雙金屬復合管在管道輸送中的應用

前言

采用管道輸送物料具有高效、節能、污染小、損耗低等優點，隨著泵輸送技術的提高和輸送管道技術的發展，物料的管道輸送發展很快。由于輸送物料的種類增多，輸送距離增長，輸送量增加，管道輸送行業對管道材料的要求愈來愈高，希望有多種管道材料供輸送不同性質的物料時選用。管道材料的主要性能指標是耐磨性、耐腐蝕性、減摩性和加工性。
目前，物料輸送用管道材料的發展方向是提高耐磨性，常用的管道材料有以下幾種：
(1）鑄造耐磨管
采用高合金鑄造，優點是硬度高、耐磨性好；缺點是韌性差、不易焊接、加工性不好、成本高。
(2）鋼襯耐磨管
采用玄武巖（鑄石）、陶瓷、合金鑄鐵、橡塑等材料對鋼管內壁進行鑲襯。其特點是外層可加工，聯接方便，不足之處是內層易碎、易脫離、施工困難、成本高。
(3）塑料耐磨管
采用高密度聚乙烯、聚氯乙烯擠壓成型，施工方便、成本低，但不耐高溫、高壓，適于作小直徑物料輸送管。
(4）鋼制耐磨管
采用低碳鋼制作，價格低、安裝方便、易更換，但磨損快、經濟效益差。
上述各類管道輸送材料大多用于工礦企業內部的物料輸送，對于大直徑長距離的物料輸送通常是采用經過處理的螺旋焊管或直縫焊管。由于人們往往偏重于提高管道材料的耐磨性，而忽視改善加工性，使管道的加工制作和敷設施工的難度加大，增加了管道的施工和維修成本，限制了物料管道輸送技術的應用。因此尋求具有良好的耐磨性、耐腐蝕性、減摩性和可加工性的物料管道輸送材料是十分必要的。

1 雙金屬物料輸送管道的特點

雙金屬管材是功能材料，可以根據輸送物料的理化性質和工況條件，選擇不同的材料組合，從而使材料發揮最大的潛能。例如，對于磨蝕性強的粉狀物料，如礦粉、氧化鋁粉等可以采用耐磨合金鋼板制作的鋼管作為襯管鑲襯在普碳鋼管內，使管材具有良好的耐磨性；對于水煤漿、泥漿等腐蝕性強的漿料，可采用不銹鋼板等耐腐蝕材料作為鑲襯材料與普通鋼管復合在一起制成耐腐蝕雙金屬管材。此外，雙金屬物料輸送管道還具有以下特點：
(1）由于對管材內壁進行了滾壓光整加工，降低了內表面的粗糙度，使物料的流動阻力大為減小，降低了長距離輸送的能量消耗。
(2）對管材內壁進行了滾壓，相對變形量為15％～25％，冷作硬化提高了內層金屬材料的硬度，從而提高了管材的耐磨性。
(3）雙金屬管結合緊密，有良好的整體強度，能夠承受一定的彎曲變形。由于外層管多采用低碳鋼，可焊性和加工性較好。經過端面處理后可以方便地進行對焊聯接或法蘭聯接，易于進行管道的敷設施工和檢修維護。

2 雙金屬物料輸送管道的制作

雙金屬物料輸送管由兩層管材復合而成，內層管材一般厚度為0.5～2mm左右，外層管材采用普通流體輸送管。加工制作時工藝方面需要解決兩個問題：鑲襯用金屬管的加工制作和雙層金屬管的組裝復合。
2.1 鑲襯用金屬管的加工制作
鑲襯用金屬管的加工制作采用單件生產，根據輸送物料的性質選擇不同的鑲襯材料，并且可以根據外層鋼管尺寸靈活地改變內層管材規格。為了保證順利地復合鑲襯，應使內層管材的外徑比外層管的內徑小0.5～2mm。內層管材的直徑確定后應通過板料的下料剪切精度予以保證，板料的尺寸偏差在±0.5mm以內。板料在專用的鋼管成型機上進行卷圓成型，然后用點焊機點焊，再由專門研制的金屬管件自動焊接機對焊縫作自動焊接。焊接采用非熔化極氬氣保護焊，在保證焊透的情況下應當使焊縫高度盡量小。焊接后應對焊縫進行退火處理，然后再壓平，使焊縫具有較好的延展性，并且厚度與母體的厚度一致。
金屬管件自動焊接機能夠對金屬筒體的對接縱縫作自動焊接。該機由機架、工作臺、琴鍵式壓緊機構、行走橫梁、焊接小車、電源、液壓系統和控制系統組成�？梢院附�Φ50～400mm×0．5～2．5mm×100～6000mm的碳鋼、合金鋼、不銹鋼、鈦合金及銅鋁等各類金屬管材。
2.2 雙層金屬管的復合組裝
雙層金屬管的復合有多種方式，如爆炸復合、熱脹復合、縮徑復合等。這些方式大多存在工藝復雜、設備投資大、生產成本高、不易于現場施工等問題，因此不宜用于制造使用壽命相對較短的物料管道輸送管。試驗表明：采用滾壓拉拔方法生產各種規格的物料輸送管是合適的。通過內滾壓頭和外層管的共同作用，使內層金屬管產生較大的塑性變形，緊密地貼合在外層管的內壁上，其結合強度完全能夠滿足物料輸送管的使用要求，并且能夠承受一定的變形而不產生分離。
雙層金屬管的主要復合工序如下：
(1）管料的表面處理
在復合工序前應對內、外層管的結合表面進行處理，主要包括清理污物、除銹、脫脂和毛化。表面處理采用專用機械完成，外層管用噴丸方法將內表面的污物和氧化物一次除去；內層管采用鋼絲刷將表面毛化。
(2）管料的組裝
表面處理后的兩種管料應隨即組裝在一起，為了便于滾壓復合，可將組裝好的管料一端脹緊，以免滑脫。
(3）滾壓復合
滾壓復合是在專門設計的旋轉拉拔設備上進行的。該設備由床身、管料夾持裝置、主傳動裝置、旋轉滾壓頭和牽引裝置等幾部分組成。滾壓復合時，將組裝好的管料裝卡在卡盤上，調整好滾壓頭的尺寸，啟動主電機和乳化液潤滑系統，然后啟動牽引電機將滾壓頭拉過管料。
(4）管端加工
管料滾壓復合后，可將內層管端頭翻出，包覆外層管端面，并進行平頭倒棱。如采用法蘭聯接，可將法蘭焊接在管料的兩端；若采用管接頭聯接，則在管料的兩端加工螺紋。

3 應用實例

某鋁加工廠的氧化鋁粉輸送管道采用規格為Φ121mm×6mm的流體輸送用熱軋無縫鋼管，鑲襯鋼管用厚度為2mm的中碳鋼板制作，經滾壓復合成為Φ121mm×7.6mm的雙金屬管，管端處理后用法蘭聯接。管材的內表面粗糙度可達到Ra1.6～0．8，冷作硬化后的抗拉強度為637～930MPa。由于管材內表面硬度提高且更加光滑，輸送摩擦阻力明顯減小，降低了輸送能量的消耗，延長了管道的使用壽命。與普通管道相比，價格約增加了40％，但使用壽命提高了3～4倍。

4 結語

在物料的管道輸送領域，與普通流體輸送管相比，雙金屬管材在減小輸送阻力、提高使用壽命方面具有明顯的優勢；在加工性和敷設維修方面，也優于其他耐磨管道。因此雙金屬管材用于物料的管道輸送是合適的，此類材料的推廣使用將會在很大程度上促進物料管道輸送技術的發展。目前需要解決的問題是：①研制大規格強力滾壓復合設備；②尋求更合適的制作內層管的合金板材。