合前使用熱等靜 壓制（HIP)以預(yù)一結(jié)合圓柱狀組件。U.S.專利號(hào)6691397在壓力超過15000psig和溫度在 2000° F以上持續(xù)至少2小時(shí)直到24小時(shí)的情況下使用HIP。HIP在不同的金屬之間產(chǎn)生 冶金結(jié)合，這使不同流動(dòng)應(yīng)力的材料在熱擠壓成管的過程中保持完整性。當(dāng)然如上所述，兩 步結(jié)合法相對(duì)于一步法增加了成本。另外，通過HIP開始在材料之間形成冶金結(jié)合其在壓 力和溫度下要求大量的時(shí)間。不同的材料能在其界面處形成脆性擴(kuò)散層，或者在用于擴(kuò)展 期的加熱時(shí)能經(jīng)歷過量的晶粒生長。如果擠壓的管其后要冷加工則不要求任何性質(zhì)。
[0093] 還有另外一種在不同金屬或合金之間形成冶金結(jié)合的途徑闡述于U.S.專利 5558150中，其中外合金層是離心澆注到內(nèi)層上的。復(fù)合澆注的層是在冷卻下冶金結(jié)合的。 該專利方法的設(shè)計(jì)是用于結(jié)合鋼和反應(yīng)性金屬，它要求澆注是在真空中進(jìn)行以消除來自大 氣中的氧和氮污染。另外，澆注材料的晶粒結(jié)構(gòu)是非精煉的，阻礙以后的冷加工。
[0094] 一種方法的非限制性實(shí)施方案，通過該方法在本發(fā)明中有用的圓柱狀鋯/鈦多層 流體傳導(dǎo)部件或部分部件，包括一般示于圖3中的步驟，在下文進(jìn)一步說明。
[0095] 在圖3的方法第一步驟中，以適當(dāng)形式提供各個(gè)要結(jié)合的中空?qǐng)A柱狀鈦和鋯的構(gòu) 件，使圓柱形鋯襯組件的大小匹配于圓柱狀鈦基底構(gòu)件的內(nèi)徑。作為實(shí)施例，基底部件可以 是鈦等級(jí)3 (ASTM名稱）和鋯襯部件可以是鋯錫合金702?(Zr702)合金。適合制備一種結(jié) 合在一起的部件表面以更好的保證另人滿意的構(gòu)件間的冶金結(jié)合。有利的是將要結(jié)合在一 起的表面進(jìn)行機(jī)加工、表面調(diào)節(jié)和清洗。例如，發(fā)明人已確定在冶金結(jié)合前制備鈦和鋯時(shí)， 有利的是制備要結(jié)合的表面，以使每一個(gè)都具有不大于約63微-英寸（0. 0016mm) RA的表 面粗糙度。認(rèn)為提供具有這樣的表面光潔度的表面能更好地確保適當(dāng)清洗表面粗糙外形的 峰和谷。另外，還認(rèn)為沒有深槽和刻痕，例如，有助于在無污染物表面間保持連續(xù)冶金結(jié)合。
[0096] 另外有利的是，清洗外來污染物如臟物和油膩的待結(jié)合表面，以能獲得高質(zhì)量的 冶金結(jié)合的結(jié)果。一種可以用于清洗反應(yīng)性金屬表面方法的例子是噴冰（ice blasting)， 它描述于U.S.專利5483563中。噴冰技術(shù)涉及對(duì)著要清洗的金屬或合金表面推進(jìn)結(jié)晶水， 導(dǎo)致機(jī)械洗滌和液體沖洗。噴冰相對(duì)于常規(guī)表面清洗法能導(dǎo)致改進(jìn)表面間的冶金結(jié)合的完 整性，因?yàn)閲姳粫?huì)使清潔劑殘余物沉積在清洗過的表面上。這種殘余物的實(shí)例是殘余的 氟化物它可留在以氟化氫-硝酸蝕刻的表面上。另一表面清洗技術(shù)的非限制性實(shí)施例包括 機(jī)械調(diào)節(jié)、酸蝕刻和使用溶劑或堿性清洗劑。另外適合的表面清洗技術(shù)為本技術(shù)領(lǐng)域的一 般技術(shù)人員所周知。
[0097] 在圖3中的方法第二步驟中，組裝構(gòu)件以便使鋯襯部件適當(dāng)?shù)匚挥阝伝臉?gòu)件 中，并且焊接構(gòu)件之間的端連接，以便提供適合于擠壓的多層坯件。示于圖4中的多層坯件 110的示意端視圖，其中114是圓柱狀鈦外層基底材料，116是圓柱狀鋯內(nèi)襯，以及118是在 基底材料和內(nèi)襯之間的焊接端連接。焊接可以是，例如，自熱熔焊，在這種情況下焊接包括 鈦-鋯混合物。如前所述，在焊接區(qū)內(nèi)熔焊不同的反應(yīng)性金屬會(huì)產(chǎn)生合金，相對(duì)于各個(gè)金屬 其一般具有低強(qiáng)度和低的可延展性。然而，結(jié)合坯件端連接的焊接的完整性是關(guān)鍵的，以在 隨后步驟中，在坯件擠壓前的預(yù)熱坯件的過程中，防止大氣污染構(gòu)件的界面。另外，在擠壓 過程中焊接經(jīng)受非常大的應(yīng)力。在擠壓過程中，焊接失敗能導(dǎo)致大氣污染或者在擠壓過程 中基底和內(nèi)襯構(gòu)件的不均勻性減少。
[0098] 在圖3方法的一種實(shí)施方案中，另一技術(shù)，電子束焊接，是用于焊接基底和襯構(gòu)件 之間的端連接以產(chǎn)生坯件。已發(fā)現(xiàn)電子束焊接可提供可接受的焊接滲入和焊接寬度，以及 提供適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)以免界面之間的大氣污染。優(yōu)選的是，焊接滲入的端連接5到50mm(0. 197 到1. 97英寸）（在焊接表面的平面中測量的）并具有適于密封對(duì)置的基底表面和襯構(gòu)件的 寬度以隔絕大氣。合適的另一技術(shù)是提供自熱焊或填料焊接這對(duì)焊接反應(yīng)性金屬領(lǐng)域的一 般技術(shù)人員是熟知的。
[0099] 在圖3說明的方法第三步驟中，在先前步驟中形成的坯件加熱和擠壓以形成冶金 結(jié)合、具有基本均勻的襯厚度的不同金屬的無縫管。在該方法的實(shí)施方案中，鈦/鋯坯件感 應(yīng)加熱至550°C_900°C(1022° F-1652° F)的范圍的溫度。另一方法，例如，氣體或電子 爐在擠壓之前可用于加熱坯件，但這種加熱技術(shù)相對(duì)于感應(yīng)加熱花費(fèi)的時(shí)間明顯多并且在 坯件上產(chǎn)生更多的表面污染。
[0100] 將加熱的坯件裝進(jìn)具有合適工具的擠壓機(jī)中，以由坯件生產(chǎn)同心管。在該方法的 一個(gè)實(shí)施方案中，擠壓壓頭在擠壓循環(huán)過程中在基本一致的50-900mm/分（1. 969-35. 4英 寸/分）下行進(jìn)，以避免擠壓管的內(nèi)襯厚度的不可接受的波動(dòng)。影響從擠壓產(chǎn)生的冶金結(jié) 合質(zhì)量的因素包括溫度、在溫度下的時(shí)間、壓力、和表面清洗度。在本非限制性實(shí)施方案中， 例如，擠壓比值范圍在3:1-30:1，以更好地保證基底和襯構(gòu)件的冶金結(jié)合的適當(dāng)壓力。
[0101] 感應(yīng)加熱坯件后擠壓坯件至冶金結(jié)合各層的顯著優(yōu)點(diǎn)是在加熱坯件的過程中的 時(shí)間間隔和在擠壓溫度下的保持時(shí)間是非常受限制的。當(dāng)擠壓溫度下的時(shí)間小時(shí)，在擠壓 過程中形成冶金結(jié)合時(shí)，鈦和鋯層之間相互擴(kuò)散很小或幾乎沒有。相互擴(kuò)散，或簡單"擴(kuò) 散，"在已冶金結(jié)合的不同金屬層之間一般存在層。擴(kuò)散層可包括金屬間化合物或組成梯 度，較之各個(gè)合金它更硬或更脆。因?yàn)樵诟袘?yīng)加熱坯件后進(jìn)行擠壓坯件以冶金結(jié)合層時(shí)，沒 有明顯的相互擴(kuò)散，所以相對(duì)于鋯和鈦層材料是脆性并具有高強(qiáng)度的材料不能大量形成。 這一點(diǎn)使得擠壓、多層部件易于冷加工，如通過，例如，冷拔或冷軋管，假若必須制造最終流 體傳導(dǎo)部件。因此，本文所述方法的某些實(shí)施方案一個(gè)值得注意的方面是生產(chǎn)包括不同的、 冶金結(jié)合的層，而在層之間不形成任何顯著的相互擴(kuò)散層。業(yè)已確定在來自擠壓、退火、或 可以替代的結(jié)合工藝的熱暴露過程中沒有值得注意的共擴(kuò)散層形成，假若產(chǎn)生的冶金結(jié)合 的多層結(jié)構(gòu)可易于冷加工，如通過冷拔或冷軋管。
[0102] 在圖3中說明的方法的任選第四步驟，在應(yīng)用冷加工之前在材料和/或使再結(jié)晶 材料中熱處理經(jīng)擠壓的多層管以消除應(yīng)力。優(yōu)選的是，熱處理技術(shù)使反應(yīng)性冶金結(jié)合層 之間的相互擴(kuò)散層產(chǎn)生減至最小程度。對(duì)于更好地抑制相互擴(kuò)散層的發(fā)展，優(yōu)選是熱處 理要適應(yīng)以實(shí)現(xiàn)所要求的解除應(yīng)力和/或使用最低必要的溫度和時(shí)間在多層管道的構(gòu)成 材料中進(jìn)行中重結(jié)晶。作為實(shí)施例，由本發(fā)明的實(shí)施方案制成的鈦/鋯多層管道可以在 500°C _750°C (932°C -1382°C )范圍內(nèi)的溫度下退火1-12小時(shí)，以限制相互擴(kuò)散層的發(fā)展。 在熱處理技術(shù)中的一般技術(shù)人員易于制成用于按本發(fā)明制成的特定多層流體傳導(dǎo)部件的 合適熱處理制度。
[0103] 圖3方法的第五步驟是冷加工多層管道。冷加工反應(yīng)性金屬能提供有利的性質(zhì)如 改進(jìn)的晶粒結(jié)構(gòu)、機(jī)械性能、尺寸和表面光潔度。如上所述，限制產(chǎn)生脆性相互擴(kuò)散層的制 管的方法是優(yōu)選的?？赡芾浼庸ぜ夹g(shù)有利于按本發(fā)明制成多層管道，其包括，例如，冷拔、冷 軋管和用內(nèi)輥和外輥軋制管，如通過流動(dòng)成型。按本發(fā)明制成的適合冷加工多層流體傳導(dǎo) 元件的另外技術(shù)基于考慮本發(fā)明對(duì)本領(lǐng)域一般技術(shù)人員是顯而易見的。
[0104] 已發(fā)現(xiàn)冷軋管（還稱作"pilgering"）在涉及本發(fā)明方法的實(shí)施方案是特別有利 的冷加工技術(shù)。冷軋管使用凹槽、錐形模，其在管上縱向滾壓該管同時(shí)在錐形軸上壓制材 料。逐漸減少凹槽的橫截面積，壓縮在相應(yīng)漸縮的圓形心軸上的管壁。管縱向喂入模具并 圍繞其縱軸旋轉(zhuǎn)，致使整個(gè)的周圍長度的尺寸均勻地減少。當(dāng)冷軋管減少反應(yīng)性金屬的管 狀件時(shí)達(dá)到的一般的縮減范圍在20% -90%。
[0105] 應(yīng)當(dāng)理解盡管圖3說明的方法實(shí)施方案和上述利用鈦基底組件和鋯襯，可替換的 材料可用于基底和襯組件，例如，無論如何并不想限制本發(fā)明的范圍，可使用鈦的外基底和 鈮的內(nèi)襯，或鉭外襯和鈦的內(nèi)基底。其它材料組合物可基于應(yīng)用加以選擇，對(duì)此采用管道合 適的，而且這種組合對(duì)基于考慮本發(fā)明對(duì)一般技術(shù)人員將是明顯的。
[0106] 還應(yīng)當(dāng)理解的是按本發(fā)明制造的多層流體傳導(dǎo)部件或部分部件不需要使用圖3 概述的方法。例如，本文公開了可替換的方法。另外，基于閱讀本發(fā)明公開的內(nèi)容，具有普 通技術(shù)的一般技術(shù)人員，可以很容易地設(shè)計(jì)出用于提供所述多層部件或部分部件的另外方 法。
[0107] 然而，雖然本申請(qǐng)涉及多層部件及部件部分，大于2層的也可以提供在這種部件 及部件部分中。如果希望，該部件可包括3層或更多層，它們可安裝進(jìn)坯件中并加工成流體 傳導(dǎo)部件如，通常，上述的有關(guān)雙層部件。這樣，人們可以理解，本發(fā)明的范圍包括有3層或 更多層的流體傳導(dǎo)部件，該部件含有耐腐蝕的內(nèi)層或穿過該部件圍繞流體傳導(dǎo)通路的襯， 一個(gè)外層，以及一個(gè)或多個(gè)介于內(nèi)層與外層之間的中間層。在這種情況下，內(nèi)層與外層指的 是本文的"間接"結(jié)合，其不同于其中內(nèi)層與外層直接彼此結(jié)合的情況。在每種情況下，然 而，多層結(jié)構(gòu)中的緊密靠近層是冶金結(jié)合在一起。應(yīng)該注意的是，這種多層流體傳導(dǎo)部件與 部件部分，可以使用本文內(nèi)容和具有普通技術(shù)的那些人的技術(shù)知識(shí)進(jìn)行制造。
[0108] -種用于固定原始件或替置換件的裝置
[0109] 具有單層管段的鋯/鈦汽提塔管固態(tài)焊接到管板的多層管末端，以斷面示于圖5。 可以制造圖5表示的雙層管端，例如，通過共擠出以提供一種鈦的外管與一種耐腐蝕的鋯 內(nèi)襯。參見圖5,汽提塔管210包括由管狀壁213限定的中心圓柱型通道212。管狀鋯區(qū)域 214是固態(tài)焊接至在焊接區(qū)217的雙層管末端部位216。雙層末端區(qū)216包括管狀鈦外區(qū) 219a，其冶金結(jié)合在管狀鋯內(nèi)襯219b上。管板220包括結(jié)合在炭鋼或不銹鋼區(qū)226上的鈦 包層片224。鈦的強(qiáng)焊接228,是通過熔焊鈦外區(qū)219a至鈦包片224上而形成的。人們理 解，因?yàn)轭愃撇牧鲜侨劢拥?，以固定汽提塔?10焊至管板220上，所以具有低耐腐蝕性的 有問題的合金不會(huì)產(chǎn)生，且在焊接區(qū)附近的材料的機(jī)械性質(zhì)