雙金屬復合管由兩種不同的金屬管材構成,管層之間通過各種變形和連接技術形成緊密結合,受外力作用時,內外管材同時變形且界面不分離。外包覆的雙金屬管大量用于裝飾和結構管用,內復合雙金屬管則主要用在防止有害介質對管道的腐蝕等方面。與單一金屬管相比,雙金屬復合管的基管滿足管道的設計應力,襯管滿足耐腐蝕或耐磨損等性能要求。由于其兼具了基層和復層材料各自的優勢,且節約了稀有貴重金屬的使用,降低了生產成本,在石油、化工、核電、輕工和機械工程等行業有著廣闊的應用。
按照復合管界面的結合方式,雙金屬復合管可以分為機械型復合管和冶金型復合管,冶金復合工藝包括熱軋復合、熱擠壓負荷、爆炸焊接復合、離心鑄造復合等,其工藝是熔合兩種金屬,因此復合牢固、結合強度較高,冷熱縮脹一致,但由于其生產成本高、制作受設備限制,產品規格有限,因此應用范圍有限。機械復合工藝包括液壓脹合、旋壓復合等,由于設備工藝比較簡單、工序較少、生產成本較低。
液壓脹合工藝與其他工藝相比,它具有脹合力均勻且容易確定和測量、易于對脹合過程進行力學分析和數值模擬等一系列優點,因此有著廣泛的開發前景和應用價值。但到目前為止,有關L360QS/Incoloy825鎳基合金的液壓脹合復合管的試驗研究還未見相關報道。科研工作者通過對復合管的脹合原理進行分析,計算了L360QS/Incoloy825鎳基合金的脹合壓力。試驗結果檢測復合管間的殘余接觸應力滿足APISpec5LD的標準要求。
外管L360QS碳鋼管,長度600mm,屈服強度530MPa,伸長率25%,彈性模量260GPa,泊松比0.3,外徑219mm,壁厚10mm;內管825鎳基合金管,長度5900mm,屈服強度410MPa,伸長率49%,彈性模量195GPa,泊松比0.3,外徑196mm,壁厚2.5mm。內外管初始間隙2.0mm。
L360QS碳鋼管和Incoloy825鎳基合金的液壓脹合試驗按照同軸裝配-封焊內外管間隙-封焊外管-焊接進出水接口-連接試驗設備-打壓-泄壓-檢測的過程進行。試驗結果表明:
(1)通過對液壓脹合原理進行分析,計算得到了L360QS/Incoloy825鎳基合金管的最小脹合壓力Pimin為49.10MPa,最大脹合壓力Pimax為57.42MPa。
(2)采用全套靜水壓系統對L360QS/Incoloy825鎳基合金管成功地進行了液壓脹合試驗,脹合壓力值為57MPa。
(3)采用推出法測得管段長度為200、50mm的L360QS/Incoloy825鎳基合金復合管分離時的最大結合力分別為86.2、20.01kN,計算得到其內外管間殘余接觸應力分別為0.7、0.65MPa,均大于API5LD的標準要求的0.2MPa。