本發(fā)明涉及一種界面熔合法制備金屬復(fù)合管的方法及裝置。
背景技術(shù)：
：復(fù)合板、復(fù)合管、復(fù)合棒等金屬復(fù)合材料是指利用復(fù)合技術(shù)將多種化學(xué)、力學(xué)性能不同的金屬在界面上實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合而形成的復(fù)合材料，其極大地改善了單一金屬材料的熱膨脹性、強(qiáng)度、斷裂韌性、沖擊韌性、耐磨損性、電性能、磁性能等諸多性能，因而被廣泛應(yīng)用到防腐、壓力容器制造、電建、石化、醫(yī)藥、輕工、汽車等行業(yè)。將具有優(yōu)異性能的金屬復(fù)合到基體板層或者基體管層上，不僅能使材料的綜合性能達(dá)到最佳，而且還能節(jié)省稀有金屬用量，減少冶煉高質(zhì)量合金鋼的用量而節(jié)約生產(chǎn)成本。各種性能的金屬復(fù)合管有著廣泛的需求及應(yīng)用，例如，化學(xué)藥品船所用鋼管，基體管層有綜合力學(xué)及焊接性能，復(fù)合管層耐蝕，使復(fù)合管兼具普通管材和不銹管材的兩種性能；輸油輸氣管道通過復(fù)合技術(shù)既可做到外部耐鹽腐蝕，又可做到內(nèi)部耐硫化物和酸腐蝕。以壓力容器用不銹鋼-鋼復(fù)合板為例，基層用一般的碳鋼(q245r，q345r等)有很好的機(jī)械性能，復(fù)層用不銹鋼(304，316l等)有很好的耐腐蝕性能，兩者結(jié)合在一起，只需要幾毫米的高價(jià)不銹鋼，大量節(jié)約了成本，并且基本不改變基材的各種機(jī)械性能。目前，金屬復(fù)合管的復(fù)合方法主要有機(jī)械滾壓法、爆炸復(fù)合法、拉拔復(fù)合法等。使用傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝制備得到的金屬復(fù)合板或者金屬復(fù)合管由于基體板層或基體管層與復(fù)合板層或基體管層的結(jié)合力不足，尤其是在向管壁較薄的基體管坯上復(fù)合層時(shí)不僅難度大，復(fù)合管長(zhǎng)度受限，而且在使用過程中很容易出現(xiàn)破損，導(dǎo)致安全事故發(fā)生。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種在普通碳鋼表面復(fù)合合金層、通過液-液復(fù)合使界面結(jié)合牢固、生產(chǎn)成本低的界面熔合法制備金屬復(fù)合管的方法及裝置。本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種界面熔合法制備金屬復(fù)合管的方法，采用如下步驟：(1)取兩個(gè)陶瓷管模，其中一陶瓷管模為圓柱形的加熱管模，另一陶瓷管模為錐度為1000:1的澆注管模，加熱管模的內(nèi)徑比棒芯直徑大6mm，澆注管模的底部細(xì)端開口封閉且細(xì)端開口直徑稍大于金屬復(fù)合管的外徑；澆注管模的頂部開口用陶瓷板封蓋，并在陶瓷板的中部開設(shè)有一倒錐形的導(dǎo)向孔，導(dǎo)向孔的底端內(nèi)徑比棒芯直徑大1mm，加熱管模和澆注管模、導(dǎo)向孔的軸線在同一直線上；將加熱管模的下端連接一鋼絲刷輪除銹機(jī)，鋼絲刷輪除銹機(jī)箱體底部與澆注管模頂部的導(dǎo)向孔相連，鋼絲刷輪除銹機(jī)與加熱管模以及澆注管模導(dǎo)向孔的連接處用耐熱硅膠密封；(2)棒芯表面較為平整的，通過酸液脫除棒芯表面的油脂，使用鋼絲刷機(jī)械摩擦除去棒芯表面的銹；棒芯表面有明顯蝕坑的，車床車去表面至平整光亮；棒芯的長(zhǎng)度大于加熱管模的長(zhǎng)度；(3)在棒芯的頂部焊接一吊鉤，通過吊鉤將棒芯吊掛在加熱管模內(nèi)；(4)向加熱管模、鋼絲砂除銹機(jī)箱體以及澆注管模之間的空腔內(nèi)吹入co2氣體，使上述空腔內(nèi)充滿co2氣體；(5)在澆注管模的頂部一側(cè)開設(shè)一澆注口，使加熱管模、鋼絲刷輪除銹機(jī)箱體以及澆注管模之間形成一密閉空腔；計(jì)算外層合金層澆注需要的合金金屬液用量，合金金屬液的用量相當(dāng)于合金層熔化后的體積，將所需用量的合金金屬液勻速倒入澆注管模內(nèi)，合金金屬液的溫度為棒芯與合金層熔點(diǎn)中較高值的30℃以上；(6)將棒芯經(jīng)導(dǎo)向孔逐漸緩慢勻速降落至加熱管模中的合金金屬液的同時(shí)，使用高頻加熱器在加熱管模的下端外側(cè)進(jìn)行加熱，使棒芯表面溫度達(dá)到其熔點(diǎn)以下20℃，同時(shí)啟動(dòng)鋼絲刷輪除銹機(jī)，進(jìn)一步除去加熱后棒芯表面的氧化皮及其他雜質(zhì)；加熱管模頂部的導(dǎo)向孔對(duì)棒芯起到導(dǎo)向作用，使棒芯順利送入澆注管模內(nèi)；(7)待棒芯的底端接觸到澆注管模的底面，移除加熱管模和鋼絲砂輪除銹機(jī)；由于棒芯長(zhǎng)度大于澆注管模的長(zhǎng)度，所以在棒芯完全降落至澆注管模內(nèi)部時(shí)，棒芯豎直且棒芯軸線與澆注管模的軸線共線；棒芯在下降的過程中，澆注管模中的合金金屬液液位上升，直至將棒芯包圍，合金金屬液完全凝固后，得復(fù)合棒材；(8)待步驟(7)得到的復(fù)合棒材表面溫度降至700℃，通過棒芯頂部的吊鉤緩慢提起復(fù)合棒材，從澆注管模中脫出；(9)將步驟(8)中得到的復(fù)合棒材送入加熱爐加熱至1100-1250℃，出爐；(10)將步驟(9)得到的復(fù)合棒材經(jīng)穿孔機(jī)組穿孔制成毛管，將毛管經(jīng)減徑定徑機(jī)組進(jìn)行減徑、定徑、整形；(11)將步驟(10)得到的毛管進(jìn)行熱處理、矯直、切頭、檢驗(yàn)，得到表面復(fù)合合金層的金屬復(fù)合管。步驟(5)中合金金屬液的熔點(diǎn)高于棒芯的熔點(diǎn)時(shí)，合金金屬液的溫度為合金金屬液熔點(diǎn)30℃以上。步驟(5)中合金金屬液的熔點(diǎn)低于棒芯的熔點(diǎn)時(shí)，合金金屬液的溫度為棒芯熔點(diǎn)30℃以上。一種界面熔合法制備金屬復(fù)合管的裝置，包括一圓柱形的加熱管模和一錐度為1000:1的澆注管模，所述加熱管模的內(nèi)徑比棒芯直徑大6mm，澆注管模的底部細(xì)端開口封閉且細(xì)端開口直徑稍大于金屬復(fù)合管的外徑；澆注管模的頂部開口用陶瓷板封蓋，并在陶瓷板的中部開設(shè)有一倒錐形的導(dǎo)向孔，導(dǎo)向孔的底端內(nèi)徑比棒芯直徑大1mm，加熱管模和澆注管模、導(dǎo)向孔的軸線在同一直線上；所述加熱管模的下端連接一鋼絲刷輪除銹機(jī)，鋼絲刷輪除銹機(jī)箱體底部與澆注管模頂部的導(dǎo)向孔相連，鋼絲刷輪除銹機(jī)與加熱管模以及澆注管模導(dǎo)向孔的連接處用耐熱硅膠密封；在澆注管模的上部一側(cè)設(shè)有一與澆注管模內(nèi)腔相連通的澆注槽，在加熱管模的下端外側(cè)環(huán)繞設(shè)有一高頻加熱器。本發(fā)明界面熔合法制備金屬復(fù)合管的方法及裝置，(1)采用陶瓷模具與基體管層之間形成澆注腔，可使用高頻加熱器對(duì)基體管層加熱，而且陶瓷管模具有蓄熱功能，可減少基體管層的熱量損失，實(shí)現(xiàn)復(fù)合界面的二次重熔，解決了傳統(tǒng)金屬模具不宜高溫加熱，不宜控溫的缺陷；(2)通過合理制定合金金屬液的澆注溫度，使合金金屬液澆入基體管層表面后，既能保證使基體管層外表面熔化，又不會(huì)全部熔解，使基體管層與合金金屬液深度熔合，保證在軋制過程中不出現(xiàn)界面開裂現(xiàn)象，軋制工藝調(diào)節(jié)范圍更廣；(3)特殊金屬澆注時(shí)，澆注腔內(nèi)充滿co2，避免結(jié)合面與空氣接觸容易氧化，出現(xiàn)氧化物使界面不能結(jié)合。綜上，本發(fā)明方法工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)出來的金屬復(fù)合管的基體管層與合金層的結(jié)合力強(qiáng)，保證了金屬復(fù)合管的質(zhì)量，降低了生產(chǎn)過程中的安全隱患。附圖說明下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1、加熱管模，2、澆注管模，3、棒芯，4、陶瓷板，5、導(dǎo)向孔，6、鋼絲刷輪除銹機(jī)，7、吊鉤，8、高頻加熱器，9、澆注槽。具體實(shí)施方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明并不局限于此，實(shí)施例中的制備方法均為常規(guī)制備方法，不再詳述。實(shí)施例1：一種界面熔合法制備金屬復(fù)合管的方法，采用如下步驟：(1)取兩個(gè)陶瓷管模，其中一陶瓷管模為圓柱形的加熱管模1，內(nèi)徑及長(zhǎng)度為φ165mm*1200mm，另一陶瓷管模為錐度為1000:1的澆注管模2，內(nèi)徑及長(zhǎng)度為φ169mm*1000mm，且澆注管模2的大頭直徑為φ170.2mm，加熱管模1的內(nèi)徑比棒芯直徑大6mm，即取直徑為φ159mm，壁厚30mm的20#鋼管作為棒芯；澆注管模2的頂部開口用陶瓷板4封蓋，并在陶瓷板4的中部開設(shè)有一倒錐形的導(dǎo)向孔5，導(dǎo)向孔5的底端內(nèi)徑比棒芯直徑大1mm，即φ166mm；加熱管模1和澆注管模2、導(dǎo)向孔5的軸線在同一直線上；將加熱管模2的下端連接一鋼絲刷輪除銹機(jī)5，鋼絲刷輪除銹機(jī)6箱體底部與澆注管模1頂部的導(dǎo)向孔5相連，鋼絲刷輪除銹機(jī)6與加熱管模1以及澆注管模2導(dǎo)向孔5的連接處用耐熱硅膠密封；(2)棒芯3表面較為平整的，通過酸液脫除棒芯3表面的油脂，使用鋼絲刷機(jī)械摩擦除去棒芯3表面的銹；棒芯3表面有明顯蝕坑的，車床車去表面至平整光亮；棒芯3的長(zhǎng)度大于加熱管模1的長(zhǎng)度；(3)在棒芯3的頂部焊接一吊鉤7，通過吊鉤7將棒芯3吊掛在加熱管模1內(nèi)；(4)向加熱管模1、鋼絲砂除銹機(jī)6箱體以及澆注管模2之間的空腔內(nèi)吹入高純co2氣體，使上述空腔內(nèi)充滿co2氣體，同時(shí)用天然氣火焰預(yù)熱澆注管模2至1000℃；(5)在澆注管模2的頂部一側(cè)開設(shè)一澆注口，使加熱管模1、鋼絲刷輪除銹機(jī)6箱體以及澆注管模2之間形成一密閉空腔；計(jì)算外層合金層澆注需要的合金金屬液用量為20公斤，在aod爐中熔煉2205合金鋼，將20公斤2205合金金屬液勻速倒入澆注管模2內(nèi)，2205合金金屬液溫度為1700℃；(6)將棒芯3經(jīng)導(dǎo)向孔5逐漸緩慢勻速降落至加熱管模1中的合金金屬液的同時(shí)，使用高頻加熱器8在加熱管模1的下端外側(cè)進(jìn)行加熱，使棒芯3表面溫度達(dá)到1350℃，同時(shí)啟動(dòng)鋼絲刷輪除銹機(jī)6，進(jìn)一步除去加熱后棒芯3表面的氧化皮及其他雜質(zhì)；加熱管模1頂部的導(dǎo)向孔5對(duì)棒芯3起到導(dǎo)向作用，使棒芯3順利送入澆注管模2內(nèi)并固定；(7)待棒芯3的底端接觸到澆注管模2的底面，移除加熱管模1和鋼絲砂輪除銹機(jī)6；由于棒芯3長(zhǎng)度大于澆注管模2的長(zhǎng)度，所以在棒芯3完全降落至澆注管模2內(nèi)部時(shí)，棒芯3豎直且棒芯3軸線與澆注管模2的軸線共線；棒芯3在下降的過程中，澆注管模2中的合金金屬液液位上升，直至將棒芯3包圍，合金金屬液完全凝固后，得復(fù)合棒材；(8)待步驟(7)得到的復(fù)合棒材表面溫度降至700℃，通過棒芯3頂部的吊鉤7緩慢提起復(fù)合棒材，從澆注管模2中脫出，等離子切割盲管端；(9)將步驟(8)中得到的復(fù)合金屬坯送入加熱爐加熱至1100-1250℃，出爐；(10)將步驟(9)得到的復(fù)合棒材送入穿孔機(jī)組進(jìn)行穿孔制成毛管，該步驟完成時(shí)復(fù)合棒材的溫度為1050-1080℃；在930-950℃下將毛管經(jīng)減徑定徑基組進(jìn)行減徑、定徑、整形，得規(guī)格φ100mm*12mm*4274mm的毛管，復(fù)合層厚度為1.7mm；(11)將步驟(10)得到的毛管進(jìn)行熱處理、矯直、切頭、檢驗(yàn)，得到表面復(fù)合合金層的金屬復(fù)合管，具體方法為：(11.1)將步驟(10)得到的毛管表面酸洗除鱗，然后進(jìn)行穿水淬火至室溫；(11.2)將步驟(11.1)處理后的毛管切頭后迅速加熱至1100℃固溶處理，然后保溫2小時(shí)；(11.3)將步驟(11.2)得到的毛管進(jìn)行穿水淬火至室溫；(11.4)對(duì)步驟(11.3)得到的毛管進(jìn)行探傷、矯直、去鱗、拋光，得到表面復(fù)合合金層的金屬復(fù)合管。表1實(shí)施例1制得的金屬復(fù)合管的力學(xué)指標(biāo)標(biāo)樣屈服強(qiáng)度mpa抗拉強(qiáng)度mpa1316.8489.22302.1469.33304.3474.4由表1可見，實(shí)施例1制得的金屬復(fù)合管性能符合合要求。實(shí)施例2：本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于：步驟(5)中合金金屬液的熔點(diǎn)高于棒芯的熔點(diǎn)時(shí)，合金金屬液的溫度為合金金屬液熔點(diǎn)30℃以上。實(shí)施例3：本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于：步驟(5)中合金金屬液的熔點(diǎn)低于棒芯的熔點(diǎn)時(shí)，合金金屬液的溫度為棒芯熔點(diǎn)30℃以上。如圖1所示，一種界面熔合法制備金屬復(fù)合管的裝置，包括一圓柱形的加熱管模1和一錐度為1000:1的澆注管模2，所述加熱管模1的內(nèi)徑比棒芯3直徑大6mm，澆注管模2的底部細(xì)端開口封閉且細(xì)端開口直徑稍大于金屬復(fù)合管的外徑；澆注管模2的頂部開口用陶瓷板4封蓋，并在陶瓷板4的中部開設(shè)有一倒錐形的導(dǎo)向孔5，導(dǎo)向孔5的底端內(nèi)徑比棒芯3直徑大1mm，加熱管模1和澆注管模2、導(dǎo)向孔5的軸線在同一直線上；所述加熱管模2的下端連接一鋼絲刷輪除銹機(jī)6，鋼絲刷輪除銹機(jī)6箱體底部與澆注管模2頂部的導(dǎo)向孔5相連，鋼絲刷輪除銹機(jī)6與加熱管模1以及澆注管模2導(dǎo)向孔5的連接處用耐熱硅膠密封；在澆注管模2的上部一側(cè)設(shè)有一與澆注管模2內(nèi)腔相連通的澆注槽9，在加熱管模2的下端外側(cè)環(huán)繞設(shè)有一高頻加熱器8。當(dāng)前第1頁12