本發明涉及建材領域，具體涉及一種基于層狀金屬復合為外壁的管材/型材的制備方法。
背景技術：
經過金屬材料行業專業技術人員的多年努力，國內終于可以制造出優質的3系列不銹鋼、鈦、鎳等有色金屬與碳鋼復合卷板了，此種材質主要是為了實現提高原有材料的性能、降低有色金屬80%以上的使用量從而降低成本、達到防腐及衛生的標準。
但新型材料也面臨著在實際應用過程中加工手段與工藝方法的嚴重缺失，所以新材料一直不能廣泛的應用。尤其在飲用水、裝飾材料、石油化工行業對這種新型材料在制成管道、型材等方面的需求量非常龐大，但目前僅可以實現直徑在219毫米，壁厚為3.5毫米以上的管道中采用螺旋焊接方式，成本和效率還可以接受，但在直徑為219毫米以下至20毫米，壁厚為1.2-4毫米之間所采用的氬弧焊、等離子焊等方式中焊接速度都只能在每分鐘3米以內，明顯導致成本居高不下，激光焊的速度雖然說速度上可以達到每分鐘10米左右，但其面臨兩個方向的不足：無法在復合材料領域實現連續生產，不銹鋼覆層在管道外壁時無法實現保證質量的焊接、設備成本、生產效率還是低下和使用成本非常高。綜合以上原因，還是導致大直徑的復合材料管不能被完整的接受，從而使得新型復合材料的優勢無法得以體現。
到目前為止，金屬材料制管行業主要的制管設備與方法如下：
（1）依賴傳統的高頻制管生產線來生產單一材質的管道（主要為碳鋼材料）。
（2）依賴傳統的制管生產線加氬弧焊、等離子焊、激光焊來生產單一材質的管道（不銹鋼類有色金屬）。
（3）依賴傳統工藝來實現不同材質的管道二次復合（也可以說成二次貼敷）。
采用其他方式將有色金屬管套嵌在碳鋼管上，但工藝復雜，只能單件生產成本高，容易產生夾層易腐蝕與脫落現象。
本行業眾所周知，金屬復合材料帶鋼在通過制管/型材機組連續成型，在成型過程中通過高頻電源加熱，擠壓輥實現擠壓焊接成型，生產過程中無法完成對碳鋼溶液的流向進行有效控制，及具有弱導磁特性的不銹鋼與不銹鋼進行快速熔焊及其質量的保障，更無法保證碳鋼熔液流入或穿透有色覆層，導致復合材料管道/型材制成品失去意義的問題。
由于不銹鋼/碳鋼復合材料的特性，不適合在焊接成型之前采用液體冷卻及傳統直縫成型機組精度不高、震動大等性能的不足；針對現有技術的以上缺陷，研制本發明。
技術實現要素：
針對現有技術存在的上述不足，本發明涉及一種基于層狀金屬復合為外壁的管材/型材的制備方法。
本發明的生產方法步驟為：進行的高精度帶鋼分條、漸進成型、專用輔助模具、空氣驅（隔）離、快速加熱擠壓、金屬溶液流動阻斷、快速冷卻、有色金屬覆層焊接部位仿真與報警系統綜合為一體的機電一體化設計，用計算機模擬金屬復合材料特性產生的數據，對其進行技術參數分析，以檢驗最大限度的保障金屬復合材料在型材的成品質量與控制能力，屬于先進制造、先進裝備與工藝領域。
為實現以上目的，本發明提供一種基于層狀金屬復合材料為外壁的管材/型材的制備方法，所述方法包括以下步驟：
步驟一，將待處理的金屬復合材料帶鋼進行高精度復合帶鋼分條處理；
步驟二、再對料頭和料尾進行對接以及料兩側除銹處理；
步驟三，將復合帶鋼進入儲料器進行儲備；
步驟四，進入初步擠壓成形輥處理，進入輔助擠壓輥處理，進入空氣隔離設備進行處理，再進入擠壓焊接成型輥的第一階段快速加熱軟化開口角成倒v形的形材并通過擠壓輥擠壓焊接程序，再對有色覆層進行快速冷卻，延時進入擠壓焊接成型輥的第二階段持續加熱軟化并通過擠壓輥最終的擠壓焊接；第一階段和第二階段加熱軟化與擠壓焊接過程中，形材的內部焊縫的下方均有內置托輥來控制在熔融與擠壓焊接過程中焊縫成形與擠壓余量溢出的處理，形材的焊縫外側的上方均有外置壓輥來控制在熔融與擠壓焊接過程中金屬流向及焊縫外表面的造型。實現邊加熱、邊擠壓焊接、邊控制熔融軟化狀態下的金屬流向、邊保護有色覆層的原有性能及焊縫表面處理等重要步驟；
步驟五，二級固化擠壓輥，成型，外壁處理，冷卻處理，干燥，即可；
其中，整個過程中還包括：有色金屬覆層焊接部位仿真系統，針對整個生產線焊縫全程監控在線監測檢測系統，并予以報警裝置。
優選的，步驟一中，所述高精度復合帶鋼分條處理具體步驟為：
（1）在分條機的進料口控制原材料的平整度與扭曲度；
（2）在分條機的分條段采用保護措施，防止分出來的條產生翹曲、徑向和軸向的變形、邊緣產生毛刺、控制好條鋼的寬度精度；
（3）在收卷機收卷之前要增加去邊緣毛刺裝置，同時要保護好原材料不被損傷；
（4）在收卷結束不能產生應力，防止原材料因應力存在而產生扭曲。
進一步地，擠壓動力與精度：在整條的生產線當中將最關進部位進行重新設計并制造出相應的工段，用來將復合材料帶鋼按照成品工件的尺寸要求要求擠壓成型。
要求將原有的普通直流電機更換成交流伺服（或在高質量的交流電機上增加編碼器）電機與伺服驅動器，確保轉動扭矩與轉速穩定，提高原有設備減速機構的精度，確保在高速成型狀態下的工件不會產生抖動、直縫位置產生左右偏差、移動速度不穩定現象。
優選的，步驟（2）中，所述寬度精度的誤差控制在0.05毫米以內。
優選的，步驟四中，所述輔助擠壓輥分為造型擠壓輥和焊接擠壓輥，用于改變管道或型材成型的形狀，同時獲取軸向與徑向的開口角，滿足直縫焊口的焊接與成型要求。
優選的，所述造型擠壓輥：通過機組的動力系統，讓復合帶鋼在設計好的造型擠壓輥中間通過，使復合帶鋼按設計好的形狀成型。
優選的，所述焊接擠壓輥為焊接擠壓輥的第一階段和第二階段。
進一步地，為實現分層焊接的需要，將帶鋼通過多級輔助造型擠壓輥碾壓成想要的形狀并形成一條直縫，在最終形成及擠壓焊接前達到設定的軸向與徑向開口角，確保在進入擠壓輥之前和擠壓焊接過程中的直縫厚度方向成倒v形。成型時直縫的兩側原材料要對稱，有色金屬覆層不得有超過5%以上的錯位現象發生，確保有色覆層能有90%的直接對焊截面。
優選的，所述焊接擠壓輥擠壓量（是指帶鋼在分條時預留的擠壓焊接余量）通過第一階段擠壓20%-60%（將根據有色覆層在整個復合材料厚度中的實際占比）；主要是為了將有色覆層和少量的碳鋼層予以擠壓焊接完成，擠壓過程中確保碳鋼層溶液不會向有色覆層金屬內流動，同時在外壁供應惰性氣體，將擠壓焊接完成后的不銹鋼層進行冷卻，繼續通過生產線將焊接面進入到焊接擠壓輥的第二階段，所述擠壓輥第二階段的擠壓量為80%-40%。
進一步地，本發明涉及的快速加熱：采用一定功率和專用頻率的電源實現快速加熱，確保在擠壓焊接成型過程中產生足夠的熱源及熱源的保持。
采用輸出穩定的加熱電源，確保加熱速度快、熱影響區域小、加熱穩定性強。因采用了分層擠壓焊接和快速對不銹鋼層焊接完成后進行的快速冷卻固化，在冷卻固化過程中也會對碳鋼層形成了一定的冷卻，所以在加熱方式上本發明已經考慮到碳鋼層持續加熱的問題，確保碳鋼層在擠壓焊接過程中不會因不銹鋼層被降溫而導致碳鋼層無法擠壓焊接，確保整個型材的焊接質量。
優選的，步驟四中，所述空氣驅離設備還包含有對焊接擠壓輥進行冷卻降溫的裝置，防止擠壓輥因長時間受熱損壞。
優選的，步驟四中，所述空氣驅離設備還包含有用來保護有色金屬覆層的材質不被基層金屬因融液在加熱和擠壓過程產生流動而被混合的金屬溶液流動阻斷裝置。
進一步地，空氣驅離設備：用來滿足有色金屬覆層的抗氧化、快速冷卻、保證焊接質量。
具備一定的密封性，除了向對稱焊接擠壓輥、復合材料管的外面供不同的壓力氣體外，將不允許在此控制器區域外存在其他介質氣體（如空氣等）；
因為空氣當中含有氧氣與水分，與高溫進行混合時會導致焊接部位（尤其是有色金屬部分）產生氧化物（如不銹鋼會產生氧化鎳、氧化鋯等物質），影響焊接質量，降低焊接與原材料的性能，直接會導致不銹鋼層的耐腐蝕性能下降。因此本發明將會利用惰性氣體（如氮氣）的性能，在次設備設施外產生一定的壓力，將關鍵部位的空氣進行驅（隔）離，防止焊接面產生氧化，保障材料性能及焊接品質。
可以為對稱的焊接擠壓輥提供冷卻，防止擠壓輥在長時間高溫狀態下被損壞。
根據不銹鋼要求快冷的特性，在不銹鋼層焊接完成后，對不銹鋼層快速進行氣體冷卻，盡可能的保證不銹鋼材質不產生大的變化并形成一定程度上的固化；同步實現改變或控制碳鋼在擠壓焊接過程中的溶液流動方向，防止碳鋼材質滲入甚至因擠壓穿透不銹鋼層；其中，設備上設置一處觀察窗口，便于監控加熱與擠壓焊接區域的工作狀態；
優選的，所述有色金屬覆層焊接部位仿真系統：檢測并自動調整有色金屬覆層實時的成型與焊接質量；所述在線監測檢測系統：針對整個生產線焊縫全程監控，并予以報警。
進一步地，所述有色金屬覆層焊接部位仿真：檢測并自動調整有色金屬覆層實時的成型與焊接質量；對焊接部位進行計算機仿真，實現對焊接質量進行在線監測，并能自動調整相應的機械機構，使得達到所要求的焊接質量。所述在線監測檢測系統：針對整個生產線焊縫全程監控，并予以報警；通過磁性在線檢測裝置來檢測焊接過程，確保型材在擠壓焊接過程中的焊接質量，在不合格的產品外表面直接自動標記，甚至直接將生產線停止運行，便于最終用戶操作工及時發現問題，保證質量、減少浪費。
更進一步地，本發明還可增加的輔助設施：根據各種用戶的實際需要，可以在生產線上增加：掛卷端、活套、定徑段、在線退火段、在線冷卻段、在線拋光段、在線捆扎段等。
本發明涉及的是有色覆層朝向為外壁，生產速度≥7米/每分鐘，其生產總流程工藝為：
首卷掛卷——開卷——卷頭夾持與拖送——卷頭進矯平機——卷頭橫切與去毛刺——兩側邊除銹與去毛刺——儲料器——成型首輥——成型尾棍——包住內部托架——進入高頻感應線圈——外壁焊縫連續成型壓輥——進入一級擠壓輥超前加熱軟化與初級擠壓焊接——進入一級擠壓輥持續加熱軟化與全面擠壓焊接——進入二級固化擠壓輥——外壁碾壓輥——定型或定徑——外壁焊縫修磨——成品冷卻區——焊縫渦流檢測——定尺切割——次品分離與剔除——端頭倒角與修正——耐壓檢測——次品分離與剔除——成品表面干燥處理——單件表面噴碼——碼垛——捆扎——掛標簽——入庫。
與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果：
（1）本發明將復合材料在制管與型材制造過程中，實現高質量的制成品；本發明將成型工藝、設備精度、設備振動、高頻電源加熱工藝、焊縫保護、擠壓方式、焊接速度、能源分配等綜合因素的合理匹配，進而解決上述因傳統設備工藝與方法不能在保證質量且無法實現將已復合完成的金屬復合材料高速（根據原材料厚度每分鐘可達7-100米速度）狀態下保證焊接質量與成型的問題。
（2）本發明方法制備的產品成品率高、成本低、經濟效果明顯。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發明的保護范圍。
實施例1
本實施例涉及一種基于層狀金屬復合為外壁的管材/型材的制備方法：所述方法包括以下步驟：
步驟一，將待處理的金屬復合材料帶鋼進行高精度復合帶鋼分條處理；
步驟二、再對料頭和料尾進行對接以及料兩側除銹處理；
步驟三，將復合帶鋼進入儲料器進行儲備；
步驟四，進入初步擠壓成形輥處理，進入輔助擠壓輥處理，進入空氣隔離設備進行處理，再進入擠壓焊接成型輥的第一階段快速加熱軟化倒v形開口角的形材并通過擠壓輥擠壓焊接程序，再對有色覆層進行快速冷卻，延時進入擠壓焊接成型輥的第二階段持續加熱軟化并通過擠壓輥最終的擠壓焊接。第一階段和第二階段加熱軟化與擠壓焊接過程中，形材的內部焊縫的下方均有內置托輥或刮刀來控制在熔融與擠壓焊接過程中產生的焊縫焊渣的成形，外表面焊縫上方設置壓輥控制在熔融與擠壓焊接過程中的金屬流向。實現邊加熱、邊擠壓焊接、邊控制熔融狀態下的金屬流向、邊保護有色覆層的材質等重要步驟；
步驟五，二級固化擠壓輥，成型，外壁處理，冷卻處理，干燥，即可；
其中，整個過程中還包括：有色金屬覆層焊接部位仿真系統，針對整個生產線焊縫全程監控在線監測檢測系統，并予以報警裝置。
優選的，步驟一中，所述高精度復合帶鋼分條處理具體步驟為：
（1）在分條機的進料口控制原材料的平整度與扭曲度；
（2）在分條機的分條段采用保護措施，防止分出來的條產生翹曲、徑向和軸向的變形、邊緣產生毛刺、控制好條鋼的寬度精度；
（3）在收卷機收卷之前要增加去邊緣毛刺裝置，同時要保護好原材料不被損傷；
（4）在收卷結束不能產生應力，防止原材料因應力存在而產生扭曲。
進一步地，擠壓動力與精度：在整條的生產線當中將最關進部位進行重新設計并制造出相應的工段，用來將復合材料帶鋼按照成品工件的尺寸要求要求擠壓成型。
要求將原有的普通直流電機更換成交流伺服（或在高質量的交流電機上增加編碼器）電機與伺服驅動器，確保轉動扭矩與轉速穩定，提高原有設備減速機構的精度，確保在高速成型狀態下的工件不會產生抖動、直縫位置產生左右偏差、移動速度不穩定現象。
優選的，步驟（2）中，所述寬度精度的誤差控制在0.05毫米以外。
優選的，步驟四中，所述輔助擠壓輥分為造型擠壓輥和焊接擠壓輥，用于改變管道或型材成型的形狀，同時獲取軸向與徑向的開口角，滿足直縫焊口的焊接與成型要求。
優選的，所述造型擠壓輥：通過機組的動力系統，讓復合帶鋼在設計好的造型擠壓輥中間通過，使復合帶鋼按設計好的形狀成型。
優選的，所述焊接擠壓輥為第一級焊接擠壓輥和第二級焊接擠壓輥。
進一步地，為實現分層焊接的需要，將帶鋼通過多級輔助造型擠壓輥碾壓成想要的形狀并形成一條直縫，在最終形成及擠壓焊接前達到設定的軸向與徑向開口角，確保在進入擠壓輥之前和擠壓焊接過程中的直縫厚度方向成倒v形。成型時直縫的兩側原材料要對稱，有色金屬覆層不得有超過5%以上的錯位現象發生，確保有色覆層能有90%的直接對焊截面。
優選的，所述焊接擠壓輥第一階段擠壓量（是指帶鋼在分條時預留的擠壓焊接余量）為20%-60%（將根據有色覆層在整個復合材料厚度中的實際占比）；主要是為了將有色覆層和少量的碳鋼層予以擠壓焊接完成，擠壓過程中確保碳鋼層溶液不會向有色覆層金屬內流動，同時在外壁供應惰性氣體，將擠壓焊接完成后的不銹鋼層進行冷卻，繼續通過生產線將型材進入到焊接擠壓輥的第二階段，所述擠壓輥第二階段的擠壓量為80%-40%。擠壓輥第二階段進行擠壓時除了將屬于擠壓量擠壓焊接完成之外，還會起到一個穩定焊接的作用，防止因原材料本身的張力導致直縫焊口的向外撕裂。進一步地，本發明涉及的快速加熱：采用一定功率和專用頻率的電源實現快速加熱，確保在擠壓焊接成型過程中產生足夠的熱源及熱源的保持。
采用輸出穩定的加熱電源，確保加熱速度快、熱影響區域小、加熱穩定性強。因采用了分層擠壓焊接和快速對不銹鋼層焊接完成后進行的快速冷卻固化，在冷卻固化過程中也會對碳鋼層形成了一定的冷卻，所以在加熱方式上本發明已經考慮到碳鋼層持續加熱的問題，確保碳鋼層在擠壓焊接過程中不會因不銹鋼層被降溫而導致碳鋼層無法擠壓焊接，確保整個型材的焊接質量。
優選的，步驟四中，所述空氣驅離設備還包含有對焊接擠壓輥進行冷卻降溫的裝置，防止擠壓輥因長時間受熱損壞。
優選的，步驟四中，所述空氣驅離設備還包含有用來保護有色金屬覆層的材質不被基層金屬因融液在加熱和擠壓過程產生流動而被混合的金屬溶液流動阻斷裝置。
進一步地，空氣驅離設備：用來滿足有色金屬覆層的抗氧化、快速冷卻、保證焊接質量。
具備一定的密封性，除了向對稱焊接擠壓輥、復合材料管的外外面供不同的壓力氣體外，將不允許在此控制器區域外存在其他介質氣體（如空氣等）；
因為空氣當中含有氧氣與水分，與高溫進行混合時會導致焊接部位（尤其是有色金屬部分）產生氧化物（如不銹鋼會產生氧化鎳、氧化鋯等物質），影響焊接質量，降低焊接與原材料的性能，直接會導致不銹鋼層的耐腐蝕性能下降。因此本發明將會利用惰性氣體（如氮氣）的性能，在次設備設施外產生一定的壓力，將關鍵部位的空氣進行驅（隔）離，防止焊接面產生氧化，保障材料性能及焊接品質。
可以為對稱的焊接擠壓輥提供冷卻，防止擠壓輥在長時間高溫狀態下被損壞。
根據不銹鋼要求快冷的特性，在不銹鋼層焊接完成后，對不銹鋼層快速進行氣體冷卻，盡可能的保證不銹鋼材質不產生大的變化并形成一定程度上的固化；同步實現改變或控制碳鋼在擠壓焊接過程中的溶液流動方向，防止碳鋼材質滲入甚至因擠壓穿透不銹鋼層；其中，設備上設置一處觀察窗口，便于監控高頻感應系統的工作狀態；
優選的，所述有色金屬覆層焊接部位仿真系統：檢測并自動調整有色金屬覆層實時的成型與焊接質量；所述在線監測檢測系統：針對整個生產線焊縫全程監控，并予以報警。
進一步地，所述有色金屬覆層焊接部位仿真：檢測并自動調整有色金屬覆層實時的成型與焊接質量；對焊接部位進行計算機仿真，實現對焊接質量進行在線監測，并能自動調整相應的機械機構，使得達到所要求的焊接質量。所述在線監測檢測系統：針對整個生產線焊縫全程監控，并予以報警；通過磁性在線檢測裝置來檢測焊接過程，確保型材在擠壓焊接過程中的焊接質量，在不合格的產品外表面直接自動標記，甚至直接將生產線停止運行，便于最終用戶操作工及時發現問題，保證質量、減少浪費。
更進一步地，本發明還可增加的輔助設施：根據各種用戶的實際需要，可以在生產線上增加：掛卷端、活套、定徑段、在線退火段、在線冷卻段、在線拋光段、在線捆扎段等。
綜上所述：本發明制備方法是將復合材料（有部分復合材料因軋制而產生的帶鋼兩側厚薄不均的現象）在制管與型材制造過程中實現高質量的制成品在成型工藝、設備精度、設備振動、高頻電源加熱工藝、焊縫保護、擠壓方式、焊接速度、能源分配及材料性能保護等綜合因素的合理匹配，克服并解決上述傳統設備工藝與方法不能在保證質量的前提下無法實現將已復合完成的金屬復合材料高速（根據原材料厚度每分鐘可達7-100米速度）狀態下保證焊接質量與成型的問題。
以上對本發明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發明并不局限于上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的范圍外做出各種變形或修改，這并不影響本發明的實質內容。