本发明涉及一种界面熔合法制备金属复合管的方法及装置。
背景技术：
：复合板、复合管、复合棒等金属复合材料是指利用复合技术将多种化学、力学性能不同的金属在界面上实现冶金结合而形成的复合材料，其极大地改善了单一金属材料的热膨胀性、强度、断裂韧性、冲击韧性、耐磨损性、电性能、磁性能等诸多性能，因而被广泛应用到防腐、压力容器制造、电建、石化、医药、轻工、汽车等行业。将具有优异性能的金属复合到基体板层或者基体管层上，不仅能使材料的综合性能达到最佳，而且还能节省稀有金属用量，减少冶炼高质量合金钢的用量而节约生产成本。各种性能的金属复合管有着广泛的需求及应用，例如，化学药品船所用钢管，基体管层有综合力学及焊接性能，复合管层耐蚀，使复合管兼具普通管材和不锈管材的两种性能；输油输气管道通过复合技术既可做到外部耐盐腐蚀，又可做到内部耐硫化物和酸腐蚀。以压力容器用不锈钢-钢复合板为例，基层用一般的碳钢(q245r，q345r等)有很好的机械性能，复层用不锈钢(304，316l等)有很好的耐腐蚀性能，两者结合在一起，只需要几毫米的高价不锈钢，大量节约了成本，并且基本不改变基材的各种机械性能。目前，金属复合管的复合方法主要有机械滚压法、爆炸复合法、拉拔复合法等。使用传统生产工艺制备得到的金属复合板或者金属复合管由于基体板层或基体管层与复合板层或基体管层的结合力不足，尤其是在向管壁较薄的基体管坯上复合层时不仅难度大，复合管长度受限，而且在使用过程中很容易出现破损，导致安全事故发生。技术实现要素：本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种在普通碳钢表面复合合金层、通过液-液复合使界面结合牢固、生产成本低的界面熔合法制备金属复合管的方法及装置。本发明是通过如下技术方案实现的：一种界面熔合法制备金属复合管的方法，采用如下步骤：(1)取两个陶瓷管模，其中一陶瓷管模为圆柱形的加热管模，另一陶瓷管模为锥度为1000:1的浇注管模，加热管模的内径比棒芯直径大6mm，浇注管模的底部细端开口封闭且细端开口直径稍大于金属复合管的外径；浇注管模的顶部开口用陶瓷板封盖，并在陶瓷板的中部开设有一倒锥形的导向孔，导向孔的底端内径比棒芯直径大1mm，加热管模和浇注管模、导向孔的轴线在同一直线上；将加热管模的下端连接一钢丝刷轮除锈机，钢丝刷轮除锈机箱体底部与浇注管模顶部的导向孔相连，钢丝刷轮除锈机与加热管模以及浇注管模导向孔的连接处用耐热硅胶密封；(2)棒芯表面较为平整的，通过酸液脱除棒芯表面的油脂，使用钢丝刷机械摩擦除去棒芯表面的锈；棒芯表面有明显蚀坑的，车床车去表面至平整光亮；棒芯的长度大于加热管模的长度；(3)在棒芯的顶部焊接一吊钩，通过吊钩将棒芯吊挂在加热管模内；(4)向加热管模、钢丝砂除锈机箱体以及浇注管模之间的空腔内吹入co2气体，使上述空腔内充满co2气体；(5)在浇注管模的顶部一侧开设一浇注口，使加热管模、钢丝刷轮除锈机箱体以及浇注管模之间形成一密闭空腔；计算外层合金层浇注需要的合金金属液用量，合金金属液的用量相当于合金层熔化后的体积，将所需用量的合金金属液匀速倒入浇注管模内，合金金属液的温度为棒芯与合金层熔点中较高值的30℃以上；(6)将棒芯经导向孔逐渐缓慢匀速降落至加热管模中的合金金属液的同时，使用高频加热器在加热管模的下端外侧进行加热，使棒芯表面温度达到其熔点以下20℃，同时启动钢丝刷轮除锈机，进一步除去加热后棒芯表面的氧化皮及其他杂质；加热管模顶部的导向孔对棒芯起到导向作用，使棒芯顺利送入浇注管模内；(7)待棒芯的底端接触到浇注管模的底面，移除加热管模和钢丝砂轮除锈机；由于棒芯长度大于浇注管模的长度，所以在棒芯完全降落至浇注管模内部时，棒芯竖直且棒芯轴线与浇注管模的轴线共线；棒芯在下降的过程中，浇注管模中的合金金属液液位上升，直至将棒芯包围，合金金属液完全凝固后，得复合棒材；(8)待步骤(7)得到的复合棒材表面温度降至700℃，通过棒芯顶部的吊钩缓慢提起复合棒材，从浇注管模中脱出；(9)将步骤(8)中得到的复合棒材送入加热炉加热至1100-1250℃，出炉；(10)将步骤(9)得到的复合棒材经穿孔机组穿孔制成毛管，将毛管经减径定径机组进行减径、定径、整形；(11)将步骤(10)得到的毛管进行热处理、矫直、切头、检验，得到表面复合合金层的金属复合管。步骤(5)中合金金属液的熔点高于棒芯的熔点时，合金金属液的温度为合金金属液熔点30℃以上。步骤(5)中合金金属液的熔点低于棒芯的熔点时，合金金属液的温度为棒芯熔点30℃以上。一种界面熔合法制备金属复合管的装置，包括一圆柱形的加热管模和一锥度为1000:1的浇注管模，所述加热管模的内径比棒芯直径大6mm，浇注管模的底部细端开口封闭且细端开口直径稍大于金属复合管的外径；浇注管模的顶部开口用陶瓷板封盖，并在陶瓷板的中部开设有一倒锥形的导向孔，导向孔的底端内径比棒芯直径大1mm，加热管模和浇注管模、导向孔的轴线在同一直线上；所述加热管模的下端连接一钢丝刷轮除锈机，钢丝刷轮除锈机箱体底部与浇注管模顶部的导向孔相连，钢丝刷轮除锈机与加热管模以及浇注管模导向孔的连接处用耐热硅胶密封；在浇注管模的上部一侧设有一与浇注管模内腔相连通的浇注槽，在加热管模的下端外侧环绕设有一高频加热器。本发明界面熔合法制备金属复合管的方法及装置，(1)采用陶瓷模具与基体管层之间形成浇注腔，可使用高频加热器对基体管层加热，而且陶瓷管模具有蓄热功能，可减少基体管层的热量损失，实现复合界面的二次重熔，解决了传统金属模具不宜高温加热，不宜控温的缺陷；(2)通过合理制定合金金属液的浇注温度，使合金金属液浇入基体管层表面后，既能保证使基体管层外表面熔化，又不会全部熔解，使基体管层与合金金属液深度熔合，保证在轧制过程中不出现界面开裂现象，轧制工艺调节范围更广；(3)特殊金属浇注时，浇注腔内充满co2，避免结合面与空气接触容易氧化，出现氧化物使界面不能结合。综上，本发明方法工艺简单，生产成本低，生产出来的金属复合管的基体管层与合金层的结合力强，保证了金属复合管的质量，降低了生产过程中的安全隐患。附图说明下面结合附图对本发明作进一步的说明。图1为本发明的结构示意图。图中，1、加热管模，2、浇注管模，3、棒芯，4、陶瓷板，5、导向孔，6、钢丝刷轮除锈机，7、吊钩，8、高频加热器，9、浇注槽。具体实施方式下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于此，实施例中的制备方法均为常规制备方法，不再详述。实施例1：一种界面熔合法制备金属复合管的方法，采用如下步骤：(1)取两个陶瓷管模，其中一陶瓷管模为圆柱形的加热管模1，内径及长度为φ165mm*1200mm，另一陶瓷管模为锥度为1000:1的浇注管模2，内径及长度为φ169mm*1000mm，且浇注管模2的大头直径为φ170.2mm，加热管模1的内径比棒芯直径大6mm，即取直径为φ159mm，壁厚30mm的20#钢管作为棒芯；浇注管模2的顶部开口用陶瓷板4封盖，并在陶瓷板4的中部开设有一倒锥形的导向孔5，导向孔5的底端内径比棒芯直径大1mm，即φ166mm；加热管模1和浇注管模2、导向孔5的轴线在同一直线上；将加热管模2的下端连接一钢丝刷轮除锈机5，钢丝刷轮除锈机6箱体底部与浇注管模1顶部的导向孔5相连，钢丝刷轮除锈机6与加热管模1以及浇注管模2导向孔5的连接处用耐热硅胶密封；(2)棒芯3表面较为平整的，通过酸液脱除棒芯3表面的油脂，使用钢丝刷机械摩擦除去棒芯3表面的锈；棒芯3表面有明显蚀坑的，车床车去表面至平整光亮；棒芯3的长度大于加热管模1的长度；(3)在棒芯3的顶部焊接一吊钩7，通过吊钩7将棒芯3吊挂在加热管模1内；(4)向加热管模1、钢丝砂除锈机6箱体以及浇注管模2之间的空腔内吹入高纯co2气体，使上述空腔内充满co2气体，同时用天然气火焰预热浇注管模2至1000℃；(5)在浇注管模2的顶部一侧开设一浇注口，使加热管模1、钢丝刷轮除锈机6箱体以及浇注管模2之间形成一密闭空腔；计算外层合金层浇注需要的合金金属液用量为20公斤，在aod炉中熔炼2205合金钢，将20公斤2205合金金属液匀速倒入浇注管模2内，2205合金金属液温度为1700℃；(6)将棒芯3经导向孔5逐渐缓慢匀速降落至加热管模1中的合金金属液的同时，使用高频加热器8在加热管模1的下端外侧进行加热，使棒芯3表面温度达到1350℃，同时启动钢丝刷轮除锈机6，进一步除去加热后棒芯3表面的氧化皮及其他杂质；加热管模1顶部的导向孔5对棒芯3起到导向作用，使棒芯3顺利送入浇注管模2内并固定；(7)待棒芯3的底端接触到浇注管模2的底面，移除加热管模1和钢丝砂轮除锈机6；由于棒芯3长度大于浇注管模2的长度，所以在棒芯3完全降落至浇注管模2内部时，棒芯3竖直且棒芯3轴线与浇注管模2的轴线共线；棒芯3在下降的过程中，浇注管模2中的合金金属液液位上升，直至将棒芯3包围，合金金属液完全凝固后，得复合棒材；(8)待步骤(7)得到的复合棒材表面温度降至700℃，通过棒芯3顶部的吊钩7缓慢提起复合棒材，从浇注管模2中脱出，等离子切割盲管端；(9)将步骤(8)中得到的复合金属坯送入加热炉加热至1100-1250℃，出炉；(10)将步骤(9)得到的复合棒材送入穿孔机组进行穿孔制成毛管，该步骤完成时复合棒材的温度为1050-1080℃；在930-950℃下将毛管经减径定径基组进行减径、定径、整形，得规格φ100mm*12mm*4274mm的毛管，复合层厚度为1.7mm；(11)将步骤(10)得到的毛管进行热处理、矫直、切头、检验，得到表面复合合金层的金属复合管，具体方法为：(11.1)将步骤(10)得到的毛管表面酸洗除鳞，然后进行穿水淬火至室温；(11.2)将步骤(11.1)处理后的毛管切头后迅速加热至1100℃固溶处理，然后保温2小时；(11.3)将步骤(11.2)得到的毛管进行穿水淬火至室温；(11.4)对步骤(11.3)得到的毛管进行探伤、矫直、去鳞、抛光，得到表面复合合金层的金属复合管。表1实施例1制得的金属复合管的力学指标标样屈服强度mpa抗拉强度mpa1316.8489.22302.1469.33304.3474.4由表1可见，实施例1制得的金属复合管性能符合合要求。实施例2：本实施例与实施例1的不同之处在于：步骤(5)中合金金属液的熔点高于棒芯的熔点时，合金金属液的温度为合金金属液熔点30℃以上。实施例3：本实施例与实施例1的不同之处在于：步骤(5)中合金金属液的熔点低于棒芯的熔点时，合金金属液的温度为棒芯熔点30℃以上。如图1所示，一种界面熔合法制备金属复合管的装置，包括一圆柱形的加热管模1和一锥度为1000:1的浇注管模2，所述加热管模1的内径比棒芯3直径大6mm，浇注管模2的底部细端开口封闭且细端开口直径稍大于金属复合管的外径；浇注管模2的顶部开口用陶瓷板4封盖，并在陶瓷板4的中部开设有一倒锥形的导向孔5，导向孔5的底端内径比棒芯3直径大1mm，加热管模1和浇注管模2、导向孔5的轴线在同一直线上；所述加热管模2的下端连接一钢丝刷轮除锈机6，钢丝刷轮除锈机6箱体底部与浇注管模2顶部的导向孔5相连，钢丝刷轮除锈机6与加热管模1以及浇注管模2导向孔5的连接处用耐热硅胶密封；在浇注管模2的上部一侧设有一与浇注管模2内腔相连通的浇注槽9，在加热管模2的下端外侧环绕设有一高频加热器8。当前第1页12