CN102465290B - 一种具有双层金属复合管的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种具有双层金属复合管的制造方法，在不能满足工况所需的金属管内壁或外壁上熔覆一层能够满足工况要求的材料，使原有金属管具有耐磨、耐腐蚀、耐高温性能，其特点是工艺步骤为：1)对复合管材的基材内或外管壁进行初加工；2)将复合管材的基材放置在装卡台上进行激光熔覆；3)对熔覆后的具有双层金属复合管内或外表面进行机械加工；4)对修复后的具有双层金属复合管的内或外管壁进行着色探伤检测。本发明为具有双层金属复合管制造提供了一种新的方法，并解决了传统方法制造多金属复合管的复合层组织不致密，厚度小，结合强度差，生产率低，对生产技术和设备要求高等问题。

Description

一种具有双层金属复合管的制造方法

技术领域

本发明涉及一种金属管材的制造，特别是涉及一种采用激光熔覆成型技术制造双层金属复合管的方法，属于制造双金属板材和激光熔覆成型领域。

背景技术

金属管材主要应用于石油、化工、冶金、机械、医疗、轻工等行业，起到输送油、酸、水、气的作用。由于输送物料的种类繁多，部分管材输送距离长，输送量的，因此管材内壁于外壁的腐蚀磨损严重。随着管道输送行业对管道材料的要求愈来愈高，管道材料的主要性能指标为耐磨性、耐腐蚀性、减摩性和加工性。

目前，大部分管材为单层金属，无法起到既具有内外管壁综合防腐耐磨性能，又具有结构要求的强度和刚度的作用。针对此问题，目前主要采用电镀，喷涂的方法改变材料表面性能。由于电镀、喷涂后的电镀层于喷涂层非冶金结合，结合强度底，涂层组织疏松，容易出现气孔，夹渣等缺陷，因此再实际应用中容易出现脱落与厚度不均匀现象。另一种方法是制造复合管。

复合管又称为双金属管，它是由两种不同金属构成的复合管，根据具体的使用条件进行选择。通常一层为能够满足特殊使用要求的稀贵金属，另一层则由价格低廉的普通碳素钢材构成。从结构上看，双金属复合管以碳钢管为基材，可以充分发挥碳钢管优良的机械力学性能和价廉特征；以耐腐蚀合金材料为防腐层，充分发挥耐腐蚀合金优异的耐蚀性能，从而使双金属复合管具有优异的耐蚀性和优良的机械力学性能。

目前复合管制备技术很多，大部分都利用局部或整体塑性成形来进行复合，如传统轧制、挤压法等；较为新颖的有爆炸熔焊、离心铸造、液压成形、热胀复合成形、半固态多坯料挤压法等方法。其中，轧制复合是采用压力加工工艺生产金属复合管的方法，由冷轧复合和热轧复合两种，该方法对轧制设备要求较高。爆炸复合及爆炸成型工艺是复合技术中最重要的技术，主要采用炸药作能源进行金属间焊接复合。高温烧结主要是在基材金属板上覆盖一层功能材料粉末，在高温下进行烧结，这中方法生产效率较低，浪费能源；半固态多坯料挤压法是半固态成形中的触变成形技术与多坯料挤压技术相结合的方法，该方法工艺复杂。

因此，选择适当的制造多金属复合管材的工艺，是所属领域当前亟待解决的课题。

激光熔覆作为再制造行业中的前沿高端技术，近年来已得到了广泛的应用。激光表面熔覆的主要优点为输入热量可控(通过控制激光器的输出功率，光斑直径的大小和扫描速度来控制输入基体中的热量)，能量密度高，熔覆质量致密，结合强度高，熔覆层组织的稀释率低、热影响区小。综合上述优点激光熔覆可通过快速凝固获得与基体成冶金结合，形成一种新型的复合材料，从而达到恢复工件原设计尺寸形态和表面涂层强化的目的。

激光成型就是利用激光反复熔覆，在基材表面制备一种新的材料，并与基体形成冶金结合的再制造技术。

目前，关于利用激光熔覆成型工艺制备设备部件的专利和报道很多：例如，

公开号为CN101205598的中国发明专利申请给出的《一种沉没辊轴套及其制造方法》，由不锈钢基体1和钴基激光熔覆层2两部分组成，钴基激光熔覆层2覆盖在不锈钢基体1之上，其制造方法，如下：1.加工不锈钢基体1；2.机械加工；3.激光熔覆，在不锈钢基体1外圆上，先熔覆打底层，再熔覆功能层；激光熔覆工艺参数为：激光功率3000～5000W，光斑直径为2～5MM，扫描速度2～10MM/S；4.机械加工至设计尺寸。

公开号为CN 1932079的中国发明专利申请给出的《一种冶金热轧辊表面激光纳米陶瓷合金化工艺》，其特征在于它包括以下工艺过程：(1)机加工轧辊去掉表面疲劳层，得到所需尺寸和形状，然后对激光将要辐照处理的一面进行研磨，去油污和适当的清洗；(2)用酚醛树脂粘接剂将纳米碳化物陶瓷涂料混合均匀，然后均匀地涂在预处理后的轧辊表面，预涂厚度为0.01～0.05MM，然后风干；(3)选用高功率CO₂激光器对轧辊外表面预涂的纳米陶瓷涂料层进行快速扫描；工艺参数如下：激光功率P＝1000～10000W，扫描速度V＝1.5～20M/MIN，搭接率为15～35％，光斑直径为D＝0.6～5MM。

公开号为CN101457378的中国发明专利申请给出的《一种激光成型电镀锌线导电辊及其制造方法》，包括基体，基体表面上覆盖有激光熔覆层，激光熔覆层的厚度为3～10MM，激光熔覆层与基体为冶金结合，所述的激光熔覆层为镍基合金粉末层或钴基合金粉末层或镍基合金粉末层与钴基合金粉末层的结合体。其的制造方法工序如下：A.制作导电辊基体；B.激光熔覆中间过渡层：先用横流连续CO₂激光器在导电辊基体上熔覆一层镍基合金或钴基合金粉末打底，作为中间过渡层；经机械加工去除表面激光熔覆氧化皮后，再用横流连接CO₂激光器在中间过渡层上熔覆耐磨性和耐蚀性能较好的镍基合金或钴基合金粉末作为表面功能层。

公开号为CN101204757的中国发明专利申请给出的《一种薄壁圆筒件的激光熔覆工艺》，其工艺参数是：熔池尺寸直径为2～5MM、扫描速度是15～40MM/S，功率：2000～5000W；按螺旋线进行熔覆；其特征在于：每条螺旋线的始点按圆周分区交替进行，区域顺序保持尽量大的夹角。这样，熔覆过程中加热时间极短，热量输入分布相对分散，而冷却时间长，因此零件的变形较小。

现有技术给出的上述技术方案虽能利用激光熔覆成型工艺对部分设备部件进行制备处理，取得一定的技术效果。但对其他特定的设备部件，例如像具有双层金属复合管这样的特定结构，现有激光熔覆成型工艺所提供的工艺参数已明显不能适应。

经本申请人检索查证：采用激光熔覆成型工艺制备具有双层金属复合管，国内尚无先例，国外也没有见到相关报道。因此，寻找出适当的采用激光熔覆制备具有双层金属复合管的工艺参数，仍需所属领域的技术人员进一步作出创造性的研究工作。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述问题，通过反复研究实验，提出了一种新的具有双层金属复合管的制造方法。该制备方法是采用激光熔覆成型的方法制备一种双层金属复合管材，使通过激光熔覆后的管材内外壁针对不同的工况，具有不同的使用性能。

本发明给出的技术方案是：这种具有双层金属复合管的制造方法，在不能满足工况所需的金属管内壁或外壁上熔覆一层能够满足工况要求的材料，使原有金属管具有耐磨、耐腐蚀、耐高温性能，其特点是工艺步骤如下：

(1)用角磨对复合管材的基材进行初加工，去除复合管材的基材外管壁或内管壁表面氧化层和油污等杂质，并进行着色探伤、保证无裂纹，气孔等缺陷。

(2)将复合管材的基材装卡在装卡台上，将激光探头对准复合管材的基材外壁所需熔覆的区域，对复合管材的基材进行激光熔覆所需性能的合金粉末，直到熔覆层厚度达到所需的尺寸后，取下具有双层金属的复合管；

或将复合管材的基材装卡在装卡台上，将激光探头深入复合管材的基材管内，并对准所需熔覆的区域，对管材内壁进行激光熔覆所需性能的合金粉末，直到熔覆层厚度达到所需要的厚度后，取下具有双层金属的复合管；

其中，激光熔覆的工艺参数为：

功率：2000-5000W，光斑直径：Φ1-3mm，扫描速度：300-800mm/min，熔覆过程中对熔池采用惰性气体进行保护，

激光熔覆选用防腐耐磨涂层材料的化学成分按质量百分含量为：

Cr：17-20％、Co：10-15％、Fe：3-6％、W：3-7％、Y：0.2-0.4％、Al：0.6-1％、

Ni：余量。

(3)对熔覆后的具有双层金属的复合管材内表面或外表面进行机械加工，消除熔覆后的表面氧化层，达到复合管材的工作尺寸要求；

(4)对修复后的复合管材的内管壁或外管壁进行着色探伤检测，要求不允许有裂纹、气孔、夹杂缺陷。

激光熔覆成型金属管内壁或外壁过程中使用的工装，主要包括装卡台，激光探头，管材基材组成。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.为双金属管的制造提供了一种全新的制造方法。

2.采用激光熔覆成型工艺制造的双金属复合管材解决了传统方法制造金属复合板材的复合层组织不致密，厚度小，结合强度差，生产率低，对生产技术和设备要求高等问题，从而起到了耐高温，耐磨，耐腐蚀等作用。

附图说明

图1为激光熔覆管材内壁使用工装的示意图；

图2为激光熔覆管材外壁使用工装的示意图。

具体实施方式

实施例1双金属复合水冷壁管的制造

水冷壁管为奥氏体不锈钢；

水冷壁管外壁熔覆合金粉末的化学组成以质量百分数计为：

Co：13.5％、Cr：18.5％、Fe：6％、W：6.2％、Y：0.35％、Al：0.65％、Ni：余量；

其工艺步骤如下：

1.对水冷壁管的外管壁进行初加工，去除表面氧化层和油污等异物。并进行着色探伤、X光探伤、超声波探伤、荧光探伤等无损探伤，并保证不裂纹，气孔等缺陷。

2.将水冷壁管放置在装卡台上，采用自动控制的激光器在水冷壁管外壁熔覆所需性能的合金粉末，激光熔覆的工艺参数为功率：3000W，光斑直径：Φ2.5mm，扫描速度：600mm/min，直到熔覆层厚度达到所需的尺寸，最后取下具有双层金属的复合管材。

3.对熔覆后的具有双层金属的复合管材外表面进行机械加工，消除熔覆厚的表面氧化层，达到输油管的工作尺寸要求。

4.对熔覆后的具有双层金属的复合管材外管壁进行着色探伤检测。要求不允许由裂纹、气孔、夹杂等缺陷。

激光熔覆成型过程中使用的工装

激光熔覆成型管材外壁过程中使用的工装，主要包括装卡台(1)，激光反射镜(2)，管材基材(3)，激光探头(4)组成。

将水冷壁管(3)安装在装卡台(1)上，将激光探头(4)置于水冷壁管(3)外壁上进行激光熔覆所需性能的合金粉末，直到熔覆层厚度达到所需的尺寸，最后取下具有双层金属的复合管材。

实施例2双金属复合水冷壁管的制造

水冷壁管为奥氏体不锈钢；

水冷壁管内管壁熔覆合金粉末的化学组成以质量百分数计为：

Co：11.2％、Cr：17.8％、Fe：4％、W：5％、Y：0.25％、Al：0.8％、Ni：余量。

其工艺步骤如下：

1.对水冷壁管的内管壁进行初加工，去除表面氧化层和油污等异物。并进行着色探伤、X光探伤、超声波探伤、荧光探伤等无损探伤，并保证不裂纹，气孔等缺陷。

2.将复合管材的基材装卡在装卡台上，将激光探头深入复合管材的基材管内，并对准所需熔覆的区域，对管材内壁进行激光熔覆所需性能的合金粉末，直到熔覆层厚度达到所需要的厚度后，取下具有双层金属的复合管。激光熔覆的工艺参数为功率：4000W，光斑直径：Φ2.5mm，扫描速度：400mm/min。

3.对熔覆后的具有双层金属的复合管材外表面进行机械加工，消除熔覆厚的表面氧化层，达到输油管的工作尺寸要求。

4.对熔覆后的具有双层金属的复合管材外管壁进行着色探伤检测。要求不允许由裂纹、气孔、夹杂等缺陷。

激光熔覆成型过程中使用的工装

激光熔覆成型管材外壁过程中使用的工装，主要包括装卡台(1)，激光反射镜(2)，管材基材(3)，激光探头(4)组成。

将水冷壁管(3)安装在装卡台(1)上，将激光探头(4)将激光探头深入复合管材的基材管内，并对准所需熔覆的区域进行激光熔覆所需性能的合金粉末，直到熔覆层厚度达到所需的尺寸，最后取下具有双层金属的复合管材。

Claims (1)

1.一种具有双层金属复合管的制造方法，在不能满足工况所需的金属管内壁或外壁上熔覆一层能够满足工况要求的材料，使原有金属管具有耐磨、耐腐蚀、耐高温性能，其特征在于工艺步骤如下：

（1）用角磨对复合管材的基材进行初加工，去除复合管材的基材外管壁或内管壁表面氧化层和油污杂质，并进行着色探伤、保证无裂纹，气孔缺陷；

（2）将复合管材的基材装卡在装卡台上，将激光探头对准复合管材的基材外壁所需熔覆的区域，对复合管材的基材进行激光熔覆所需性能的合金粉末，直到熔覆层厚度达到所需的尺寸后，取下具有双层金属的复合管；

或将复合管材的基材装卡在装卡台上，将激光探头深入复合管材的基材管内，并对准所需熔覆的区域，对管材内壁进行激光熔覆所需性能的合金粉末，直到熔覆层厚度达到所需要的厚度后，取下具有双层金属的复合管；

其中，激光熔覆的工艺参数为：

功率：2000-5000W，光斑直径：Φ1-3mm，扫描速度：300-800mm/min，熔覆过程中对熔池采用惰性气体进行保护，

激光熔覆选用防腐耐磨涂层材料的化学成分按质量百分含量为：

Co：13.5%、Cr：18.5%、Fe:6%、W：6.2%、Y：0.35%、Al：0.65%、Ni：余量，或

Co：11.2%、Cr：17.8%、Fe:4%、W：5%、Y：0.25%、Al：0.8%、Ni：余量；

（3）对熔覆后的具有双层金属的复合管材内表面或外表面进行机械加工，消除熔覆后的表面氧化层，达到复合管材的工作尺寸要求；

（4）对修复后的复合管材的内管壁或外管壁进行着色探伤检测，要求不允许有裂纹、气孔、夹杂缺陷。