杜衛(wèi)鋒，李華軍，張向迎，苑穌文，王 磊，楊軍偉，閆振欣，劉振峰

（西安向陽航天材料股份有限公司，西安 710025）

0 前 言

雙金屬復合管具有耐高壓、耐腐蝕等優(yōu)良的使用性能[1-2]，在石油、化工行業(yè)得到了廣泛的應用[3-4]。國外雙金屬復合管件研究及生產(chǎn)已有多年歷史[5]，耐蝕合金復合管件作為整個工藝管線中的關鍵配件[6]，已投入應用。近幾年，隨著雙金屬復合管的廣泛應用，國內(nèi)耐蝕合金復合管件制造技術得到了較好的發(fā)展[7-8]。本研究從制造工藝出發(fā)，綜述了雙金屬復合三通、雙金屬復合彎頭、雙金屬復合異徑接頭和雙金屬復合法蘭的制造工藝，并對各種制造工藝的優(yōu)缺點進行了對比總結(jié)。

1 雙金屬復合三通

1.1 國內(nèi)外制造成型工藝

國外雙金屬復合三通的制造方式有冶金復合管熱擠壓成型工藝、冶金復合管冷擠壓成型工藝、碳鋼三通內(nèi)襯堆焊成型工藝等[9]。

國內(nèi)雙金屬復合三通的制造方式有冶金復合管熱擠壓成型工藝、冶金復合管冷擠壓成型工藝、碳鋼三通內(nèi)襯堆焊成型工藝、冶金復合板熱模壓對焊成型工藝、機械復合管冷擠壓成型工藝、碳鋼三通內(nèi)襯旋壓成型工藝以及復合管開孔焊接支管成型工藝等[10]。

1.2 制造成型工藝介紹

1.2.1 冶金復合管熱擠壓成型工藝

該制造成型工藝過程為：管坯準備（管坯為冶金無縫復合管或冶金復合板卷焊復合管，管坯的特點為直徑大于成型三通的直徑）→管坯壓扁（短半徑為成型三通的直徑）→局部加熱并將管坯放置三通模具中進行壓包（壓包處為三通支管處）→壓包處開孔，加熱后拉拔支管（根據(jù)支管的直徑不同，拉拔的次數(shù)為2～5 次，每次拉拔模具直徑不斷增加）→管口整形→熱處理→內(nèi)外表面處理→試驗檢驗→坡口加工→復合三通成品。

該工藝特點：①適用于直徑≥ 219 mm 的三通成型；②壁厚均勻性較差，主管肩部的壁厚增厚，支管的壁厚減?。虎壅麄€成型過程需要加熱多次，對耐蝕合金層的性能影響較大；④壓力成型設備為通用壓力設備，且壓力噸位較低；⑤成型模具的強度要求低，模具造價成本較低；⑥材料利用率低；⑦成型壓力較小，生產(chǎn)安全性較高；⑧成型溫度較高，工人勞動強度較大；⑨適用材料強度等級和壁厚等級較廣；⑩生產(chǎn)效率一般，生產(chǎn)成本較低。

1.2.2 冶金復合管冷擠壓成型工藝

該制造成型工藝過程為：管坯準備（管坯為冶金無縫復合管或冶金復合板卷焊復合管，管坯直徑與成型三通直徑一致）→管坯放置在三通模具中，兩端密封，管內(nèi)部注水或油→管內(nèi)部加壓形成內(nèi)高壓，兩端加壓，在綜合壓力作用下擠壓出三通支管（根據(jù)管坯材料強度和壁厚不同，成型次數(shù)也不同）→支管開孔→管口整形→熱處理→內(nèi)外表面處理→試驗檢驗→坡口加工→復合三通成品。

該工藝特點：①適用于直徑≤ 711 mm 的三通成型；②壁厚均勻性較好，主管壁厚整體增厚，支管壁厚不變；③整個成型過程為冷加工，對耐蝕合金層性能影響較?。虎軌毫Τ尚驮O備為專用壓力設備，且壓力噸位較高；⑤成型模具強度要求高，模具造價成本較高；⑥材料利用率較高；⑦成型壓力較高，生產(chǎn)安全性較低；⑧成型溫度為室溫，工人勞動強度較小；⑨成型材料強度等級和壁厚等級較窄；⑩生產(chǎn)效率較高，生產(chǎn)成本較低。

1.2.3 碳鋼三通內(nèi)襯堆焊成型工藝

該制造成型工藝過程為：準備碳鋼三通管坯（管端為平端，且三通的管程C 和出口M 需要加長）→三通內(nèi)表面焊前處理→三通內(nèi)壁堆焊（主管和支管自動堆焊，肩部的部分過渡區(qū)域手工補焊）→試驗檢驗→坡口加工→復合三通成品。

該工藝特點：①適用于直徑≥ 114 mm 三通的成型；②對碳鋼三通材料的強度等級沒有要求，壁厚要求≥ 9 mm；③堆焊設備自動化程度較高，工人勞動強度較??；④生產(chǎn)效率非常低，生產(chǎn)成本非常高。

1.2.4 冶金復合板模壓對焊成型工藝

該制造成型工藝過程為：準備冶金復合板→冶金復合板劃線和下料→板料加熱模壓→切割對接焊坡口→兩半三通對接焊接→試驗檢驗→坡口加工→復合三通成品。

該工藝特點：①適用于直徑≥ 219 mm 三通的成型；②整個成型過程需要加熱多次，對耐蝕合金層的性能影響較大；③材料利用率低；④成型材料強度等級和壁厚等級較廣；⑤生產(chǎn)效率一般，生產(chǎn)成本較低；⑥三通產(chǎn)品存在兩條焊縫，產(chǎn)品安全系數(shù)較低。

1.2.5 機械復合管冷擠壓成型工藝

該制造成型工藝過程為：準備管坯（管坯為機械復合管，管坯直徑與成型三通直徑一致，且基襯間隙進行密封焊接）→管坯放置三通模具中，兩端密封，管內(nèi)部注水或油→管內(nèi)部加壓形成內(nèi)高壓，兩端加壓，在綜合壓力作用下擠壓出三通支管（管坯材料強度和壁厚不同，成型次數(shù)不同）→支管開孔→管口整形→熱處理→內(nèi)外表面處理→試驗檢驗→坡口加工→管端進行封焊/堆焊→復合三通成品。

該工藝特點：①適用于直徑≤ 711 mm 三通的成型；②壁厚均勻性較好，主管壁厚整體增厚，支管壁厚不變；③整個成型過程為冷加工，對耐蝕合金層性能影響較??；④壓力成型設備為專用壓力設備，且壓力噸位較高；⑤成型模具強度要求高，模具造價成本較高；⑥材料利用率較高；⑦成型壓力較高，生產(chǎn)安全性較低；⑧成型溫度為室溫，工人勞動強度較??；⑨成型材料強度等級和壁厚等級較窄；⑩生產(chǎn)效率較高，成品率較低，生產(chǎn)成本較高。

1.2.6 碳鋼三通內(nèi)襯旋壓成型工藝

該制造成型工藝過程為：準備碳鋼三通管坯（管端為平端）→三通內(nèi)部裝配襯管→內(nèi)襯旋壓成型→支管內(nèi)襯開孔→管口整形→試驗檢驗→坡口加工→管端進行封焊/堆焊→機械復合三通成品。

該工藝特點：①對碳鋼三通材料的強度等級沒有要求；②整個成型過程為冷加工，對耐蝕合金層性能影響較?。虎壑Ч軆?nèi)襯的壁厚較??；④生產(chǎn)效率較低，成品率較低，生產(chǎn)成本較高。

1.2.7 復合管開孔焊接支管成型工藝

該制造成型工藝過程為：準備冶金復合管或機械復合管→制作帶孔的復合管（冶金復合管直接開孔，機械復合管要先開孔后復合內(nèi)襯）→焊接支管→試驗檢驗→坡口加工→管端封焊/堆焊→冶金或機械焊接復合三通成品。

該工藝特點：①對成型材料的強度等級沒有要求；②產(chǎn)品為焊接三通，安全系數(shù)較低。

1.3 復合三通制造工藝推薦

綜上，復合三通制造工藝優(yōu)劣排序為：碳鋼三通內(nèi)襯堆焊成型工藝＞冶金復合管冷擠壓成型工藝＞冶金復合管熱擠壓成型工藝＞復合管開孔焊接支管成型工藝＞冶金復合板模壓對焊成型工藝。

2 雙金屬復合彎頭

2.1 國內(nèi)外制造成型工藝

國外雙金屬復合彎頭的制造方式有冶金復合管熱推制成型工藝、碳鋼彎頭內(nèi)襯堆焊成型工藝、冶金復合管冷模壓成型工藝[11]等。

國內(nèi)雙金屬復合彎頭的制造方式有冶金復合管推制成型工藝、碳鋼彎頭內(nèi)襯堆焊成型工藝、冶金復合管冷模壓成型工藝、冶金復合板熱模壓對焊成型工藝、碳鋼彎頭內(nèi)襯爆燃復合成型工藝等。

2.2 制造成型工藝介紹

2.2.1 冶金復合管熱推制成型工藝

該制造成型工藝過程為：準備管坯（管坯為冶金無縫復合管或冶金復合板卷焊復合管，管坯直徑小于成型彎頭直徑）→下料（根據(jù)推制彎頭需要的長度）→將短節(jié)管坯裝到推桿上→感應加熱推制彎頭→管口整形→熱處理→內(nèi)外表面處理→試驗檢驗→坡口加工→冶金復合彎頭成品。

該工藝特點：①適用于直徑≤ 820 mm 彎頭的成型；②整個成型過程需要加熱，對耐蝕合金層性能影響較大；③成型過程為直徑變大，長度變短，壁厚變化不大；④成型溫度較高，工人勞動強度較大；⑤生產(chǎn)效率一般，生產(chǎn)成本較低；⑥推桿規(guī)格較多，推桿制造成本較高。

2.2.2 碳鋼彎頭內(nèi)襯堆焊成型工藝

該制造成型工藝過程為：準備碳鋼彎頭管坯（管端為平端，且彎頭中心至端面距離需要加長）→彎頭內(nèi)表面焊前處理→彎頭內(nèi)壁堆焊（內(nèi)壁分節(jié)進行堆焊，交接處需要進行補焊）→試驗檢驗→坡口加工→冶金復合彎頭成品。

該工藝特點：①適用于≥ 114 mm 直徑彎頭的成型；②對碳鋼彎頭材料強度等級沒有要求，壁厚要求≥ 9 mm；③堆焊設備自動化程度較高，工人勞動強度較?。虎苌a(chǎn)效率非常低，生產(chǎn)成本非常高。

2.2.3 冶金復合管冷模壓成型工藝

該制造成型工藝過程為：準備管坯（管坯為冶金無縫復合管或冶金復合板卷焊復合管，管坯直徑與成型彎頭直徑一致）→下料（兩個端面為45°斜面，兩個端面對稱）→管坯內(nèi)部裝入拼裝芯棒→管坯放入彎頭模具中，模壓成型→管口整形→熱處理→內(nèi)外表面處理→試驗檢驗→坡口加工→冶金復合彎頭成品。

該工藝特點：①適用于直徑≤ 219 mm 彎頭的成型；②壁厚均勻性較差，彎頭外側(cè)減薄，彎頭內(nèi)側(cè)增厚；③整個成型過程為冷加工，對耐蝕合金層性能影響較?。虎苌a(chǎn)效率較高，生產(chǎn)成本較低。

2.2.4 冶金復合板模壓對焊成型工藝

該制造成型工藝過程為：準備冶金復合板→冶金復合板劃線和下料→板料加熱模壓→切割對接焊坡口→兩半彎頭對接焊接→試驗檢驗→坡口加工→冶金復合彎頭成品。

該工藝特點：①適用于直徑≥ 219 mm 彎頭的成型；②整個成型過程需要加熱多次，對耐蝕合金層性能影響較大；③材料利用率較低；④成型材料強度等級和壁厚等級較廣；⑤生產(chǎn)效率一般，生產(chǎn)成本較低；⑥彎頭產(chǎn)品存在兩條焊縫，安全系數(shù)較低。

2.2.5 碳鋼彎頭內(nèi)襯爆燃復合成型工藝

該制造成型工藝過程為：準備碳鋼彎頭管坯和內(nèi)襯彎頭管坯→碳鋼彎頭內(nèi)表面處理和內(nèi)襯彎頭外表面處理→將內(nèi)襯彎頭裝入碳鋼彎頭中→兩端密封，爆燃復合→試驗檢驗→坡口加工→管端封焊/堆焊→機械復合彎頭成品。

該工藝特點：①整個成型過程為冷加工，對耐蝕合金層性能影響較??；②生產(chǎn)效率較高，生產(chǎn)成本較低；③成型過程對彎頭的尺寸影響較大，產(chǎn)品尺寸精度較差；④基襯為機械結(jié)合，結(jié)合強度較低。

2.3 復合彎頭制造工藝推薦

綜上，復合彎頭制造工藝優(yōu)劣排序為：碳鋼彎頭內(nèi)襯堆焊成型工藝＞冶金復合管冷模壓成型工藝＞冶金復合管熱推制成型工藝＞冶金復合板模壓對焊成型工藝＞碳鋼彎頭內(nèi)襯爆燃復合成型工藝。

3 雙金屬復合異徑接頭

3.1 國內(nèi)外制造成型工藝

國外雙金屬復合異徑接頭的制造方式有冶金復合管熱/冷模壓成型工藝、碳鋼三通內(nèi)襯堆焊成型工藝等。

國內(nèi)雙金屬復合異徑接頭的制造方式有冶金復合管熱/冷模壓成型工藝、碳鋼內(nèi)襯異徑接頭堆焊成型工藝、冶金復合板熱模壓對焊成型工藝、冶金復合板卷制對焊成型工藝、碳鋼異徑接頭內(nèi)襯爆燃復合成型工藝等。

3.2 制造成型工藝介紹

3.2.1 冶金復合管熱/冷模壓成型工藝

該制造成型工藝過程為：準備管坯（管坯為冶金無縫復合管或冶金復合板卷焊復合管，管坯直徑與成型異徑接頭的大端直徑一致）→下料→將管坯放入異徑接頭模具中模壓成型（根據(jù)變徑程度，管坯可能需要加熱）→管口整形→熱處理→內(nèi)外表面處理→試驗檢驗→坡口加工→冶金復合異徑接頭成品。

該工藝特點：①整個成型過程不宜變徑過大，否則容易出現(xiàn)小端內(nèi)襯脫落及起皺現(xiàn)象；②生產(chǎn)效率較高，生產(chǎn)成本較低。

3.2.2 碳鋼異徑接頭內(nèi)襯堆焊成型工藝

該制造成型工藝過程為：準備碳鋼異徑接頭管坯（管端為平端，且異徑接頭的端面至端面距離需要加長）→異徑接頭內(nèi)表面焊前處理→異徑接頭內(nèi)壁堆焊→試驗檢驗→坡口加工→冶金復合異徑接頭成品。

該工藝特點：①適用于直徑≥ 114 mm 異徑接頭的成型；②對碳鋼異徑接頭材料的強度等級沒有要求，壁厚要求≥ 9 mm；③堆焊設備自動化程度較高，工人勞動強度較??；④生產(chǎn)效率非常低，生產(chǎn)成本非常高。

3.2.3 冶金復合板模壓對焊成型工藝

該制造成型工藝過程為：準備冶金復合板→冶金復合板劃線和下料→板料加熱模壓→切割對接焊坡口→兩半異徑接頭對接焊接→試驗檢驗→坡口加工→冶金復合異徑接頭成品。

該工藝特點：①整個成型過程需要加熱多次，對耐蝕合金層性能影響較大；②材料利用率較低；③成型材料強度等級和壁厚等級較廣；④生產(chǎn)效率一般，生產(chǎn)成本較低；⑤彎頭產(chǎn)品存在兩條焊縫，安全系數(shù)較低。

3.2.4 冶金復合板卷制對焊成型工藝

該制造成型工藝過程為：準備冶金復合板→冶金復合板劃線和下料→機加對接焊坡口→卷制→對接焊接→管口整形→試驗檢驗→坡口加工→冶金復合異徑接頭成品。

該工藝特點：①適用于直徑≥ 219 mm 異徑接頭的成型；②整個成型過程為冷加工，對耐蝕合金層性能影響較??；③材料利用率較低；④成型材料強度等級和壁厚等級較廣；⑤生產(chǎn)效率一般，生產(chǎn)成本較低。

3.2.5 碳鋼異徑接頭內(nèi)襯爆燃復合成型工藝

該制造成型工藝過程為：準備碳鋼異徑接頭管坯和內(nèi)襯異徑接頭管坯→碳鋼異徑接頭的內(nèi)表面處理和內(nèi)襯異徑接頭外表面處理→將內(nèi)襯異徑接頭裝入碳鋼異徑接頭中→兩端密封，爆燃復合→坡口加工→管端封焊/堆焊→機械復合異徑接頭成品。

該工藝特點：①整個成型過程為冷加工，對耐蝕合金層性能影響較??；②生產(chǎn)效率較高，生產(chǎn)成本較低；③基襯為機械結(jié)合，結(jié)合強度較低；④可實現(xiàn)的變徑范圍較廣；⑤成型過程對異徑接頭尺寸影響較大，產(chǎn)品尺寸精度較差。

3.3 復合異徑接頭制造工藝推薦

綜上，復合異徑接頭制造工藝優(yōu)劣排序為：碳鋼異徑接頭內(nèi)襯堆焊成型工藝＞碳鋼異徑接頭內(nèi)襯爆燃復合成型工藝＞冶金復合板卷制對焊成型工藝＞冶金復合管熱/冷模壓成型工藝＞冶金復合板模壓對焊成型工藝。

4 雙金屬復合法蘭

4.1 國內(nèi)外制造成型工藝

國外雙金屬復合法蘭的制造通常采用碳鋼法蘭堆焊成型工藝，國內(nèi)雙金屬復合法蘭的制造方式有碳鋼法蘭堆焊成型工藝、碳鋼法蘭內(nèi)襯爆燃復合成型工藝等。

4.2 制造成型工藝介紹

4.2.1 碳鋼法蘭堆焊成型工藝

該制造成型工藝過程為：準備碳鋼法蘭毛坯（毛坯為后續(xù)尺寸加工留有余量）→堆焊表面焊前處理→法蘭內(nèi)壁和環(huán)接觸面堆焊→試驗檢驗→機械加工→冶金復合法蘭成品。

該工藝特點：①適用于直徑≥ 89 mm 法蘭的成型；②對法蘭材料的強度等級沒有要求，壁厚要求≥ 9 mm；③堆焊設備自動化程度較高，工人勞動強度較??；④生產(chǎn)效率較低，生產(chǎn)成本較高；⑤適合法蘭結(jié)構(gòu)形式較多。

4.2.2 碳鋼法蘭內(nèi)襯爆燃復合成型工藝

該制造成型工藝過程為：準備碳鋼法蘭成品（對接端為平端處理）和內(nèi)襯管→碳鋼法蘭內(nèi)表面處理和內(nèi)襯管外表面處理→內(nèi)襯管裝入碳鋼法蘭中→兩端密封，爆燃復合，法蘭內(nèi)壁內(nèi)襯完成→法蘭環(huán)接觸面堆焊處理或貼片處理→試驗檢驗→坡口加工→對接端封焊/堆焊→復合法蘭成品。

該工藝特點：①適用于直徑≥ 48 mm 法蘭的成型；②對法蘭材料的強度等級沒有要求；③生產(chǎn)效率一般，生產(chǎn)成本一般；④法蘭環(huán)接觸面的貼片處理方式適合環(huán)接觸面為平面結(jié)構(gòu)的法蘭。

4.3 制造工藝推薦順序

復合法蘭制造工藝優(yōu)劣排序為：碳鋼法蘭堆焊成型工藝＞碳鋼法蘭內(nèi)襯爆燃復合成型工藝。

5 管件材料類型選擇方案

（1）當管件外徑≤ 114 mm 時，由于管件直徑較小，純材管件價格小于復合管件價格，且復合管件不易生產(chǎn)制造，所以實際工程應用推薦選擇純材管件。

（2）當114 mm≤ 管件外徑≤ 219 mm 時，選擇方案如下：①為內(nèi)襯316L 或2205 的復合管配套管件時，由于內(nèi)襯材料316L 或2205 價格相對便宜，且管件為中小直徑，純材管件價格小于復合管件價格，所以實際工程應用推薦選擇純材管件；②為內(nèi)襯825 或625 復合管配套管件時，雖然管件為中小直徑，但是內(nèi)襯材料825 或625 價格相對較貴，導致復合管件價格小于純材管件價格，所以實際工程應用推薦選擇復合管件。

（3）當管件外徑≥ 273 mm 時，選擇方案如下：①為內(nèi)襯316L 或2205 復合管配套管件時，雖然內(nèi)襯材料316L 或2205 價格相對便宜，但由于管件為中大直徑，復合管件價格小于純材管件價格，所以實際工程應用推薦選擇復合管件；②為內(nèi)襯825 或625 復合管配套管件時，由于內(nèi)襯材料825 或625 價格相對較貴，且管件為中大直徑，復合管件價格小于純材管件價格，所以實際工程應用推薦選擇復合管件。

6 結(jié)束語

從雙金屬復合管件制造工藝的優(yōu)劣排序來看，采用堆焊成型工藝生產(chǎn)制造復合管件為優(yōu)選工藝，但是針對具體的工程應用項目，還需要綜合考慮管件原材料的采購難易程度、管件的直徑大小、管件的材料類型以及管件的生產(chǎn)數(shù)量等因素，最終確定一種性價比較高和生產(chǎn)制造較合理的雙金屬復合管件生產(chǎn)制造工藝。