新型復(fù)合輸泥管的研制與應(yīng)用

孔華杰

摘要：對比現(xiàn)有普通輸泥管，介紹了一種新型復(fù)合輸泥管，可將高鉻鑄鐵內(nèi)管優(yōu)良的耐磨性能與普通鋼外管的抗沖擊及焊接性能有機(jī)地結(jié)合在一起，充分發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)實(shí)際使用驗(yàn)證，其使用壽命為普通輸泥管的5倍以上，此種新型復(fù)合輸泥管的成功應(yīng)用可有效降低挖泥船的換管頻率，降低備件成本，減少工作量提高疏浚效率，增加挖泥船的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：新型復(fù)合輸泥管;高鉻鑄鐵;磨損;制造;裝配;應(yīng)用

中圖分類號：U61

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1006-7973（ 2020） 06-0038-02

隨著挖泥船不斷向大型化、自動化的方向發(fā)展，其疏浚能力不斷提高，船舶挖泥深度不斷加大，需要挖掘的土質(zhì)亦變得越來越復(fù)雜。泥管作為挖泥船輸送泥砂、礫石及石塊等介質(zhì)的主要設(shè)備，其耐磨性能、使用壽命對挖泥船減少停工更換備件次數(shù)、提高施工效率、增加經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。隨著國內(nèi)疏浚行業(yè)的快速發(fā)展，挖泥船輸泥管路的耐磨性能日益受到關(guān)注。

1 挖泥船輸泥管的磨損及使用現(xiàn)狀

在疏浚施工中，輸泥管輸送的介質(zhì)主要是淤泥、沙礫、中粗砂、風(fēng)化巖等。這些介質(zhì)在壓力推動下，在管道內(nèi)高速流動，介質(zhì)流速最高能達(dá)6米/秒以上，與管道內(nèi)壁形成磨擦，造成磨損。受重力作用，較粗較重的介質(zhì)往下沉，在管道底部形成更大摩擦，因此輸泥管的底部往往磨損較快。介質(zhì)流動導(dǎo)致管道內(nèi)壁的磨損類型主要是磨粒磨損，也兼有腐蝕磨損及一定的沖擊磨損。

目前輸泥管主要采用熱軋低碳鋼板或低合金鋼板經(jīng)卷制焊接而成，該類泥管硬度偏低、耐磨性能差，工作壽命短，工程應(yīng)用中需要頻繁更換，而更換輸泥管是一項(xiàng)繁瑣的工作，尤其是艙內(nèi)輸泥管，更換時(shí)空間狹小，且多有穿艙布置，使更換難度大大增加，一旦爆管或滲漏會危及艙內(nèi)機(jī)電設(shè)備。

為提高輸泥管的抗泥砂磨損性能和有效使用壽命，實(shí)踐中采用在低碳鋼板或低合金鋼板卷制的焊接輸泥管內(nèi)壁堆焊耐磨合金的方法制造耐磨輸泥管，由于耐磨合金焊接性能較差，焊后通常在堆焊的耐磨層中存在大量應(yīng)力釋放裂紋，隨使用時(shí)長逐漸呈小塊剝落從而削減耐磨能力，同時(shí)堆焊基材稀釋和焊接變形等其他問題也影響了該類輸泥管的綜合使用性能。

高鉻鑄鐵具有非常良好的抗磨粒磨損性能，其硬度可達(dá)到HRC58 - 61.可抵抗一般的沖擊，且有一定的抗腐蝕作用，綜合性價(jià)比高，比較適用于疏浚工程中的耐磨過流部件。但同時(shí)其胞性較大，焊接性能較差，無法直接焊接法蘭，因而如何利用高鉻鑄鐵的耐磨性能，又滿足輸泥管焊接法蘭、抗沖擊的使用要求，是非常值得探究的課題。

2 新型復(fù)合輸泥管的特點(diǎn)

一種新型的復(fù)合輸泥管，其中內(nèi)管為高鉻鑄鐵材料，經(jīng)熱處理后硬度可達(dá)HRC55以上，外管為普通碳鋼，在其兩端焊接連接用法蘭，此種結(jié)構(gòu)可有效發(fā)揮內(nèi)外層材料的各自優(yōu)點(diǎn)，具有硬度高、耐磨性能好、更換便捷、綜合性價(jià)比高的特點(diǎn)，是現(xiàn)階段輸泥管線的理想選擇。

2.1 內(nèi)管的制造

新型復(fù)合輸泥管的內(nèi)管主要起耐磨作用，材質(zhì)為高鉻鑄鐵，采用離心鑄造工藝生產(chǎn)，其主要化學(xué)成分如下表1所示。生產(chǎn)出的鑄管壁厚均勻，沒有出現(xiàn)裂紋、夾渣等鑄造缺陷，其鑄態(tài)金相組織及熱處理后金相組織如下圖所示，鑄態(tài)的組織為奧氏體+共晶碳化物，硬度約為HRC45-HRC50，經(jīng)熱處理后金相組織變?yōu)轳R氏體+二次碳化物+共晶碳化物+殘余奧氏體組織，硬度可達(dá)HRC55以上。

2.2 外管的制造

新型復(fù)合輸泥管的外管主要起焊接法蘭及一定的抗沖擊作用，一般采用碳鋼材料。外管內(nèi)徑一般大于內(nèi)管外徑約20-30mm，以使得內(nèi)外管之間留有一定的間隙用來充填粘結(jié)劑，保證內(nèi)外管緊密結(jié)合在一起，在使用時(shí)可將內(nèi)管所受的沖擊載荷有效地傳遞至外管上。

2.3 復(fù)合輸泥管的裝配

將離心鑄造管套裝入預(yù)先焊接好法蘭的外管內(nèi)，復(fù)合后對整管進(jìn)行加工。此種結(jié)構(gòu)可以將內(nèi)管優(yōu)良的耐磨性能與外管良好的焊接性能和抗沖擊性能有機(jī)結(jié)合在一起，發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)。圖3為實(shí)際生產(chǎn)的復(fù)合輸泥管，由于整管的長度、端面及螺孔分布均為最后機(jī)械加工，避免了以前普通輸泥管預(yù)先攻鉆法蘭螺栓孔，然后焊接法蘭導(dǎo)致的整管長度、平行度及端面平面度較差，影響端面密封效果及使用一段時(shí)間后無法旋轉(zhuǎn)管件繼續(xù)使用的缺點(diǎn)，整管長度、端面平面度精度較高，保證了端面密封的效果，兩法蘭端面平行度良好，可在使用一段時(shí)間后旋轉(zhuǎn)管件，將磨損略微

3 新型復(fù)合輸泥管的應(yīng)用

新型復(fù)合輸泥管具有良好的使用效果，在實(shí)際使用過程中，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，在綜合土質(zhì)條件下，一般普通碳鋼或低合金鋼板卷制的輸泥管的使用壽命約為6-12個(gè)月，經(jīng)內(nèi)壁堆焊耐磨層后，其壽命也僅為18-24個(gè)月，而采用此種結(jié)構(gòu)的復(fù)合輸泥管，在內(nèi)管壁厚為20mm時(shí)，經(jīng)5年使用后，檢測其壁厚平均磨損2-3mm，僅管口處磨損約lOmm，仍可繼續(xù)使用，其使用壽命為一般輸泥管的5倍以上。目前已在疏浚船舶得到推廣應(yīng)用，如：長江航道局6000方自航耙吸挖泥船長鯨7，13800方自航耙吸挖泥船長鯨9，正在上海振華重工啟東海洋工程股份有限公司建造的長江航道局4500方/時(shí)自航絞吸挖泥船長獅18，以及我國最先進(jìn)的自航絞吸挖泥船天鯤號等均采用了新型復(fù)合輸泥管;使用效果得到了驗(yàn)證及認(rèn)可。

4 結(jié)論

（1）新型復(fù)合輸泥管可以將內(nèi)管優(yōu)良的耐磨性能與外管良好的焊接性能和抗沖擊性能有機(jī)結(jié)合在一起，發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)實(shí)際使用驗(yàn)證，其使用壽命為一般輸泥管的5倍以上。

（2）新型復(fù)合輸泥管的成功應(yīng)用可有效降低挖泥船的換管頻率，降低備件成本，提高疏浚效率，增加挖泥船的經(jīng)濟(jì)效益。