本发明涉及一种复合金属管道的制造方法。
背景技术：
不锈钢内衬技术于20世纪60年代中期开始使用，是将薄壁不锈钢管作为载体，进行焊接成型后，以牵引绞车为动力将不锈钢内衬管从待修管道的一端牵引至另一端。不锈钢管内衬管穿插完毕之后对其进行高压变形贴合处理，在保压情况下对内衬管与原管线之间的缝隙进行注浆固化作业。形成与原管道紧密粘合、表面光滑的复合管。从而达到承压性强、抗冲击、整体耐腐蚀的修复目的。
内衬不锈钢复合管的优点包括：(1)内衬不锈钢复合管不生垢、不结瘤、耐腐蚀。这一点相比于铁材质产品来说，是一个很大的优势，一些铁材质产品经常生锈并且不耐腐蚀，但是不锈钢在使用过程中管道内壁形成一层极薄的氧化铬薄膜，该薄膜阻止金属继续氧化，故不锈钢有很强的耐腐蚀性能，不仅能承受水和空气的腐蚀，而且可以承受弱酸弱碱的腐蚀。(2)内衬不锈钢复合管有着多种连接模式，可以焊接、可以法兰连接、可以螺纹连接，还可以沟槽连接。连接模式的选择在很大程度上能够满足不同使用者的不同需求，增加使用者的选择自由性。(3)内衬不锈钢复合管耐高温，这样的话其就可以输送热水、沸水、蒸汽等高温液体和气体，这是因为不锈钢是高于普通钢材在常温下的抗拉强度的。(4)内衬不锈钢复合管低温脆性好，这是由于不锈钢的热膨胀系数小。
因为内衬不锈钢复合管具有如上所述的诸多优点，因此被广泛地应用在给水、排水、燃气、热力、电信、电力、工业等领域，特别是市政给水领域，不锈钢材料几乎成为自来水管材唯一的选择。
在内衬不锈钢复合管的制造工艺中，为了保证内衬不锈钢管和外层钢管的结合力，不锈钢管内衬管穿插完毕之后需要进行高压变形贴合处理，例如，通过机械力挤压、液压加压、爆炸力挤压等处理方法令内衬不锈钢管膨胀，使得内衬不锈钢管和外层钢管紧密结合。不管是采用哪种高压变形贴合处理方法，都有两个缺点：(1)为了保证足够的力学性能和抗压性能，内衬不锈钢管的厚度较厚；(2)高压变形贴合处理的成本较高。这两个因素综合起来导致内衬不锈钢复合管的制造成本很高。
技术实现要素：
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种管道，要解决的技术问题是降低内衬复合金属管的制造成本。
为解决上述问题，本发明采取的技术方案是：一种复合金属管道的制造方法，所述制造方法包括如下步骤：
1)提供外层金属管道、内层金属板材、以及热熔粘结材料，其中，所述内层金属板材被弯曲并置于所述外层金属管道内，所述热熔粘结材料位于所述外层金属管道和内层金属板材之间；
2)加热所述外层金属管道外部；
3)冷却所述外层金属管道、热熔粘结材料以及内层金属板，使得所述外层金属管道与所述内层金属板材被所述热熔粘结材料粘合。
优选地，在步骤2)中，加热所述外层金属管道完成后，所述外层金属管道的加热前后温差乘以所述外层金属管道的热膨胀系数的值为p1，所述内层金属板材的加热前后温差乘以所述内层金属板材的热膨胀系数的值为p2，其中，p1>p2。
优选地，所述外层金属管道的热膨胀系数小于所述内层金属板材的热膨胀系数。
优选地，所述制造方法还包括：在步骤2)中，加热所述外层金属管道和热熔粘结材料的同时，在弯曲的所述内层金属板材的内部施加驱使所述内层金属板材向所述外层金属管道压紧的力。
优选地，所述制造方法还包括：在弯曲的所述内层金属板材的内部放置压簧装置、和/或可膨胀装置、和/或磁性装置，以提供驱使所述内层金属板材向所述外层金属管道压紧的力。
优选地，所述热熔粘结材料选自热熔胶膜、热熔胶网膜、铜基钎焊剂/钎焊膏、银基钎焊剂/钎焊膏中的一种或几种。
优选地，外层管道的材质为碳素结构钢，内层金属板材的材质为不锈钢、或合金钢、或铜。
优选地，在所述步骤2)中，所述外层金属管道的加热由外部热源完成，所述热熔粘结材料的至少一部分加热由加热后的所述外层金属管道完成。
优选地，所述外部热源包括电磁感应热源、和/或电热丝、和/或火焰。
本发明的有益效果为：本发明采用粘合的方法在外层金属管道内部内衬金属管道，制造工艺简单，内层管道可以采用较薄的板材，因此成本比现有的内衬工艺大大降低。
以下将对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明所提供的复合金属管道的制造方法的第一种优选的具体实施方式的示意图。
具体实施方式
图1示出了本发明所提供的复合金属管道的制造方法的第一种优选的具体实施方式。
该具体实施方式中的制造方法中，首先提供复合金属管道的制造材料以及加热设备。如图1所示，复合金属管道的制造材料包括外层金属管道10、内层金属板材20、以及热熔粘结材料(图中未示出)。在该具体实施方式中，外层金属管道10为普通钢管，例如钢号为45的优质碳素结构钢。内层金属板材20为304不锈钢材料，该种材料的管道特别适用于市政给水。通过该具体实施方式提供的方法所制造出的复合金属管道最终包括外层管道和内层管道，内层管道由内层金属板材20弯曲形成，外层管道和内层管道通过热熔粘结材料粘合。外层管道的主要作用是作为结构支撑，内层管道的主要作用是作为防锈层，自来水在内层管道中流通。
在该具体实施方式中，可以选用任何能够粘合碳素结构钢和304不锈钢的热熔粘结材料，例如，pfa、pes、pe、po、eva等热熔胶，或者，铜基钎焊剂、铜基钎焊膏、银基钎焊剂、银基钎焊膏等，优选适于粘合金属的热熔胶膜或网膜，例如，pes热熔胶膜或网膜，改性聚烯烃膜或网膜等，特别优选po热熔胶网膜。制造加工时，当准备好外层金属管道10和内层金属板材20后，则需要放置热熔粘结材料。可以将热熔粘结材料放置于外层金属管道10的内表面，也可以将热熔粘结材料放置于内层金属板材20的一面(将来形成内层管道的外表面)，还可以同时放置于外层金属管道10的内表面以及内层金属板材20的一面。为了使得热熔粘结材料更好地黏附于外层金属管道10和内层金属板材20的目的，可以使用其他粘合剂将热熔粘结材料粘合于外层金属管道10和内层金属板材20，也可以对外层金属管道10和内层金属板材20进行初步加热使得热熔粘结材料依靠自身的粘合性粘合于外层金属管道10和内层金属板材20。将热熔粘结材料放置于内层金属板材20的一面时，可以先弯曲内层金属板材20，然后放置热熔粘结材料；也可以先放置热熔粘结材料，然后弯曲内层金属板材20。
放置好热熔粘结材料及内层金属板材20被弯曲后，便可以通过牵引或其它方法置于外层金属管道10内，然后对外层金属管道10和热熔粘结材料进行加热处理。
需要注意的是，图1仅为了示出该具体实施方式的原理，为了清楚显示的目的，图中的某些部位的尺寸及比例可能被夸张或扭曲，因此不能将图中所显示的尺寸及比例作为本申请权利要求解释范围的限制。例如，为了清楚地显示置于外层金属管道10内被弯曲的内层金属板材20，内层金属板材20向外伸出一段，在实际制造时，弯曲后的内层金属板材20的长度可能与外层金属管道10一致，弯曲后的内层金属板材20的长度也可能大于外层金属管道10，两端各伸出一段，之后进行切割处理。
该具体实施方式的主要目的是，降低碳素钢管内衬不锈钢管的成本。如上所述，现有的内衬不锈钢管的高压变形贴合处理工艺的成本太高，本申请创造性地提出了新的粘合工艺。
经过一系列的试验后，本申请发明人发现，热熔粘结材料特别适于本发明，例如热熔胶和一些钎焊材料。如果使用热熔粘结材料，需要对整个管道进行加热，本申请发明人发现，在加热过程中，外层钢管和内层不锈钢管都会膨胀，因为不锈钢的热膨胀系数大于普通钢管的热膨胀系数(304不锈钢的热膨胀系数为碳素钢的1.5倍左右)，冷却后，内层不锈钢管收缩的幅度大于外层普通钢管，导致外层钢管和内层不锈钢管不能很好地粘合。针对这一问题，本申请发明人创造性地提出了两点解决办法：一是采用内层不锈钢板而不是不锈钢管，将不锈钢板弯曲后放置到外层钢管的内部，因为自身弹力的作用，不锈钢板会在外层钢管内尽可能地扩张，与外层钢管的内壁尽可能地贴合，从而保证良好的粘合。另外，在加热所述外层金属管道和热熔粘结材料的同时，还可以在弯曲的内层不锈钢板的内部施加驱使内层不锈钢板向外扩张的力，例如，在弯曲的内层不锈钢板的内部放置压簧装置，通过提供驱使内层不锈钢板向外扩张的力。这样可以进一步促进外层钢管与内层不锈钢板的粘合。除了压簧装置，还可以通过可膨胀装置(例如，通过液压或气压膨胀)、磁性装置等提供驱使内层金属板材向外层金属管道压紧的力。
图1示出了利用加热装置30加热外层金属管道10和热熔粘结材料的方法。如图1所示，在该具体实施方式中，加热装置30采用高频电磁感应加热器(图中未示出完整的高频电磁感应加热器)。加热时，外层钢管快速通过高频电磁感应加热器的线圈，控制高频电磁感应加热器的参数以及外层钢管的通过时间使得加热后钢管和内层不锈钢板的温度差尽可能地大。在一次试验中，本申请发明人采用po热熔胶膜，加热时采用压簧对不锈钢板施加压力，加热后钢管外部温度约200摄氏度，不锈钢内壁温度约80摄氏度，升温后的外层钢管继续对po热熔胶膜进行加热，冷却后外层钢管和内层不锈钢板的粘合非常理想。
以上描述了本发明所提供的复合金属管道的制造方法的一种优选的具体实施方式。需要注意的是，本领域技术人员可以依据本发明提供的原理对该具体实施方式进行各种变形。例如，外层金属管道采用其它型号的钢管，或者是其它金属材料制成的管道(例如，铝合金管、铜管等)。同样地，内层金属板材也可以采用其它型号的不锈钢或耐蚀合金等，包括3或9系列不锈钢，如316不锈钢、316l，以及钛合金、高合金、蒙乃尔合金、镍基合金等以增加酸碱耐腐蚀性，这种材质尤其适用于化工与石油行业。本发明的主要原理是基于：当内层金属板材的热膨胀系数大于外层金属管道的热膨胀系数时，采用特殊的加热方式，使外层金属管道的热膨胀幅度高于内层金属板材的热膨胀幅度。具体地，主要对外层金属管道进行加热，外层金属管道的加热前后的升温幅度为△t1，受热的外层金属管道通过热传递逐渐加热热熔粘结材料并使其达到粘结温度，同时，热传递使内层金属板材的升温幅度为△t2。然后冷却所述外层金属管道和热熔胶复合管，在此过程中，当外层金属管道的膨胀系数α1和内层金属板材的膨胀系数α2满足α1*△t1大于α2*△t2时，外层金属管道与内层金属板材即可被所述热熔胶粘结层粘合。也就是说，在复合管道开始冷却前，外层金属管道受热的膨胀量应大于内层金属板材的膨胀量。另外，除了以上所描述的高频电磁感应加热的方式外，管式炉、电磁感应热源、电热丝、外部火焰等加热方式都可以实现本发明的目的。为了加热更加均匀的目的，在加热过程中，可以使得外层金属管道相对于外部热源进行旋转。
以下描述本发明所提供的复合金属管道的制造方法的第二种优选的具体实施方式。
该具体实施方式可以参见图1。该具体实施方式的制造方法与第一种具体实施方式类似，同样利用热熔粘结材料粘合外层金属管道10和内层金属板材20。外层金属管道10也为普通钢管，不同的是，内层金属板材20采用2205双相不锈钢材料或2207双相不锈钢材料，该种材料的管道特别适用于石油管道。通过该具体实施方式提供的方法所制造出的复合金属管道最终包括外层管道和内层管道，内层管道由内层金属板材20弯曲形成，外层管道和内层管道通过热熔粘结材料粘合。外层管道的主要作用是作为结构支撑，内层管道的主要作用是作为防腐层，石油在内层管道中流通。
为了更进一步增强复合金属管道的防腐性，通过该具体实施方式提供的方法所制造出的复合金属管道最终还包括一层中间防腐层。这种设置还特别适用于腐蚀性较强的化工行业。中间防腐层可以采用石墨。制造加工时，可以将热熔胶网膜放置于外层金属管道10的内表面，然后在热熔胶网膜的内表面放置石墨纸，再在石墨纸的内表面放置热熔胶网膜，这样，制造后的复合金属管道的内层管道和外层管道之间便具有两层热熔胶，两层热熔胶之间还具有防腐的石墨纸，进一步增强了防腐性能。当然，制造加工时，也可以将两层热熔胶网膜和石墨纸放置在弯曲的内层金属板材的外表面，为了使得热熔粘结材料更好地黏附于外层金属管道10和内层金属板材20的目的，可以使用其他粘合剂将热熔粘结材料粘合于外层金属管道10和内层金属板材20，也可以对外层金属管道10和内层金属板材20进行初步加热使得热熔粘结材料依靠自身的粘合性粘合于外层金属管道10和内层金属板材20。除了增加一层中间防腐层外，该具体实施方式的制造方法与第一种具体实施方式基本类似。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
1.一种复合金属管道的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括如下步骤：
1)提供外层金属管道、内层金属板材、以及热熔粘结材料，其中，所述内层金属板材被弯曲并置于所述外层金属管道内，所述热熔粘结材料位于所述外层金属管道和内层金属板材之间；
2)加热所述外层金属管道；
3)冷却所述外层金属管道、热熔粘结材料以及内层金属板，使得所述外层金属管道与所述内层金属板材被所述热熔粘结材料粘合。
2.如权利要求1所述的复合金属管道的制造方法，其特征在于，在步骤2)中，加热所述外层金属管道完成后，所述外层金属管道的加热前后温差乘以所述外层金属管道的热膨胀系数的值为p1，所述内层金属板材的加热前后温差乘以所述内层金属板材的热膨胀系数的值为p2，其中，p1>p2。
3.如权利要求2所述的复合金属管道的制造方法，其特征在于，所述外层金属管道的热膨胀系数小于所述内层金属板材的热膨胀系数。
4.如权利要求1所述的复合金属管道的制造方法，其特征在于，所述制造方法还包括：在步骤2)中，加热所述外层金属管道和热熔粘结材料的同时，在弯曲的所述内层金属板材的内部施加驱使所述内层金属板材向所述外层金属管道压紧的力。
5.如权利要求4所述的复合金属管道的制造方法，其特征在于，所述制造方法还包括：在弯曲的所述内层金属板材的内部放置压簧装置、和/或可膨胀装置、和/或磁性装置，以提供驱使所述内层金属板材向所述外层金属管道压紧的力。
6.如权利要求1所述的复合金属管道的制造方法，其特征在于，所述热熔粘结材料选自热熔胶膜、热熔胶网膜、铜基钎焊剂/钎焊膏、银基钎焊剂/钎焊膏中的一种或几种。
7.如权利要求1所述的复合金属管道的制造方法，其特征在于，外层管道的材质为碳素结构钢，内层金属板材的材质为不锈钢、或合金钢、或铜。
8.如权利要求1所述的复合金属管道的制造方法，其特征在于，在所述步骤2)中，所述外层金属管道的加热由外部热源完成，所述热熔粘结材料的至少一部分加热由加热后的所述外层金属管道完成。
9.如权利要求8所述的复合金属管道的制造方法，其特征在于，所述外部热源包括电磁感应热源、和/或管式炉、和/或电热丝、和/或火焰。
技术总结