶成約22毫米厚的St37層。這一浸漬過程和緊接著的中間冷卻，還要重複兩次，直至形成外徑總共為252毫米的空心件。空心件的外表面緊接著在熱狀態下用精整輥將其整平。
製造空心件時所選定的浸漬時間，一方面要使載體材料St37有最大可能的生長率，另一方面應使包覆層和載體材料之間有非常良好的連接。緊接著按現有方法，將所製成的空心件在擠壓機中熱壓成外徑為80毫米，壁厚為10毫米，長度約為21米的無縫鋼管。包覆層的厚度約2毫米，它與載體材料連接得非常好。
在第二個實施例中，應製造一個外徑250毫米，內徑60毫米，包覆層厚度約25毫米，長度仍約1米的空心件，並進一步將其變形為無縫管。此時，包覆部分應選用權利要求3中所述的製造方法。為此，將一根外徑為60毫米，外面覆蓋有氧化層的St37材料制的杆，浸入加熱到高於液相溫度30K的材料1.4301熔液中去。經過大約35秒浸漬時間，在杆的表面形成約17毫米厚的包覆層，然後將其從熔液中取出。經過中間冷卻至約室溫後，重新將杆浸入包覆材料熔液中去，使總共達到的包覆層厚度為25毫米。為此，要將浸漬時間加長至約47秒，也就是說，要到第二次生長起來的包覆層重新被局部熔化時為止，所生長的包覆層大約經35秒後達到其最大值。為取得還缺少的8毫米層厚而使浸漬時間短於35秒是不合適的，因為這會導致與第一次生長的包覆層連結得不夠牢固。在實施中間冷卻後，與第一個實施例中的情況相似，將此具有25毫米厚包覆層的杆浸入加熱到高於液相溫度20K的St37熔液中。
經過三次浸漬和中間冷卻後，形成外徑為236毫米的工件。為了達到所謀求的250毫米的外徑，要使最後一次的浸漬時間持續為53秒。從熔液中取出和外表面完全凝固後，要在芯棒抽出機上將用作浸漬芯體的St37桿從空心件中取出。
由於在杆上有起隔離層作用的氧化層，因此在進行這一分離工作時沒有什麼困難。此後，在尚處於熱狀態下平整空心件的外表面。同樣，空心件的內表面(即包覆層)也要進行使之平整和光潔的加工，以消除由於有氧化層而造成的不規則。然後，在擠壓機中再使之熱變形成無縫管。當外徑為80毫米，內徑為30毫米時，所得到的管長大於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。
權利要求
1.將管狀件一次或多次浸漬在一種熔液中，以製成用於進一步加工成有包覆層無縫鋼管的包覆空心件的方法，其特徵為為了製造進一步加工成其內側有包覆層的管子所用的空心件，將一個由包覆材料制的圓柱形空心件浸在載體材料熔液中，在結晶成有足夠厚度的載體層後，將它從熔液中取出，在浸漬期間保護空心件的內表面，以防熔液侵入。
2.按照權利要求1所述之方法，其特徵為通過在空心件內置入的圓柱芯體來防止熔液侵入，芯體與空心件的內表面緊密貼合，結晶過程結束後將芯體從空心件中拆出。
3.按照權利要求2所述之方法，其特徵為製造空心件的方法是，將由耐熱材料製成並設有隔離層的杆狀芯體浸在包覆材料熔液中，在結晶成有足夠厚度的包覆材料層後，將它從包覆材料熔液中取出。
4.按照權利要求2或3所述之方法，其特徵為包覆材料層的結晶和/或載體材料層的結晶均至少分成兩個階段來完成，其方式為經過預先規定的浸漬持續時間後，將空心件從熔液中取出，並在它重新浸入此同一熔液中去以前進行中間冷卻，以便使結晶層繼續生長。
5.按照權利要求3或4所述之方法，其特徵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.按照權利要求1至5之一所述之方法，其特徵為在對空心件作進一步加工前，要將結晶成的載體材料表面整平。
7.按照權利要求5或6所述之方法，其特徵為用軋光輥來實現整平。
8.按照權利要求3至7之一所述之方法，其特徵為在浸入包覆材料和/或載體材料的熔液中期間，用流動的冷卻劑對芯體進行內部冷卻。
9.按照權利要求3至8之一所述之方法，其特徵為芯體取出後，在變形成管子前，要對空心件的內表面進行淨化和整平。
全文摘要
本發明涉及將管狀件一次或多次浸漬在一種熔液中，以製成用於進一步加工成有包覆層無縫鋼管的包覆空心件的方法。為了製造進一步加工成其內側有包覆層的管子所用的空心件，將一個由包覆材料制的圓柱形空心件浸在載體材料熔液中，在結晶成有足夠厚度的載體層後，將它從熔液中取出，在浸漬期間保護空心件的內表面，以防熔液侵入。
文檔編號C23C2/38GK1047235SQ90102770
公開日1990年11月28日 申請日期1990年5月12日 優先權日1989年5月16日
發明者哈根, 克利斯·託夫·帕拉瑟, 佛利茨·彼特, 勞塔爾·帕沙特 申請人:曼內斯曼股份公司