一種礦用高強無磁金屬復合管的制作方法
【專利摘要】一種礦用高強無磁金屬復合管，包括有作為內管的鈦合金管，鈦合金管外設有作為外管的銅合金管，鈦合金管與銅合金管緊密復合；所選用的鈦合金管室溫下抗拉強度超過900MPa，延伸率大于10%，所選用的銅合金管時效態室溫下抗拉強度超過700MPa，延伸率大于4%；將鈦合金管與銅合金管進行復合；具有結構簡單、不易斷裂，可靠性高、服役壽命長，重量較輕，利于井下安裝和制備方法簡單的特點。
【專利說明】一種礦用高強無磁金屬復合管
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于金屬復合管【技術領域】，具體涉及一種礦用高強無磁鈦合金-銅合金復合管及其制備方法。
【背景技術】
[0002]能源是國民經濟和社會發展的關鍵物質基礎，我國是一個缺油少氣富煤的國家，以煤為主的能源結構在未來相當長時期內不會改變。近年來，我國煤礦的生產任務繁重，煤炭安全生產形勢十分嚴峻，重特大瓦斯事故時有發生。瓦斯抽放是煤礦瓦斯治理的根本技術，國家煤礦安全瓦斯治理的十二字方針“先抽后采、以風定產、監測監控”中，“先抽后采”為重中之重。但是，我國瓦斯抽放技術與裝備比較落后，在某些區域雖然對瓦斯進行了抽放，但普通鉆探時無法對鉆孔的實際軌跡進行隨鉆隨測，造成實際鉆孔軌跡與設計鉆孔軌跡出現偏差，瓦斯抽放鉆孔不到位，煤層出現瓦斯抽放盲區，突出事故仍時有發生。
[0003]基與“先抽后采”方針，目前最優選擇為回轉鉆進鉆孔和定向鉆孔實施鉆進。回轉鉆進鉆孔測量系統利用地球重力場和地磁場，在鉆進過程中，對鉆孔軌跡的傾角、方位角進行測量并繪制鉆孔軌跡，從而對相鄰鉆孔的設計布置進行理論指導，或進行區域及局部防突補孔，使該區域鉆孔的設計及布置更加科學合理，有效消除抽放盲區；而定向鉆機鉆進系統可以實時地、更精確地對鉆孔軌跡的傾角、方位角等進行監控，從而提高鉆孔覆蓋率和孔的有效進尺，加大鉆孔揭煤距離，提高瓦斯抽放率，理論上可以實現真正意義上的先抽后米。
[0004]為了保證地磁測量的精確度，鉆桿測量段必需采用無磁材料。目前國內外煤礦坑道鉆探普遍選用高強度鈹青銅作為無磁鉆桿材料。該類合金在時效態使用，其抗拉強度超過lOOOMPa，硬度HRC超過30，延伸率2?10%。但是，目前鈹青銅管材的加工工藝仍不穩定，實際生產出來的鈹青銅管材往往強度、硬度偏高，而塑性過低，延伸率甚至只有2%左右。這就造成鈹青銅無磁鉆桿在使用過程中易于斷裂，不管是進口還是國產鈹青銅無磁鉆桿，在進行定向鉆孔施工過程中，均發生過多次斷裂事故，使得螺桿鉆具和測斜儀器掉落孔底，無法打撈，造成巨大的經濟損失。
【發明內容】
[0005]為了克服上述現有技術的不足，本實用新型的目的是提供一種使用安全可靠的高強無磁金屬復合管，具有結構簡單、不易斷裂，可靠性高、服役壽命長，重量較輕，利于井下安裝和制備方法簡單的特點。
[0006]為實現上述目的，本實用新型采用的技術方案是:一種礦用高強無磁金屬復合管，其特征在于，包括有作為內管的鈦合金管，鈦合金管外設有作為外管的銅合金管，鈦合金管與銅合金管緊密復合；所選用的鈦合金管室溫下抗拉強度超過900MPa，延伸率大于10%，所選用的銅合金管時效態室溫下抗拉強度超過700MPa，延伸率大于4%。
[0007]所述的鈦合金管管壁厚于銅合金管。
[0008]所述的金屬復合管外徑為3(Tl50mm，內徑18?120mm，復合管長度為小于等于6000mm ;其中鈦合金管的外徑為28?147mm,壁厚5?35mm,長度為小于等于6000mm ;銅合金管的外徑為30?150mm,內徑28?147mm,壁厚1.0^5.0mm,銅合金管與鈦合金管長度相等。
[0009]金屬復合管為鈦合金管與銅合金管的復合管,鈦合金管起主承力作用，銅合金管起到防止碰磨起火花的作用。
[0010]本實用新型的復合管，鈦合金管的室溫拉伸性能為:O b彡900MPa，δ彡10% ;銅合金管的室溫拉伸性能為:ob^ 700MPa, δ彡4%。
[0011]本實用新型與現有鈹青銅等礦用高強無磁材料相比具有以下優點:該高強無磁金屬復合管采用厚壁的鈦合金管作為內管，起到主承力作用，其韌性遠高于時效態的鈹青銅，在使用過程中不易斷裂，其可靠性更高、服役壽命更長；同等尺寸重量較低，利于井下安裝。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]附圖本實用新型復合管的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0013]下面結合實施例對本實用新型的技術方案作進一步的詳細描述。
[0014]參見圖1，一種礦用高強無磁金屬復合管，包括有作為內管的鈦合金管2，鈦合金管外設有作為外管的銅合金管1，鈦合金管2與銅合金管I緊密連接；所選用的鈦合金管室溫下抗拉強度超過900MPa，延伸率大于10%，所選用的鈦合金管時效態室溫下抗拉強度超過700MPa，延伸率大于4%。
[0015]所述的鈦合金管管壁厚于銅合金管。
[0016]所述的金屬復合管外徑為3(Tl50mm，復合管長度為小于等于6000mm ;其中鈦合金管的外徑為28?147mm,壁厚5?35mm ;銅合金管的外徑為30?150mm,壁厚1.0?5.0mm。
[0017]金屬復合管為鈦合金管與銅合金管的復合管,鈦合金管起主承力作用；銅合金管起到防止碰磨起火花的作用。
[0018]鈦合金管與銅合金管的復合采用采用如下方法之一:室溫下鈦合金管嵌套入具有
0.3^2.0mm正公差的銅合金管內后，在拉伸機上經過模具進行室溫冷拉或30(T45(TC熱拉或75(T900°C熱拉復合；鈦合金管直接穿入溫度為75(T900°C、具有0.Γθ.5mm負公差的銅合金管內復合；溫度為30(T450°C的鈦合金管直接穿入具有0.Γ0.5mm負公差的銅合金管內復合。
[0019]完成復合的金屬管置于箱式電阻爐或真空爐內在30(T45(TC保溫l?4h進行時效處理，使銅合金管強化。
[0020]實施例1
[0021]本實施例金屬復合管的外徑為63.5mm,內徑為42mm,長1500mm ;所選擇的鈦合金管材料為TC4鈦合金,鈦合金管外徑為58.5mm,內徑為42mm,長度1600mm ;所選擇的銅合金管材料為QBe2鈹青銅合金,外徑為64.5mm,內徑為59.3mm,壁厚為2.6mm,長度為1400mm。
[0022]本實施例的制備方法:將鈦合金管與銅合金管進行復合，將經過退火處理且加工到凈尺寸的TC4鈦合金管嵌套入固溶態的QBe2鈹青銅合金的銅合金管中，一端對齊；在室溫下用拉伸機經具有圓形內孔的硬質模具進行拉制復合，拉制過程為兩個道次，第一道次拉制所選用模具內孔尺寸為64mm，第二道次拉制所選用模具內孔尺寸為63.5mm。
[0023]本實施例拉制復合完成的管材經315°C保溫3h時效處理后獲得成品。鈦合金管的室溫拉伸性能為:ob:970MPa, δ:15% ;銅合金管的室溫性能為:ob:1220MPa, δ:4%0
[0024]實施例2
[0025]本實施例金屬復合管的外徑為30mm，內徑為20mm，長100mm ;所選擇的鈦合金管材料為TC6鈦合金，外徑為28mm，內徑為20mm，長度IlOOmm ;所選擇的銅合金管材料為QTi3.5-0.2鈦青銅合金，外徑為30.8mm,內徑為28.6mm，壁厚為1.1mm，長度為900mm。
[0026]本實施例的制備方法:將鈦合金管與銅合金管進行復合，將經過退火處理且加工到凈尺寸的TC6鈦合金管嵌套入QTi3.5-0.2鈦青銅合金的銅合金管中，一端對齊；使用管式電阻加熱爐將嵌套后的金屬管復合管加熱到450°C，在拉伸機上經具有圓形內孔的硬質模具進行拉制復合，拉制過程為兩個道次，第一道次拉制所選用模具內孔尺寸為30.4mm，第二道次拉制所選用模具內孔尺寸為30mm。
[0027]本實施例拉制復合完成的管材經400°C保溫4h時效處理后獲得成品。鈦合金管的室溫拉伸性能為:ob:1050MPa, δ:15% ;銅合金管的室溫性能為:ob:880MPa, δ:8%0
[0028]實施例3
[0029]本實施例金屬復合管的外徑為73mm,內徑為55mm,長3000mm。所選擇的鈦合金管材料為TA15鈦合金,外徑為68mm,內徑為55mm,長度3100mm ;所選擇的銅合金管材料為QBel.9鈹青銅合金，外徑為75mm，內徑為69.6臟，壁厚為2.7mm，長度為2700mm。
[0030]本實施例的制備方法:將鈦合金管與銅合金管進行復合，將經過退火處理且加工到凈尺寸的TA15鈦合金管穿入固溶態的QBel.9鈹青銅合金外管中，一端對齊；使用高頻感應加熱爐將嵌套后的金屬復合管加熱到790°C，在拉伸機上經具有圓形內孔的硬質模具進行拉制復合，拉制過程為兩個道次，第一道次拉制所選用模具內孔尺寸為74mm，第二道次拉制所選用模具內孔尺寸為73_。
[0031]本實施例拉制復合完成的管材經320°C保溫3h時效處理后獲得成品。鈦合金管的室溫拉伸性能為:ob:990MPa, δ:16% ;銅合金管的室溫性能為:ob:1180MPa, δ:5%0
[0032]實施例4
[0033]本實施例金屬復合管的外徑為90mm，內徑為60mm，長3000mm ;所選擇的鈦合金管材料為TCll鈦合金，外徑為80mm,內徑為60mm,長度3100mm ;所選擇的銅合金管材料為QTi6-l鈦青銅合金，外徑為89.5mm,內徑為79.5臟，壁厚為5.0mm，長度為3100mm。
[0034]本實施例的制備方法:將鈦合金管與銅合金管進行復合，將經過退火處理且加工到凈尺寸的的TCll鈦合金管一端加裝一個最大外徑80mm的TCll鈦合金錐形導引頭，將QTi6-l鈦銅合金管一端向外翻邊,翻邊長度15mm ;使用感應加熱爐將該銅合金管加熱到80(T85(TC，將翻邊固定；在拉伸機上將鈦合金管有錐形導引頭一端從翻邊處開始穿入銅合金管中，使銅合金管內壁與鈦合金管外壁緊密貼合。
[0035]本實施例拉制復合完成的管材經370°C保溫3h時效處理后獲得成品。鈦合金管的室溫拉伸性能為:ob:1040MPa, δ:17% ;銅合金管的室溫性能為:ob:990MPa, δ:4%0
[0036]實施例5
[0037]本實施例金屬復合管的外徑為150mm，內徑為120mm，長3000mm。所選擇的鈦合金管材料為TC4鈦合金，外徑為147mm，內徑為120mm，長度3200mm ;所選擇的銅合金管材料為QTi3.5-0.2鈦青銅合金，外徑為149.8mm,內徑為146.8mm，壁厚為1.5mm，長度為3200mm。
[0038]本實施例的制備方法:將鈦合金管與銅合金管進行復合，將經過退火處理且加工到凈尺寸的TC4鈦合金管一端機加工成一個長度10mm的錐形段，將QTi3.5-0.2鈦青銅合金管一端向外翻邊，翻邊長度1mm ;使用電阻加熱爐將該TC4鈦合金管加熱到430°C，將翻邊固定；在拉伸機上將TC4鈦合金管有錐形段一端從翻邊處開始穿入QTi3.5-0.2鈦青銅合金管中，使QTi3.5-0.2鈦青銅合金管內壁與TC4鈦合金管外壁緊密貼合。
[0039]本實施例拉制復合完成的管材經420°C保溫2h時效處理后獲得成品。內管的室溫拉伸性能為:ob:960MPa, δ:17% ;外管的室溫拉伸性能為:ob:860MPa, δ:8%0
[0040]以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，并非對本實用新型作任何限制，凡是根據本實用新型技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效變化，均仍屬于本實用新型技術方案的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種礦用高強無磁金屬復合管，其特征在于，包括有作為內管的鈦合金管，鈦合金管外設有作為外管的銅合金管，鈦合金管與銅合金管緊密復合；所選用的鈦合金管室溫下抗拉強度超過900MPa，延伸率大于10%，所選用的銅合金管時效態室溫下抗拉強度超過700MPa，延伸率大于4%。
2.根據權利要求1所述的一種礦用高強無磁金屬復合管，其特征在于，所述的鈦合金管管壁厚于銅合金管。
3.根據權利要求1所述的一種礦用高強無磁金屬復合管，其特征在于，所述的金屬復合管外徑為3(Tl50mm，內徑18?120mm，復合管長度為小于等于6000mm ;其中鈦合金管的外徑為28?147mm,壁厚5?35mm,長度為小于等于6000mm ;銅合金管的外徑為30?150mm,內徑28?147mm，壁厚1.(Γ5.0mm，銅合金管與鈦合金管長度相等。
【文檔編號】F16L9/02GK204042218SQ201420295724
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年6月5日 優先權日:2014年6月5日
【發明者】不公告發明人 申請人:陜西太合科技有限公司