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中国焊管五十年第三篇第七章 复合管上海上上不锈钢管有限公司总工程师钱乐中7.1 双金属复合管7.1.1 内衬不锈钢复合钢管内衬不锈钢复合钢管外层为碳钢管，碳钢管厚度确保能进行螺纹连接、沟槽连接、法兰连接和焊接，内层为薄壁不锈钢管，内外层采用缩径法、冷扩法、燃燃法或钎焊法使内外层紧密地复合在一起。缩径法和冷扩法都是采用生产无缝钢管的冷拔设备，用拉伸模放置在内作轴向扩挤动作，使内衬管内径扩大，使不锈钢管紧贴于碳钢管内表面；或将复合管穿过缩径模内孔，使外层碳钢管外径缩小，内外层之间形成过盈配合，从而使内外层复合在一起。爆燃法是将衬有薄壁不锈钢管的碳钢管两端封住，将管内炸药燃爆，产生强大的脉冲应力，通过使内层不锈钢管体积膨胀，发生塑性变形，粘结处金属的局部扰动以及热过程使内层不锈钢管和外层碳钢管焊接起来。为了达到对称爆轰，雷管和炸药必须对称放置。复合是同轴性进行的，所以不会引起管弯曲，但多少会引起扩管或缩管，为了防止碳钢管变形，通常需要在碳钢管的外面放置模具。内衬不锈钢管和外层碳钢管的接触面要抛光干净。使用燃燃法已能生产直径1200mm以下的内衬不锈钢复合钢管。钎焊法是在外层碳钢管、内层不锈钢管的夹层中加钎焊剂层，在高温下钎焊剂熔化，将内外层钢管熔合成为一体。从内外层之间的结合强度来看，钎焊法高于燃燃法，燃燃法高于缩径法和冷扩法。使用以上方法可以生产钢-铜、钢-铝、铝-铝、不锈钢-高温合金、青铜-青铜复舍管。外层碳钢管可以是按GB/T 3091“低压流体输送用焊接钢管”生产的镀锌焊接钢管，也可以是按GB/T 8163“ 输送流体用无缝钢管”生产的无缝钢管，也可以是按SY/T 5037 “低压流体输送管道用螺旋缝埋弧焊钢管”，也可以是按GB/T 9711 “石油天然气工业输送钢管交货技术条件”生产的石油天然气工业用管。内衬不锈钢复合钢管外防腐可以是按GB/T 3091“低压流体输送用焊接钢管”规定的热镀锌，也可以是按CJ/T 120“给水涂塑复合钢管”喷涂环氧树脂粉末和聚乙烯粉末。也可以是按SY/T 0413“ 埋地钢质管道聚乙烯防腐层技术标准”规定的二层结构或三层结构，二层结构底层为粘胶剂，外层为聚乙烯，三层结构底层为环氧粉末，中间层为粘胶剂，外层为聚乙烯。按GB/T12771“流体输送用不锈钢焊接钢管”制造内衬不锈钢管，钢号有：1Cr18Ni9、0Cr18Ni9、00Cr19Ni10、0Cr25Ni20、0Cr17Ni12Mo2、00Cr17Ni14Mo2、1 Cr18Ni9Ti、00Cr17、0Cr13等管体和管体、管体和管件连接可采用按GB/T 7306“ 550密封管螺纹”规定进行螺纹连接，也可按GB 5135.11 “沟漕式管接件”规定进行沟槽连接，也可按GB/T 9119“平面板式平焊钢制管法兰”规定进行法兰连接，也可按GB/T13148“不锈钢复合钢板焊接技术条件”规定进行焊接。图7.1.1.1中法兰与碳钢管、内衬不锈钢管之间焊接按GB/T13148，先分别把复合管和法兰焊接在一起，两个法兰之间采用螺栓、螺帽连接，流体在复合管内流动，只和不锈钢管、不锈钢焊缝相接触，确保管内流体的纯净性。图7.1.1.2中双金属复合管之间的焊接也按GB/T13148，按不锈钢材质的不同，取用不同的不锈钢焊条，在不锈钢管之间、双金属过渡层之间采用不锈钢焊条。 图7.1.1.1法兰连接图 图7.1.1.2内衬不锈钢复合钢管焊接图内衬不锈钢复合钢管的结构尺寸如表7.1.1 表7.1.1 mm公称通径DN复合管内衬不锈钢管最小厚度外径壁厚1521.32.80.252026.92.80.252533.73.20.253242.43.50.304048.33.50.355060.33.80.356576.14.00.408088.94.00.45100114.34.00.50150168.34.50.60200219.15.00.70250273.06.00.80300323.97.00.90400426.08.01.20500530.08.01.207.1.2 外覆不锈钢复合钢管外覆不锈钢复合钢管又称不锈钢复合管，内层为厚壁碳钢管，外层为薄壁不锈钢管，主要用于市政设施、车船制造、道桥护栏、建筑装饰、钢结构网架、医疗器械、家具、一般机械结构部件等。截面形状有园管、方管、矩形管，表面交货状态有未抛光状态、表面抛光状态、表面磨光状态。不锈钢复合管往往采用在线制造，在高频焊管机先把碳钢带焊成碳钢管，把不锈钢带包覆在碳钢管外，用氩弧焊把不锈钢带焊成薄壁不锈钢管，焊后不锈钢管冷却收缩，使不锈钢管与碳钢管之间形成过盈配合，使外层薄壁不锈钢管和内层厚壁碳钢管紧紧地复合在一起。内层厚壁碳钢管作为强度的支撑，外层薄壁不锈钢管保持光亮不生锈状态，可以较低的成本替代不锈钢管，因而得到广泛的应用。内层碳钢管材料为Q215、Q235焊接钢管，外层不锈钢管材料为1Cr18Ni9、0Cr18Ni9。表7.1.2复合管规格 mm外径或边长复合管壁厚12.7、15.9、19.1、22.2、1515、2020、2010、25150.6、0.8、1.0、1.2、1.4、1.5、1.6、1.8、2.025.4 、31.8、2525、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4、1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.538.1、42.4、48.3、50.8、57.0、3030、4040、4020、50301.0、1.2、1.4、1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.563.5、76.3、80.0、5050、6060、7030、8040、90301.2、1.4、1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.5、3.0、3.589.0、102、108、114、127、133、7070、8080、8585、9090、100100、110110、10040、11050、120403.0、3.5、4.0、4.5141、159、165、125125、130130、12060、13050、13070、14060、14080、15050、15070、16040、16060、16090、17050、17080、18070、18080、19060、19070、200603.5、4.0、4.5、5.0180、219、140140、170170、180100、19090、20080、2001404.5、5.0、6.0、7.0、8.07.2 钢塑复合管7.2.1 概述钢塑复合管是在基体钢管或钢材内壁和外表面衬涂热熔性塑料。按涂衬塑料的形态和方法分为衬塑复合钢管和涂塑复合钢管。衬塑复合钢管是采用热胀法或缩径法在钢管内壁，按输送介质的要求内衬聚乙烯（PE）、耐热聚乙烯（PE-RT）、交联聚乙烯（PEX）、聚丙烯（PP）、硬聚氯乙烯（PVC-U）、氯化聚氯乙烯（PVC-C）等热塑性塑料管制成。涂塑复合钢管是在已加热的钢管内外壁喷涂聚乙烯塑料或环氧树脂，然后加热使塑料固化。钢塑复合管按外防腐形式分为外热镀锌、外涂塑或外覆塑。外覆塑是采用缠绕法或挤塑模头穿过法在钢管外表面涂覆热熔胶和热塑性塑料。钢塑复合管按基管或钢材的不同，分为衬（涂）塑直缝焊接钢管、衬（涂）塑螺旋缝焊接钢管和衬（涂）塑无缝钢管。以连续缠绕焊接成形的网状钢丝与聚乙烯热塑性树脂，以挤出方式复合成形的为钢骨架聚乙烯复合管。以孔网钢带为增强骨架与聚乙烯热塑性树脂，以挤出方式复合成形的为孔网钢带聚乙烯复合管。对于薄钢带卷焊同时内衬塑外覆塑的钢塑复合管称钢塑复合压力管，与塑料管相比，耐压能力大大提高，但因钢带较薄，不能套丝扣进行螺纹连接。钢塑复合管以焊接钢管或无缝钢管为基管的可采用基管的连接方式，如螺纹连接、沟槽连接、卡箍连接、法兰连接、承插连接和焊接。螺纹连接和沟槽连接可以在安装施工现场套丝扣和沟槽，肩形卡箍式钢塑复合管需在工厂在钢管两端外表面焊上肩形卡箍环，再进行衬（涂）塑。带平焊法兰的钢塑复合管需在工厂在钢管两端焊上钢法兰，再进行衬（涂）塑。柔性承插连接钢塑复合管需在工厂在钢管两端焊上钢承口，再进行衬（涂）塑。采用焊接时钢管两端100150mm范围内外壁应无衬（涂）塑层，在焊接后外表面焊缝周围缠绕热塑性塑料胶带，内表面喷涂聚脲。不锈钢塑料复合管是以挤出成型的塑料管为内层，对接焊薄壁不锈钢管为外层，采用热熔胶或其他胶粘剂粘结复合而成。8.2.2 产品规格、性能及技术要求的发展钢塑复合管既保持了钢管力学性能好、抗压强度高、耐冲击等优点；又具有塑料管耐腐蚀、内壁光滑、不结垢等特点。钢塑复合管的外径、壁厚及耐压性能取决于钢管的外径、壁厚和耐压性能，钢管应按钢管所执行的标准进行液压试验，衬塑钢管型式试验时应进行液压试验，液压试验可在整根管上进行，也可在一段管上与管件组成试件进行，液压试验压力和保压时间应按钢管所执行的标准来执行。由于钢管的耐压性能较高,故与其他复合管相比, 钢塑复合管的耐压性能也较高.。钢塑复合管的耐腐蚀性能、耐高温性能、耐老化性能取决于衬（涂）塑料的材质和塑层厚度。表8.2.2-2 塑层厚度和允许偏差公称通径内衬塑层法蓝面覆塑层外覆塑层内面涂塑层外面涂塑层厚度允许偏差厚度允许偏差最小厚度最小厚度最小厚度聚乙烯环氧树脂聚乙烯环氧树脂mminmmmmmmmmmmmmmm15 1/21.5+0.2-0.21.0+不限-0.50.50.40.30.50.3201 0.6251 0.7321 1/40.8401 1/21.0502 1.1652 1/21.1803 2.01.51.20.50.350.60.351004 1.31255 1.41506 2.52.01.52008 +不限-0.52.00.60.825010 3.02.530012 2.2 35014 3.53.040016 45018 50020 2.560024 不推荐0.80.41.00.470028 80032 3.0 1.00.451.20.4590036 100040 110044120048衬塑层采用耐热聚乙烯（PE-RT）、交联聚乙烯（PEX）、聚丙烯（PP）、氯化聚氯乙烯（PVC-C）可使用于冷热水,最高使用温度不超过950C。 衬塑层采用聚乙烯（PE）、硬聚氯乙烯（PVC-U）、涂塑层采用聚乙烯（PE）、环氧树脂（EP）只能使用于冷水，最高使用温度不超过600C。8.2.3 相关标准的发展复合管标准：内衬不锈钢复合钢管依据CJ/T192-2004“内衬不锈钢复合钢管”外覆不锈钢复合钢管依据GB/T18704-2002“不锈钢复合管”衬塑复合钢管依据CJ/T136-2007“给水衬塑复合钢管”；涂塑复合钢管依据CJ/T136-2008“给水涂塑复合钢管”；对于薄钢带卷焊同时内衬塑外覆塑的钢塑复合压力管依据CJ/T183-2003“钢塑复合压力管”；对于孔网钢带钢塑复合管依据CJ/T181-2003“给水用孔网钢带聚乙烯复合管”和CJ/T182-2003“燃气用埋地孔网钢带聚乙烯复合管”；对于钢丝钢骨架钢塑复合管依据CJ/T123-2004“给水用钢骨架聚乙烯塑料复合管”。不锈钢塑料复合管依据CJ/T184“不锈钢塑料复合管”基管标准：基管为直缝焊接钢管的应符合GB/T 3091对基管的要求；基管为螺旋缝埋弧焊钢管的应符合SY/T 5037对基管的要求；基管为无缝钢管的应符合GB/T 8163和GB/T 17395对基管的要求；用于输送石油天然气的基管应符合GB/T 9711对基管的要求。外防腐标准：基管外防腐为热镀锌的应符合GB/T 3091对镀锌层的要求；基管外防腐为涂塑的应符合CJ/T 120对涂塑层的要求；基管外防腐为外覆塑的应符合本标准和SY/T 4013对外覆塑层的要求。塑层材料标准：燃气用内衬聚乙烯（PE）钢管的内衬塑料应符合GB/T 15558.1对塑料的要求；冷热水用内衬耐热聚乙烯（PE-RT）钢管的内衬塑料应符合CJ/T 175对塑料的要求；冷热水用内衬交联聚乙烯（PE-X）钢管的内衬塑料应符合GB/T 18992对塑料的要求；冷热水用内衬聚丙烯（PP）钢管的内衬塑料应符合GB/T 18742对塑料的要求；给水用内衬硬聚氯乙烯（PVC-U）钢管的内衬塑料应符合GB/T 10002对塑料的要求；冷热水用内衬氯化聚氯乙烯（PVC-C）钢管的内衬塑料应符合GB/T 18993对塑料的要求；外覆聚乙烯衬塑钢管的外覆塑料应符合SY/T 4013对塑料的要求。外覆塑层与钢管之间的胶粘剂应符合SY/T 4013对胶粘剂的要求，衬塑层与钢管之间的胶粘剂应符合相应衬层材料所需的粘接性能的要求。管路连接件标准：采用螺纹连接的衬塑可锻铸铁管件应符合CJ/T137-2008“给水衬塑可锻铸铁管件”；采用沟槽连接的沟槽式管接头应符合GB 5135.11 “沟漕式管接件”采用法兰连接的钢塑复合管应符合HG/T2437-1993“钢塑复合管与管件”带平焊法兰的钢塑复合管的钢法兰尺寸应符合GB/T 9119-2000“平面板式平焊钢制管法兰”或其他相应标准的要求；材质应符合GB/T9124-2000“钢制管法兰技术条件”或其他相应标准的要求；肩形卡箍式钢塑复合管应符合GB/T8259-1987 “卡箍式柔性管接头技术条件”和GB/T8261-1987 “卡箍式柔性肩形管接头”；柔性承插连接钢塑复合管的承口尺寸应符合GB/T13295-2003 “水及燃气管道用球墨铸铁管、管件和附件”。钢骨架钢塑复合管件应符合CJ/T124-2004“给水用钢骨架聚乙烯塑料复合管件”工程规程：螺纹连接和法兰连接应执行：CECS125：2001“建筑给水钢塑复合管管道工程技术规程 ”；沟槽连接应执行：CECS151：2003“沟槽连接管道工程技术规程 ”钢骨架钢塑复合管应执行：CECS131：2002“埋地钢骨架聚乙烯复合管燃气管道工程技术规程 ”不锈钢塑料复合管应执行：CECS135“建筑给水超薄壁不锈钢塑料复合管管道工程技术规程”7.2.4 应用范围的发展钢塑复合管的应用已从螺纹连接发展到沟漕连接、法兰连接。7.2.4.1 衬塑螺纹管件图8.2.4.1-1：1型沟缝式衬塑管件 图8.2.4.1-2：2型台肩式衬塑管件衬塑复合钢管和衬塑可锻铸铁管件之间采用螺纹联接。型管件和管端接触的是一个沟缝，沟缝内有硅橡胶密封圈。型台肩式管件和管体管端接触的是一个塑料台阶、塑料台阶上安放硅胶密封圈，为避免硅胶密封圈掉入管内，硅胶密封圈内有不锈钢挡圈。管件和管件之间螺纹拧紧时，管体端部和硅橡胶密封圈相接触，隔断了外层钢管、管体端面与内部流体的接触，隔断了可锻铸铁管件中可锻铸铁和内部流体的接触。确保了管道系统可以输送纯净水。衬塑可锻铸铁管件，外层为可锻铸铁，又称玛钢，牌号为KT300-6。其抗拉强度可达到300Mpa, 伸长率可达到6%。为输送较高压力的流体，采用衬塑铸钢管件。7.2.4.2 沟槽式管接头的端面防腐图8.2.4.2 沟槽式管接头 图8.2.4.3 钢塑复合管的法兰连接采用沟槽式连接可以把流体密封在管体和硅橡胶密封圈内，但流体仍和没有镀层的管端面接触，没有镀层的管端面和流体接触后，管端面的钢、流体及镀锌层之间形成微电池，管端面成为腐蚀源。为解决管端面的腐蚀问题，设计端面防腐套。防腐套的外表面和衬塑复合钢管的内表面形成过盈配合，使端面防腐套紧贴衬塑复合钢管的管端面，在端面防腐套和钢管端面及内表面之间涂上密封胶，密封胶为双组份的，在使用时把双组份混合在一起，马上产生很大的粘合力。端面防腐套和密封胶很好地解决了采用沟槽式连接时管端面的防腐问题,详见图8.2.4.2。7.2.4.3 钢塑复合管的法兰连接钢塑复合管法兰连接结构是先把塑料管衬塑在钢管的内孔中，塑料管两端伸出较长，然后有模具在热状态下使塑料管内两端变形，使塑料管的两端翻过来，紧贴法兰端面。详见图7.2.5 设备与工艺给水衬塑复合钢管是采用热胀法或缩径法在钢管内壁，按输送介质的要求内衬聚乙烯（PE）、耐热聚乙烯（PE-RT）、交联聚乙烯（PEX）、聚丙烯（PP）、硬聚氯乙烯（PVC-U）、氯化聚氯乙烯（PVC-C）等热塑性塑料管制成。先在一台挤塑机上挤出外径和壁厚符合要求的塑料管，塑料管通过另一台挤塑机的模头，在塑料管外表面涂覆一层熔融的热熔胶。把外表面涂覆有热熔胶的塑料管穿入钢管内孔，钢管内壁已拉去内毛剌并经过喷砂、打磨等表面处理。热胀法是把已穿入塑料管的钢管两端封堵，加热到1702000C，向内孔吹入压缩空气，已处于加热软化的塑料管和热熔胶，在压缩空气的压力下，使塑料管通过热熔胶和钢管牢固地粘结在一起。由于聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）以及耐热聚乙烯（PE-RT）、交联聚乙烯（PEX）的主要成份都是无极性的，氢原子在碳原子周围均匀分布，而钢是有极性的，两者很难粘结。故要通过热熔胶进行粘结。热熔胶采用乙烯丙稀酸或马来酸酐接枝聚乙烯，乙烯丙稀酸或马来酸酐接枝聚乙烯都是在聚乙烯分子上接枝丙稀酸或马来酸酐。乙烯丙稀酸或马来酸酐接枝聚乙烯都是有极性的，在聚乙烯和钢之间有了乙烯丙稀酸或马来酸酐接枝聚乙烯，聚乙烯和钢之间容易粘结，解决了无极性的聚乙烯和钢之间粘结的难题。复合加热的设备首先发展直接用热蒸气从管内加热的，后发展有电阻丝加热后热空气循环传热的单式电炉，发展到燃气或燃油的并用热空气传热的连续炉，管子侧向移动，从一端移进而从另一端移出的连续生产复合加热炉。缩径法是把已穿入塑料管的钢管通过冷拔机而使钢管缩小外径，使塑料管和钢管之间形成过盈配合，使塑料管和钢管之间不能分离和移动。薄钢带卷焊同时内衬塑外覆塑的钢塑复合压力管、孔网钢带钢塑复合管的生产是先由一台挤塑机挤出塑料管，塑料管通过另一台挤塑机的模头，在塑料管外表面涂覆一层熔融的热熔胶。把塑料管伸入正在薄钢带卷焊的钢管的内孔，钢带经高频电阻焊焊成钢管后温度很高，在热状态下塑料管经热熔胶与钢管紧密地结合在一起，钢管冷却收缩，使结合更紧密。已内衬塑料的钢管通过一台挤塑机模头，在钢管外表面涂覆一层熔融的热胶胶，再通过另一台挤塑机模头，在热熔胶上再涂覆一层聚乙烯塑料。塑料冷却收缩，把钢管紧紧地包覆着。采用同样方法，采用连续缠绕的钢丝焊接成形的网状钢骨架取代薄钢带卷焊的钢管，生产的是钢丝钢骨架钢塑复合管。涂塑管的生产工艺是：先对钢管经喷砂、打磨、酸洗等方法进行预处理，去除钢管表面的氧化皮和锈迹，把钢管加热到2200C2500C，趁热把聚乙烯粉末或环氧树脂粉末喷涂到钢管的表面，钢管的热量把聚乙烯粉末或环氧树脂粉熔融并粘在钢管表面。把已喷涂塑料粉末的钢管送入加热炉内加热，加热到1800C50C进行固化，塑料层经均匀加热后冷却形成致密坚硬的塑料层。衬塑钢管主要生产厂家有上海莘天实业有限公司，浙江金洲集团股份有限公司，上海德士净水管道制造有限公司，上海港华管道系统开发有限公司，广州祥基复合钢管有限公司，天津市友诚镀锌钢管有限公司，广东华捷钢管实业有限公司，天津市利达钢管有限公司，本钢（集团）天和钢管有限公司，杭州纯源钢塑管有限公司。涂塑钢管主要生产厂家有山东潍坊东方钢管有限公司，浙江金洲集团股份公司，上海良星钢塑复合管道厂，上海昊力涂塑钢管有限公司等。7.3 铝塑复合管7.3.1 慨论 铝塑复合管是用搭接焊铝管或对接焊铝管作为嵌入金属层增强，通过共挤热熔粘结剂与内外层塑料复合而成。塑料多采用聚乙烯（PE）、无规共聚聚丙烯（PE-RT）、耐热聚乙烯（PE-RT）、交联聚乙烯（PE-X），热熔胶采用乙烯丙稀酸。按铝管焊接方式分为铝管搭接焊式铝塑管和铝管对接焊式铝塑管。执行标准为GB/T18997-2003“铝塑复合压力管”，其中标准“第1部分；铝管搭接焊式铝塑管”“第2部分：铝管对接焊式铝塑管”。国标发布前有行业标准：CJ/T159-2002“铝塑复合压力管”（对接焊）、CJ/T108-1999“铝塑复合压力管”（搭接焊）。一种由多层无规共聚聚丙烯或耐热聚乙烯和焊接铝管，通过热熔粘结剂粘接面成的复合管，它外层塑料薄，内层塑料厚，通过专用工具将管材一端的外层塑料、铝管、热熔粘结剂全部剥去，裸露内层塑料管外壁，即可以进行热熔连接，称内层熔接型铝塑复合管。执行标准为CJ/T193-2004“内层熔接型铝塑复合管”。一种由搭接焊铝管作为嵌入金属层增强，通过共挤热熔粘结剂与内层聚丙烯或聚乙烯，外层聚丙烯塑料复合而成，外层聚丙烯可以进行热熔连接，称外层熔接型铝塑复合管。执行标准为CJ/T195-2004“内层熔接型铝塑复合管”。无缝铝合金衬塑管，外层为无缝铝合金，内衬聚丙烯（PPR）。执行标准DBJ/CT505“建筑给水无缝铝合金衬塑管道工程技术规程”。铝塑复合管主要生产厂家有：无锡市永大管业有限公司、金德铝塑复合管有限公司、佛山市日丰企业有限公司、深圳佳致管业有限公司、温州超维工程塑料有限公司、大连万路通铝塑管有限公司、内蒙古青和铝塑管有限公司等。7.3.2 产品规格、性能、技术要求铝塑复合压力管的结构尺寸如下表7.3.2.1 mm公称外径复合管最小壁厚内层塑料