1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

1 复合管

1.1 引言

复合管又称为双层管(或多层) 或包覆管, 它是由两种(或两种以上)不同材料管材构成, 一种材料管材在内, 另一种材料管材在其外; 管层之间结合紧密, 受外力作用时, 两种(或两种以上)材料管材同时变形。

1.1.1　不锈钢#8212;碳钢复合管的性能不锈钢#8212;碳钢复合管是在普碳钢管的基体上包覆一层薄的不锈钢表层的双层复合管, 它具有较高的强度(相对装饰用纯不锈钢管壁厚较厚)和不锈钢防腐蚀光亮的外形特征, 其综合性能优于作为装饰用的纯不锈钢管。

1.1.2　不锈钢#8212;碳钢复合管使用范围由于不锈钢#8212;碳钢复合管优良的综合性能, 它被广泛用于城市建设、 建筑安装、 家具、自行车、 健身器材、 商场、 车辆制造以及纺织、化工、 食品等行业中。根据预测, 2000 年复合管消费量将大大增加, 且随着人民生活水平的提高、 饮用水的输送、 城市建筑装饰、 居民市内市外装饰、 建筑门窗等使用碳钢#8212;不锈钢复合管将更为广泛。 目前香港、 上海等发展城市饮用水管已不再使用碳钢管而改成使用复合管, 高层建筑也不再使用铝合金门窗, 而改为复合窗框, 且这些领域逐渐接受复合材料。最近四川省建委也下文指出, 将于 2000

年在四川省停止使用普碳钢管作为城市建设输送水管道, 目前推荐使用复合管。因此, 不锈钢#8212;碳钢复合管作为输送水管道具有非常诱人的市场潜力。

2　不锈钢#8212;碳钢复合管生产工艺

根据不锈钢#8212;碳钢复合管生产方式的不同, 其工艺大致有以下三种: 一是包覆成型(即连续辊式成型) , 二是拉拔成型(即间断压力加工成型) , 三是爆炸成型(即连续辊式成型)。

2.1.0　连续包覆成型生产工艺

连续包覆成型是在前后两套焊管机组上通过轧辊成型一次完成。 它对成型机组、 焊管机组的要求都很高, 两台机组应同步匹配, 碳钢管外径公差要求很高。因整套机组要求精度高、 稳定性好。

2.1.1　连续包覆成型生产工艺流程

连续包覆成型生产工艺流程:纵剪碳钢带卷→开卷→简易活套→成型→高频焊接　→去外刺→定径→圆管不锈钢纵剪带→简易活套→孔型包覆 → 氩弧焊→去外刺→焊缝抛光→整体抛光→定尺→平头→检验→包装→标记→称重→入库

2.1.2　连续包覆成型的特点

连续包覆成型工艺相对比较简单, 而且采用专门的生产机组, 主要有以下特点:它要求碳钢管成型质量要好, 外圆公差必须控制在#177;0110mm , 并且碳钢管与不锈钢带包覆要求紧密, 包覆过程中不锈钢带边部必须正对焊缝, 因此必须采用专门的复合管连续包覆生产机组。专门的包覆成型机组主要采用国外引进, 设备投资较大;

(2)包覆成型无法生产 110mm 壁厚以下的复合管, 但装饰用管的壁厚大多在018mm 以下;( 3)不锈钢覆合层较厚, 一般为 014mm以上;(4)不能直接生产方、 矩形等异形管;(5)覆合层间的紧密性不够, 冷变成型性能不好;(6)不锈钢覆合层只能包覆在外层。

2.1.2　拉拔成型生产工艺

拉拔成型是在拉拔机组上进行压力加工成型。 它对管坯要求较严, 必须保证两种钢尺寸精度和延伸性能。

2.1.2.1　拉拔成型生产工艺流程

不锈钢管碳钢管 →套合→打头→配洗、 润滑→冷拔→去油→矫直→切管→检验→抛光→检验→包装→标记→称重→入库拉拔成型的特点拉拔成型工艺相对简单, 主要有以下特点:对不锈钢管、 碳钢管的质量要求较高;要求原管坯为薄壁管;拉拔成型生产为断续生产, 效率较低;不锈钢成材率较低;拉拔成型只能生产中、 小规格复合管;拉拔成型可生产内、 外复合管;复合管层间结合紧密;拉拔成型投资较小。

2.1.3　爆炸成型生产工艺

爆炸成型工艺比较复杂, 它是碳钢板与不锈钢板以爆炸焊合以后, 经热轧, 冷轧成复合带, 然后在焊管机组进行连续辊式成型、 焊接。

2.1.3.1　爆炸成型生产工艺流程

爆炸成型生产流程:碳钢中厚板不锈钢热轧板 →爆炸焊接→复合板→切割→重叠焊四边→热轧→冷轧→纵剪→分层酸洗→氩弧焊或二氧化碳保护填充焊→连续固溶处理→抛光→检验→包装→标记。

2.1.3.2　爆炸成型的特点

爆炸成型工艺比较复杂, 对焊接工艺水平要求较高, 主要有以下特点:爆炸焊接工艺较复杂, 国内已有专门厂家生产爆炸复合板。复合板须经热轧、 冷轧加工成复合带。不锈钢复合层厚度可小于 012mm , 不锈钢比例最小可以达到5%。可直接生产方、 矩形管等。爆炸成型可以生产任意壁厚复合管, 可生产内、外复合管。复合层紧密, 冷弯性能好, 产品适用性广泛。

3　结论

a. 连续包覆成型生产工艺稳定, 效率较高, 但需专门的生产机组, 设备一次投资大。

b.挤压成型生产工艺稳定, 但效率低,设备一次投资较小。

c. 爆炸成型生产工艺虽然复杂, 但效率较高, 产品适用性强。

d. 以上三种方法都能生产碳钢#8212;不锈钢复合管, 在决定新建碳钢#8212;不锈钢复合管生产线时一定要注意各种成型方式的特点, 结合单位的具体情况(例如技术装备水平、 投资额度、 外协能力等)做可行性研究。

2.冷拔-液固相扩散复合法制备碳钢/不锈钢复合管

层状金属复合材料是利用材料复合技术使两种或两种以上物理 化学 力学性能不同的金属在界面实现冶金结合的一种新型复合材料[1]。以不锈钢为覆层 碳钢为基层的双金属复合材料兼有耐腐蚀性良好和力学性能优异的特点, 既可降低生产成本 ，又能满足实际需求， 与同规格纯不锈钢相比明显减少了不锈钢占有比例， 节约贵重金属 Cr Ni 等可达 70% 80%[2]。国外广泛应用在石油， 化工 ，能源 ，电力 环保等诸多领域[3]。目前国内外制造双金属复合管的方法有很多种， 但大多对设备要求严格， 生产工艺复杂 ，且不易控制复合管的性能 ，而一些简单的机械复合方法又无法使两种金属间实现真正的冶金结合， 严重限制了双金属复合管的应用和发展。 因此， 迫切需要研究开发一种新的高效节能能够实现两种金属牢固结合适合大规模工业生产的双金属复合管的制备工艺本文以铜箔为中间层 ，采用冷拔液固相扩散复合的方法制备碳钢 /不锈钢复合管 ，借助铜箔中间层熔化与母材进行液固相扩散 ，来实现良好的冶金结合 该方法制造金属复合管简便。进行大规模工业生产 对于碳钢 /不锈钢双金属复合管的制备来说,具有重要的理论和应用价值。

3 介绍

不锈钢复合管由不锈钢和碳素结构钢两种金属材料采用无损压力同步复合成的新材料，兼具不锈钢抗腐蚀耐磨和卓越美丽的外表，以及碳素钢良好的抗弯强度及抗冲击性。符合国家节能及普及的原则。不锈钢复合管于2002年国家标准GB/T18704-2002正式颁布，从材料质量选择，检验等方面都有了一整套严格规范的管理，由于外表美观、价格低廉等优点，现已广泛用于桥梁护栏，装饰装潢，车辆附件，输送辊轮，纺机配件等领域。

近年来面市的碳钢内衬不锈钢复合管材，由于在兼顾了内外两层管材的优点的同时也克服了它们的缺点，因而具有良好的技术特点和应用前景。碳钢内衬不锈钢复合管采用国标热镀锌钢管为外层，以进口或国产优质不锈钢管为内层，经特殊工艺复合而成。由于兼顾了内外两层管材的优点，同时也克服了它们各自的缺点，因而近年来逐渐被建筑设计单位和工程界看好。其主要技术特点为：

一、具有良好的机械性能。由于内外两层均为金属材料，所以其抗压、抗冲击性强，抗拉强度大，伸长率高，弹性模量值高，热膨胀系数小。尤其适宜为建筑给水的立管和地埋敷设。

二、结合强度高。碳钢不锈钢复合管是将内层的不锈钢管套入热镀锌钢管内，在机械力的作用下，使镀锌钢管做缩径处理，内层不锈钢管做扩径处理，使两层材质紧密结合，其结合强度超过国家标准规定1mpa以上。由于内外层材质相近，所以不会产生分裂现象。

三、防锈耐腐蚀性好。不锈钢材质由于具有防锈和耐氧化、耐酸碱、耐晶间腐蚀性良好等化学性能，其防锈和防蚀比其它材质优越。内衬不锈钢复合管和不锈钢管件配套连接，其适用范围更广泛，除一般供水供热外，还适用于化工、医药、石油、食品、电镀等防蚀要求高的行业。

四、耐热耐寒，冷热两用。耐温不锈钢材质工作温度可达700℃～1035℃。耐寒可达1开尔文(B273℃)，液氮冷冻箱就采用不锈钢材。所以不锈钢复合管耐热耐寒性能优越，而且不分冷水管热水管,一管二用，冷热皆宜。

五、通径大、阻力小。内衬不锈钢复合管其内层不锈钢仅3B8m，所以实际通径与规定通径基本相符。而且内壁光滑、不结垢、阻力小、流水量大。

六、工作压力高。内衬不锈钢复合管能保证工作压力大于2.5mpa以上，可以满足各类建筑给水工程需要。

七、安装便捷，工艺简单。碳钢内衬不锈钢复合管，安装同普通镀锌钢管：DN100以下采用丝接，DN100以上采用沟槽连接，工艺简单，安装工人不需专门培训。

八、卫生环保、安全性好。由于不锈钢材质化学性能稳定，对人体无损害，所以国际国内医学界在人体内植入的各种支架、夹板、内固定螺丝都选用不锈钢材料。内衬不锈钢复合管与不锈钢管件配套连接，加上对接头螺纹和端面的无毒防锈处理，可以有效防止对水质造成的二次污染。内衬不锈钢复合管系统接触传输流体部分全为不锈钢材料，卫生环保，安全性好，符合”生态住宅”要求和以人为本的时代理念。

1.2根据《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003）5.7.6条”饮用水管道应选用耐腐蚀、内表面光滑、符合食品级卫生要求的薄壁不锈钢管、薄壁铜管、优质塑料管等；”由建设部发布的行业标准《管道直饮用水系统技术规程》中对该系统可采用的管材提出了”管材应选用不锈钢管、铜管或其他符合食品级卫生要求的优质给水塑料管和优质钢塑复合管”。从这些相关规范、规程中对直饮水系统的管材都首推不锈钢管。因而，建筑给水薄壁不锈钢管在建筑工程给水系统中具备了良好的发展前景。

1.3从经济上来说，不锈钢管虽一次性投资较高，但使用寿命周期的成本较低，经久耐用，其管壁薄、质轻、强度大，有效管径比金属管大30％左右。外观靓丽美观，安装的明管给人们一种豪华、高雅的感觉。管内壁光滑、无锈蚀、不结垢有效水流量大、阻力小、耐腐蚀、节能环保。管道连接方便快捷、省时省力、密封性能好、易维护、安全卫生可靠等优点。受到了管道工程界的青睐并占据了相当重要的位置，形成一种势不可当的发展趋势。

2、管材的选用

3、建筑给水不锈钢管道有0Cr18Ni9（304）、0Cr17Ni12Mo2（316）、00Cr17Ni14Mo2（316L）三中奥氏体不锈钢。选材上要防止两种倾向，一是一味求高。316比304材料贵50％左右，316L更贵。有耐腐蚀的场合，水中余氯较高、有沉积物的情况，采用316不锈钢管比较合适。对满足饮用净水质标准的直饮水，采用304不锈钢管就可满足功能要求。二是一味求低。有一种303不锈钢管易于切割，在水中易发生择优点蚀，是不宜在直饮水系统上采用的。更值得注意的是，用于直饮水系统上的不锈钢管一定要求为”食品级”。特别是壁厚仅为0.6～1.2mm的薄壁不锈钢管在优质饮用水系统、热水系统及将安全、卫生放在首位的给水系统，具有安全可靠、卫生环保、经济适用等特点。

3、管道施工技术

3.1不锈钢管可靠的连接方式使它具备其他无法比拟的优点，目前常见的管件类型有卡压式、压缩式、压紧式、活接式、推进式、锥螺纹式、承插焊接式、活接式法兰连接、焊接式及焊接与传统连接相结合的派生系列连接方式。

3.2这些连接方式，依据其原理不同，其适用范围也有所不同，但大多数均安装方便、牢固可靠连接采用密封圈或密封垫材质，大多选用符合国家标准要求的硅橡胶、丁橡胶和三元乙丙橡胶等，能有效解决管道中存在的”跑、冒、滴、漏”现象，免除了用户的后顾之忧。而其中的不锈钢管卡压连接，因其工艺较为简单实用，便于操作，且成本不高，因而被广泛应用。如我司承接的一座三星级佳宇酒店工程为例(右图所示)，该工程地下3层，地上19层，总建筑面积19480平方米[4]。在直饮水系统就采用了不锈钢管卡压连接工艺，取得了较好的效果。

4、不锈钢管道卡压式连接

不锈钢管道卡压式管件端口部分有环状U型槽，内装有O型密封圈。安装时，用专用卡压工具使U型槽凸部缩径，且薄壁不锈钢管水管、管件承插部位卡成六角形。

施工工艺：安装准备→卡压式连接→管道试验→质量检查→成品保护

4.1安装准备

4.1.1用专用划线器在管子端部画标记线一周，以确认管子的插入长度。避免脱出而造成实际插入长度不足，卡压后引起漏水（插入长度见表1）。

插入长度基准值 表1 mm

公称通径	15	20	25	32	40	50	65
插入长度基准值	21	24	39	47	52	64

4.1.2水管切断后不允许有外翻毛刺，以避免安装时水管插入管件刮伤橡胶密封圈，造成卡压后漏水。

4.1.3水管插入管件前必须确定水管插入长度并划线作好标记，并确认O型密封圈已安装的正确位置上。

4.1.4如水管插入管件过紧，不得使用油脂类润滑，以免油脂使橡胶密封圈变形，造成卡压失效而漏水（可用清洁水润滑）。

4.1.5将管子垂直插入卡压式管件中，不得歪斜，以免O型密封圈割伤或脱落造成漏水。插入后，立即确认管子上所画标记线距端部的距离，公称直径15～25mm时为3mm；公称直径32～65mm时为5mm。

4.2卡压式连接

4.2.1用专用切管工具按所需长度切管，切口应平整，同时应去除端口毛刺；

4.2.2为克服因管材不圆无法插入管件和避免在插管时管材割伤密封圈，用专用整形器对加工管材断面整形；

4.2.3压接操作

（1）选择与管件对应的液压工具，组装好钳口和压块即可进行压接。在压接前，每压接3至5个管件都要在上、下压块四角压齿上加少许润滑油，同时注意上下压块的清洁；

（2）先将管材插入管件承口并到底端，沿管件边缘在管材上划线；再将密封圈套在管材上，插入承插口底端，使管材深度标记与管件边缘对齐，最后把密封圈推入管件与管材之间的间隙内；

（3）将管件的压接部位置于钳头的上下压块之间；管件、管材必须与钳头垂直，方可开始环压操作。环压操作完成后，认真检查压接部位质量：Ⅰ. 压接部位360℃压痕应凹凸均匀；Ⅱ. 管件端面与管材结合应紧密无间隙；Ⅲ.管件端面与管材压合缝挤出的密封圈的多余部分能自然断掉或简便去除。

（4）如因压块或工具损坏造成环压不到位，应用正常工具再做一次环压，并应再次检查压接部位质量（如右图所示）；

（5）当与过渡螺纹接头连接时，应在拧紧螺纹后再进行一次环压；

（6） DN65mm～DN100mm的管材与管件压接，除按上述操作外，还须做二次压接。二次压接时，将压块靠近管件密封圈根部，加压至上下压块无间隙。

（7）如卡压连接不能到位，应将工具送修。卡压不当处，可用正常工具再做卡压，并应再次采用六角量规确认；

（8）当与转换螺纹接头连接时，应在锁紧螺纹后再进行卡压。

4.3管道试验

4.3.1管道安装中应当分区，尽可能采局部完工局部试压的方法。

4.3.2一般水压试验压力为最高实际工作压力的1.5倍，试验压力后严密性保压时间不得低于30min。

4.4质量检查

4.4.1安装完成后，我们组织人员对酒店10F至层顶层的卡压式不锈钢管安装质量进行检查。

4.4.2抽查结果：主控项目管道消毒清洗时的用水不采用含氯离子的液体，采用0.03％的高锰酸钾消毒液进行消毒。[5]（试压、冲洗、通水、消毒）全部合格，

4.4.3一般项目抽查100处，其中定性项目基本合格（管道外观压接不合格2处），定量项目（管道安装错位偏移）有7处不合格，合格率93%。

4.5成品保护

4.5.1施工现场应保持清洁，文明操作，水管及管件不应与杂乱异物随意堆放和践踏。

4.5.2加强员工的成品保护意识教育，强调成品保护对施工质量保证的重要性；

4.5.3对已完工产品加强看护管理，做好留口处的包扎保护，防止异物进入管内。

4.5.4通过以上实施后，施工现场各个工种作业井然有序，成品保护良好。

5 展望

不锈钢防腐性能好, 无磁, 韧性好, 强度高, 是耐酸碱腐蚀的理想材料。但不锈钢价格高, 投资大。大庆油化焊接研究所从油田储罐与管道防腐实际出发, 研究出薄壁不锈钢板防腐衬里技术, 降低了造价。薄壁不锈钢 (0. 2～0. 4 mm) 的焊接工艺难度大, 成为研究的主要技术路线。通过焊接接头式的创新, 焊接工艺的改进, 把玻璃钢 不锈钢复合管 (简称复合管) 、金属不锈钢衬里等专利技术成果转化为实际油田防腐技术产品, 并获得国家知识产权局的专利授权。该技术还获得中国第七届专利博览会金奖证书、美国华盛顿中国专利博览会金牌奖、1999 年第 48 届国际尤里卡发明博览会金奖杯、中国建设标准化协会产品推荐证书, 补填了国内外该项技术空白, 达到国内领先水平。现已完成复合管 28. 66 km , 不锈钢衬里金属罐 42 座; 同时, 依靠新技术, 初步实现产业化。

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2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

一、研究目的

本课题采用不锈钢复合钢管作为系统来分析：管外、管内、端面、两金属界面的安全系统可靠性分析。

二、研究内容