用于通过扩张制造多层管的方法及通过所述方法制造的多层管的制作方法
【专利说明】用于通过扩张制造多层管的方法及通过所述方法制造的多 层管
[0001] 本发明设及一种通过至少一个机械成形步骤由至少一个内管和一个外管制造多 层管的方法。通过此方法制造的管通常具有耐腐蚀层，从而能够使得管应用于高度腐蚀性 的环境中。
【背景技术】
[0002] 多层管，诸如具有冶金接合的管(也被称之为"包覆管"）和具有机械接合的管（也 被称之为"衬套管"），W及其制造方法是当前工业发展的目标，所述多层管主要用于具有很 强机械应力和高度腐蚀性环境的石油工业中。有时，内部流通的流体还可加速对管的化学 侵蚀，从而要求使用耐腐蚀的合金(CRA)。
[0003] 根据标准DNV-0S-F101和API 5LD提供的定义，包覆管由具有耐腐蚀的内层的外管 构成，其中，运些材料之间通过冶金术接合。根据标准DNV-0S-F101和API 5LD提供的定义， 衬套管由具有耐腐蚀的内层的外管构成，其中，运些材料之间通过机械作用接合。可选地， 包覆管可由衬套管制造。
[0004] 现有技术包含用于制造包覆管（clad pipe)的若干种方法，通常包括材料预处理 步骤、可选层步骤、W及包覆(cladding)步骤。工业规模中使用的用于大批量生产的两种熟 知方法是滚压包覆和堆焊包覆。在薄板滚压（sheet rolling)包覆法中，两种不同材料的薄 板滚压同时进行，所述方法产生一个单一的复合板。然后，纵向地处理、成形并焊接该板，从 而得到接缝包覆管。
[0005] 在堆焊包覆法中，材料通过遍及内管表面的角焊沉积而结合。角焊中使用的材料 通常是耐腐蚀合金。角焊沉积法能够使无缝包覆管的内部材料与外部材料之间冶金接合。
[0006] 文献GB2085330中描述了用于制造无缝包覆管的另一方法。包覆管由至少两个金 属层构成，该金属层经过冷拔步骤W获得各层的良好机械接合，从而产生衬套管，该衬套管 的末端优选地被焊接W防止管之间侵入空气。进行冷拔不足W确保产品的质量。还要执行 对衬套管进行加热的热成形步骤，优选地在烙炉中进行，并且优选地，设置了儀中间层，W 防止碳的扩散。然而，附加层增加了产品的成本。
[0007] 现有技术文献GB2085330中公开的热成形步骤包括外管的热压或热滚，但是，该文 献并未描述如何执行热成形步骤。通常，热压需要制造具有固定尺寸的管的专用模具。由于 成本和不能生产具有不同尺寸的管，运种模具的制造和热压操作仅在特定的应用中是切实 可行的替代方法。
[0008] 文献US3598156公开了包括中间铁层或钢层W及位于管的内表面和外表面上的两 个铜层的双金属管材。双金属管的实施方式包含用高频感应器在950°C与1050°C之间加热 之后的冷机械扩张步骤，W获得中间层与外管和内管之间的冶金接合。由于中间层的烙化， 才发生了冶金接合;然而，不执行任何附加的管成形步骤。为了执行扩张，使用了固定至连 杆(rod)的锥形屯、轴，并且当通过牵引滑架拉动时，管沿着屯、轴纵向地移动。第二双金属管 材实施方式在其制造工艺方面展示了通过电磁感应进行加热之后的冷拔步骤。
[0009] 对于文献US3598156中的在单一冷成形步骤中制造的双金属管材，需要初始步骤 W预处理构成中间层的锻锋材料，即，需要沉积低烙点的化、Pb、Ag、Al层，当被加热时，低烙 点的化、Pb、Ag、Al层与铁管或钢管冶金接合，而不与外层和内层结合。
[0010] 现有技术方法都没有公开使用一个成形步骤生产由至少两个金属管制造的衬套 管或包覆管，而不需要额外的热处理或成形步骤，W获得具有希望质量的多层管。同样，现 有技术参考文献并未公开由无缝管制造所述多层管，并且现有技术文献并未公开无缝包覆 管。
[0011] 因此，本发明的目的是提供一种用于按照更为经济的方式由无缝管制造多层管的 方法，从而极大地减少了扩张方法中的作用力，同时确保了多层管的最终质量。
【发明内容】
[0012] 本发明的目的在于通过扩张制造多层管的方法，其中，多层管包括由金属材料的 外管制成的至少一个外层和由金属材料的内管制成的内层，当内管和外管发生变形时，内 管具有比外管的弹性恢复更小的弹性恢复，并且具有比外管的内径更小的外径;所述方法 包括：
[001引管的安装步骤，其中，内管插入到外管内部；
[0014] 至少一个机械扩张步骤，包括在屯、轴与安装的所述管之间提供在纵向方向上的相 对移动，且屯、轴定位在内管的内部，其中，屯、轴的至少一部分具有比内管的内径更大的外 径。
[0015] 在管之间的安装步骤之前，优选地，按照下列顺序执行化学预处理步骤：
[0016] 酸浸至少内管的内表面；
[0017]中和并且洗涂至少内管的内表面；
[0018] 将润滑剂施加在内管的内表面上。
[0019] 施加润滑剂的步骤可包括:施加活性油类润滑剂或草酸和活性肥皂的组合物。
[0020] 优选地，在管之间的安装步骤之前，对外管的内表面和内管的外表面执行喷丸处 理步骤。
[0021] 可替代地，在外管和内管的安装步骤之后，执行定位步骤，其中，安装在一起的外 管和内管布置成使得一端支撑在扩张模具上并且相对于扩张台被固定。
[0022] 可替代地，在管之间的安装步骤之后，与机械扩张步骤同步，通过外管和内管的感 应执行加热步骤。在运种情况下，在安装管的步骤之前，优选地，执行利用基于水和石墨的 混合物的润滑剂对至少内管的内表面进行润滑的步骤。该方法可包括:在至少一个机械扩 张步骤之后，与至少一个附加的热机械扩张步骤同步进行的内管和外管的感应步骤。可替 代地，在加热步骤中，电磁感应线圈设置在外管和内管的外部并且相对于外管和内管与屯、 轴的位移同步地纵向移动。可替代地，在至少一个机械扩张步骤中，屯、轴在内管的内部纵向 地移动，而外管和内管保持在固定位置。
[0023] 在加热步骤中，可替代地，加热设备设置在外管和内管的内部并且相对于外管和 内管与屯、轴的连杆一起纵向地移动。
[0024] 该方法可进一步包括扩张步骤之后的多层管弯曲的步骤。
[0025] 优选地，屯、轴具有截椎体的形状，屯、轴的最小直径小于内管的内径并且最大直径 大于内管的内径，从而使得外管在扩张方法过程中发生适当的弹性变形。
[0026] 在安装步骤之后，可W执行将两个管的端部焊接在一起并且在内管与外管之间产 生真空的步骤。
[0027] 在机械扩张步骤过程中，可W执行在内管与外管之间施加惰性气体的焊剂的步 骤。
[0028] 通过多层管也实现了本发明的目的，多层管包括由金属材料的外管制成的至少一 个外层和由金属材料的内管制成的内层，当两者发生变形时，内管具有比外管展示的弹性 恢复更小的弹性恢复，并且具有比外管的内径更小的外径，多层管由之前描述的方法制造。
[0029] 外管可由碳儘钢合金构成并且内管可由耐腐蚀的合金构成。
[0030] 内管可由碳钢、低合金钢、高合金钢、不诱钢、儀基合金、铁基合金、钻基合金、铜基 合金、锡基合金、W及错基合金中的至少一种材料制成。优选地，外管和内管是无缝管。
[0031] 多层管可包括设置在外管与内管之间的金属材料的至少一个中间层。金属材料的 中间层可具有比外管和内管的烙点更低的烙点。中间层可包括儀(Ni)或错(Zn)。可替代地， 多层管可包括设置在外管的外部的、由具有比外管的外径更大的内径的第二外管构成的耐 腐蚀合金层。优选地，第二外管具有比外管的屈服强度更大的屈服强度。
【附图说明】
[0032] 将基于附图中展示的一种实行的实例进一步更为详细地描述本发明。附图示出 了：
[0033] 图1-本发明中用于通过扩张制造多层管的方法的扩张步骤的实施方式的示意图；
[0034] 图2-本发明的方法中的扩张步骤之前、过程中、W及之后的应力-应变工程图；
[0035] 图3-示出了本发明的方法的第一实施方式的框图；
[0036] 图4-本发明的方法中的冷成形多层管的实施方式中的管之间的界面图W及外管 与内管之间的界面中的铁和儀元素的浓度的图表；
[0037] 图5-本发明的方法中的热成形多层管的实施方式中的管之间的界面图W及管之 间的界面中的铁和儀元素的浓度的图表;W及
[0038] 图6-示出了本发明的方法的一种实施方式的框图。
【具体实施方式】
[0039] 如图1中示出的，根据本发明的用于制造多层管的方法基于一个插入到另一个内 部的两个或多个金属管的机械扩张，因此，由该方法制造的管包括由外管制成的至少一个 外层和由内管制成的一个内层。
[0040] 当仅执行冷扩张时，通过该方法制造的多层管是衬套管，因此，该至少两个金属管 仅通过机械接合附接在一起。当执行热扩张时，在该至少两个管之间的界面的至少一部分 中形成冶金接合。
[0041] 当构成多层管的各层之间的接合满足标准ASTM A578和API 5LD的最低要求时， 即，管的表面上的在W非连续性指征为中屯、的225mm X 225mm的正方形的扫描区域内的任何 非包覆区域不可超过25mm的直径。而且，管在距离管端在100mm的距离内不得具有任何非包 覆区域。根据本发明，通过根据本发明的方法可W制造包覆管，且外管10与内管20之间具有 高达100%的包覆层。
[0042] 就图1至图6中所示的本发明的方面而言，多层管1仅由金属材料的外管10和金属 材料的内管20制造，其中，当两者发生变形时，内管20具有比外管10展示的弹性恢复更小的 弹性恢复。此外，优选地，内管20具有比外管10的