專利名稱：一種雙金屬?gòu)?fù)合耐磨管的制造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種冶金、礦山、電力、石油、建筑、煤炭等行業(yè)輸送管的制造工藝，特別是雙金屬?gòu)?fù)合耐磨管的制造工藝。
背景技術(shù)：
在冶金、礦山、電力、石油、建筑、煤碳等行業(yè)中，物料的輸送都是通過管道壓力輸送，輸送管受到較大的壓力和嚴(yán)重的磨損，給相關(guān)企業(yè)帶來非常大的經(jīng)濟(jì)損失，單一材料制作的管道由于不能獲得耐磨性-可焊性-抗沖擊性等各種機(jī)械力學(xué)性能上的調(diào)和，整體性能差，無法滿足實(shí)際應(yīng)用工況，必須引入現(xiàn)代復(fù)合理論和技術(shù)，把具有不同物理性能的材料進(jìn)行復(fù)合，才能體現(xiàn)出各種組元最高的使用性能，獲得綜合性能良好的管道產(chǎn)品。目前所有的雙金屬?gòu)?fù)合耐磨管由于成形工藝的影響，存在諸多不足(1)離心鑄造工藝。該工藝只能生產(chǎn)直管，兩層金屬無法實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合，甚至存在一定大小的縫隙，內(nèi)襯層易脫落，在高應(yīng)力條件下使用存在一定的安全性問題；(2)兩層鋼套內(nèi)部灌注耐磨合金工藝。首先，該工藝由于存在內(nèi)、外兩層鋼套吸熱，使灌注的合金液凝固潛熱不足，耐磨合金與內(nèi)、外兩層鋼套間處于無結(jié)合狀態(tài)；其次，耐磨合金層存在諸多原生缺陷，又無法在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，在使用過程中造成提前磨穿泄漏，惡化工作環(huán)境及縮短維修更換周期；再次，存在兩層不耐磨的普通鋼套，壁厚和重量較大，增加用戶的設(shè)備成本和備件費(fèi)用；(3)單純消失模真空吸鑄復(fù)合工藝。該工藝由于在冷型中合金液的流動(dòng)性影響，不能夠制備超長(zhǎng)管道，一般長(zhǎng)度局限在1.5米左右；其次，要實(shí)現(xiàn)耐磨合金層與鋼管內(nèi)表面之間的整體冶金結(jié)合，必須保證合金層厚度在50mm以上，以提供足夠的結(jié)晶潛熱，因此無法生產(chǎn)薄壁管道，導(dǎo)致重量較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種雙金屬?gòu)?fù)合耐磨管的制造工藝，該制造工藝可以生產(chǎn)直管、彎管、三通等不同形狀規(guī)格的雙金屬?gòu)?fù)合耐磨管，解決了復(fù)合管兩層金屬之間無法實(shí)現(xiàn)大面積冶金結(jié)合的難題，使復(fù)合界面結(jié)合強(qiáng)度高，抗熱振性強(qiáng)，對(duì)磨損嚴(yán)重的局部部位可做到偏心復(fù)合、加厚復(fù)合，還可以實(shí)現(xiàn)薄壁復(fù)合耐磨管的生產(chǎn)。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，其制造工藝按照以下步驟進(jìn)行a.制作外套管根據(jù)需要的管道形狀規(guī)格，用普通鋼管制作外套管(3)，包括用無逢鋼管或有逢焊管制作；b.制作消失模與裝模用聚苯乙烯泡沫塑料制作成內(nèi)襯管形狀的消失模(2)，并裝入外套管(3)內(nèi)；c.安裝澆注系統(tǒng)在消失模(2)上固定安裝用聚苯乙烯泡沫塑料制作的澆注系統(tǒng)(1)；d.配制涂料、浸涂料首先，配制涂料；由粘結(jié)劑、耐火粉料、表面活性劑和消泡劑配制涂料；粘結(jié)劑與耐火粉料的重量比是1∶0.3～2，表面活性劑占粘結(jié)劑重量的0.1％～0.5％，消泡劑占粘結(jié)劑重量的0.04～0.06％；浸涂料；把固定好的外套管(3)、消失模(2)和澆注系統(tǒng)(1)一起浸入涂料池，在其表面浸附上涂料；e.掛砂將浸附了涂料的外套管(3)、消失模(2)和澆注系統(tǒng)(1)吊掛起來，在上述部件表面上撒布細(xì)石英砂；f.再次浸涂料，重復(fù)上述步驟d；g.再次掛砂在吊掛浸附了涂料的外套管(3)、消失模(2)和澆注系統(tǒng)(1)的表面撒上粗石英砂；步驟f和g，即浸涂料和掛砂處理步驟可以反復(fù)進(jìn)行多道次，目的是在外壁形成殼體，形成外層涂料層(4)。
h.高溫焙燒將上述部件整體放入高溫焙燒爐進(jìn)行焙燒，在高溫下外層涂料和砂子形成的外層涂料層(4)燒結(jié)成堅(jiān)硬的外層陶瓷殼體(5)；并使消失模(2)聚苯乙烯泡沫塑料氣化，使外套管(3)預(yù)熱；焙燒溫度800～1200℃，焙燒時(shí)間1～3小時(shí)；I.澆注將熔煉好的耐磨合金材料通過澆注系統(tǒng)(1)澆注在陶瓷殼體(5)內(nèi)，形成內(nèi)襯管(6)；J.制成產(chǎn)品冷卻后去除外層陶瓷殼體(5)并進(jìn)行清理，即制成外套管(3)是普通鋼管、內(nèi)襯管(6)是耐磨合金材料的雙金屬?gòu)?fù)合耐磨管產(chǎn)品。
上述發(fā)明的技術(shù)方案還包括外套管(3)所用的普通鋼管，是采用A3鋼、16Mn鋼、Q235或其它普通碳鋼的無逢管或有逢焊管制作的。內(nèi)襯管(6)采用的耐磨合金材料是指高鉻鑄鐵、鎳硬鑄鐵或其它白口鑄鐵。
上述技術(shù)方案所用的粘結(jié)劑是指水玻璃、硅溶膠或者硅酸乙酯；所用的耐火粉料是指石英粉、莫來石粉、鋁釩土粉、剛玉粉或者鋯英粉；所用的表面活性劑是指聚氧乙烯烷基醇醚、聚氧乙烯烷基苯酚醚或其它聚乙二醇型的各種環(huán)氧乙烷加成物；所用的消泡劑是指有機(jī)硅樹脂、正辛醇、正戊醇、異丙醇或者乙二醇丁醚磷酸酯。
上述技術(shù)方案中，所用的耐火粉料的粒度為0.02～0.06mm。所用的細(xì)石英砂的粒度為0.1～0.2mm。所用的粗石英砂的粒度為0.2～0.4mm。
使用本發(fā)明可生產(chǎn)制造出直管、彎管、三通及其它異形管件的雙金屬?gòu)?fù)合耐磨管。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明所采用的高溫焙燒工藝，把聚苯乙烯泡沫塑料提前氣化，因此不會(huì)產(chǎn)生大量氣孔、夾渣現(xiàn)象，避免了內(nèi)襯耐磨合金層的原生缺陷。
2、由于在整個(gè)澆注過程中，在焙燒強(qiáng)化殼型的同時(shí)外套管和殼型實(shí)現(xiàn)了預(yù)熱，因此不僅保證了合金液長(zhǎng)距離流動(dòng)性，而且使合金液的凝固潛熱足以提供界面實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合的能量，能夠生產(chǎn)出整體冶金結(jié)合的超長(zhǎng)、超薄雙金屬?gòu)?fù)合管道產(chǎn)品，并且在管道磨損嚴(yán)重的部位進(jìn)行偏心復(fù)合、局部加厚復(fù)合。
3、本發(fā)明不受產(chǎn)品的形狀和尺寸規(guī)格限制，可以生產(chǎn)直管、彎管、三通及其它異形管件。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例圖1是焙燒前的彎管結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是焙燒后的彎管結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是雙金屬?gòu)?fù)合耐磨管結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是雙金屬?gòu)?fù)合耐磨三通管示意圖。
圖5是本發(fā)明的制造工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式
采用本發(fā)明的工藝可以生產(chǎn)制造出直管、彎管、三通及其它異形管件的雙金屬?gòu)?fù)合耐磨管。
參照工藝流程圖5。上述各類雙金屬?gòu)?fù)合耐磨管制造工藝，按照以下步驟進(jìn)行a.制作外套管根據(jù)需要的管道形狀與規(guī)格制作外套管3，制作外套管3的材料是普通鋼管，包括A3鋼、16Mn鋼、Q235或其它普通碳鋼的無逢管或有逢焊管。
b.制作消失模與裝模根據(jù)所需的內(nèi)襯管6的形狀和壁厚，用聚苯乙烯泡沫塑料制作成內(nèi)襯管形狀的消失模2；該消失模2的外徑尺寸與形狀與外套管3的內(nèi)徑尺寸與形狀相同，其內(nèi)徑尺寸與形狀根據(jù)需要確定，可以制作成壁厚均勻的形狀，也可以制作成局部偏心形狀、厚度不同的消失模2；將已制作的消失模2緊貼安裝在外套管3內(nèi)壁面內(nèi)。參照?qǐng)D1。
c.安裝澆注系統(tǒng)用聚苯乙烯泡沫塑料制作澆注系統(tǒng)1，并將其固定安裝在消失模2頂端上。參照?qǐng)D1。
d.配制涂料與浸涂料首先，用粘結(jié)劑、耐火粉料、表面活性劑和消泡劑配制涂料；各配料之間的比例是粘結(jié)劑與耐火粉料的重量比是1∶0.3～2，表面活性劑占粘結(jié)劑重量的0.1％～0.5％，消泡劑占粘結(jié)劑重量的0.04～0.06％。
上述配料所用的粘結(jié)劑可以選用水玻璃、硅溶膠或者硅酸乙酯中的任何一種；耐火粉料可以選用石英粉、莫來石粉、鋁釩土粉、剛玉粉或者鋯英粉中的任何一種；表面活性劑可以選用聚氧乙烯烷基醇醚、聚氧乙烯烷基苯酚醚或其它聚乙二醇型的各種環(huán)氧乙烷加成物中的任何一種；消泡劑可以選用有機(jī)硅樹脂、正辛醇、正戊醇、異丙醇或者乙二醇丁醚磷酸酯中的任何一種。耐火粉料的粒度一般為0.02～0.06mm。
其次，將配制好的涂料放置在涂料池內(nèi)。
再次，浸涂料；把固定有消失模2、澆注系統(tǒng)1的外套管3整體浸入涂料池，使該消失模2、澆注系統(tǒng)1和外套管3的外表面全部浸附有配制好的涂料。
e.掛砂將上述已浸附了涂料的部件吊掛起來，在其外表面上撒布粒度為0.1～0.2mm的細(xì)石英砂。參照?qǐng)D1。
f.再次浸涂料，重復(fù)上述步驟d。即再次把固定有消失模2和澆注系統(tǒng)1的外套管3，整體浸入涂料池，使該消失模2、澆注系統(tǒng)1和外套管3的外表面再次全部浸附有配制好的涂料。
g.再次掛砂在吊掛浸附了涂料的外套管3、消失模2和澆注系統(tǒng)1的表面撒上撒布粒度為0.2～0.4mm粗石英砂。參照?qǐng)D1。
步驟f和g，即浸涂料和掛砂處理工藝步驟可以反復(fù)進(jìn)行多道次，目的是在外壁形成殼體，形成外層涂料層4。涂料層的厚度一般為1～5mm。參照?qǐng)D1。
h.高溫焙燒將上述部件整體放入高溫焙燒爐進(jìn)行焙燒，在高溫下外層涂料和砂子燒結(jié)形成堅(jiān)硬的外層陶瓷殼體5，并使消失模2所用的聚苯乙烯泡沫塑料氣化，使外套管3預(yù)熱；焙燒溫度一般控制在800～1200℃，焙燒時(shí)間一般為1～3小時(shí)。參照?qǐng)D2。
I.合金熔煉與澆注首先，將選定的耐磨合金材料進(jìn)行熔煉；其次，將熔煉好的耐磨合金材料通過澆注系統(tǒng)1澆注在陶瓷殼體5內(nèi)，形成內(nèi)襯管6。耐磨合金材料可選用高鉻鑄鐵、鎳硬鑄鐵或其它白口鑄鐵中的任何一種。
J.制成產(chǎn)品自然冷卻后，去除外層陶瓷殼體5并進(jìn)行清理，即制成外套管3是普通鋼管、內(nèi)襯管6是耐磨合金材料的雙金屬?gòu)?fù)合耐磨管產(chǎn)品。參照?qǐng)D3。
上述工藝步驟中，制作消失模、配制涂料、合金熔煉等步驟與其它主工藝步驟(即制作外套管、裝模、高溫焙燒)可以同步進(jìn)行。參見圖5。
實(shí)施例1制造雙金屬?gòu)?fù)合彎管參照工藝流程圖5。本發(fā)明制造工藝按照以下步驟進(jìn)行a、用內(nèi)徑為Φ133mm的A3鋼無縫直管熱煨彎制成外套管3，曲率半徑為600mm，圓心角為90度。
b、把聚苯乙烯泡沫塑料塊用電熱絲切割出內(nèi)襯管形狀的消失模2，該消失模2的外徑與外套管3的內(nèi)徑相等，厚度8mm，曲率半徑和圓心角都與外套管3相等。參照?qǐng)D1。
c、把聚苯乙烯泡沫塑料塊用電熱絲切割出澆注系統(tǒng)的形狀，并用白乳膠粘結(jié)固定到內(nèi)襯消失模2上。參照?qǐng)D1。
d、配制涂料，并裝入涂料池涂料配方如下水玻璃作粘結(jié)劑，0.04～0.06mm粒度的石英粉作耐火粉料，水玻璃與石英粉的重量比為1∶0.5，加入占水玻璃重量0.3％的聚氧乙烯烷基醇醚作活性劑，0.05％的有機(jī)硅樹脂作消泡劑。
浸涂料把準(zhǔn)備好的外套管3、消失模2和澆注系統(tǒng)1浸入涂料池。
e、從涂料池中吊出外套管3、消失模2和澆注系統(tǒng)1，撒上粒度為0.1～0.2mm的細(xì)石英砂，形成外層涂料層4。參照?qǐng)D1。
f、重復(fù)步驟d。
g、撒上粒度為0.2～0.4mm的粗石英砂，形成較厚的外層涂料層4。參照?qǐng)D1。
h、放入高溫焙燒爐中焙燒，溫度為850℃，保溫時(shí)間2小時(shí)，使外層涂料和砂子燒制成陶瓷殼體5。參照?qǐng)D2。
i、出爐后從澆注系統(tǒng)1中澆入熔煉好的高鉻鑄鐵合金液。
j、冷卻后去除外層陶瓷殼體5并清理，即制成外套管3是普通鋼管、內(nèi)襯管6是耐磨合金材料的冶金結(jié)合的雙金屬?gòu)?fù)合耐磨彎管。參照?qǐng)D3。
實(shí)施例2制造雙金屬?gòu)?fù)合耐磨三通管參照工藝流程圖5。本發(fā)明制造工藝按照以下步驟進(jìn)行a、用內(nèi)徑為Φ219mm的16Mn鋼無縫直管焊接制成三通外套管3。
b、把聚苯乙烯泡沫塑料塊用電熱絲切割出內(nèi)襯管形狀的消失模2，消失模2的外徑與外套管的內(nèi)徑相等，厚度12mm，各部分長(zhǎng)度與三通外套管相等，可采用填補(bǔ)的方法，使內(nèi)襯消失模在三通接口處無縫隙。
c、把聚苯乙烯泡沫塑料塊用電熱絲切割出澆注系統(tǒng)的形狀，并用白乳膠粘結(jié)1固定到內(nèi)襯消失模2上。
d、配制涂料，并裝入涂料池。涂料配方如下硅酸乙酯作粘結(jié)劑，0.02-0.04mm粒度的剛玉粉作耐火粉料，硅酸乙酯與剛玉粉的重量比為1∶0.7，加入占水玻璃重量0.4％的聚氧乙烯烷基苯酚醚作活性劑，0.04％的正辛醇作消泡劑。
浸涂料把準(zhǔn)備好的外套管3、消失模2和澆注系統(tǒng)1浸入涂料池。
e、從涂料池中吊出外套管3、消失模2和澆注系統(tǒng)1，撒上粒度為0.1～0.2mm的細(xì)石英砂；形成外層涂料層4。
f、重復(fù)步驟d；g、撒上粒度為0.2～0.4mm的粗石英砂；形成較厚的外層涂料層4。
h、放入高溫焙燒爐中焙燒，溫度為1000℃，保溫時(shí)間1.5小時(shí)，使外層涂料和砂子燒制成陶瓷殼體5。
i、出爐后從澆注系統(tǒng)中澆入熔煉好的高鉻鑄鐵合金液。
j、冷卻后去除外層陶瓷殼體5并清理，即制成外套管3是普通鋼管、內(nèi)襯管6是耐磨合金材料的冶金結(jié)合的雙金屬?gòu)?fù)合耐磨三通管。參照?qǐng)D4。
權(quán)利要求
1.一種雙金屬?gòu)?fù)合耐磨管的制造工藝，其特征在于該制造工藝按照以下步驟進(jìn)行a.用普通鋼管制作外套管(3)；b.用聚苯乙烯泡沫塑料制作成內(nèi)襯管形狀的消失模(2)，并裝入外套管(3)內(nèi)；c.在消失模(2)上固定安裝用聚苯乙烯泡沫塑料制作的澆注系統(tǒng)(1)；d.把外套管(3)、消失模(2)和澆注系統(tǒng)(1)一起浸入涂料池，在其表面浸附上涂料；該涂料由粘結(jié)劑、耐火粉料、表面活性劑和消泡劑配制而成，粘結(jié)劑與耐火粉料的重量比是1∶0.3～2，表面活性劑占粘結(jié)劑重量的0.1％～0.5％，消泡劑占粘結(jié)劑重量的0.04～0.06％；e.將浸附了涂料的外套管(3)、消失模(2)和澆注系統(tǒng)(1)吊掛起來，在其表面撒布上細(xì)石英砂；f.再次浸涂料，重復(fù)上述步驟d；g.在吊掛浸附了涂料的外套管(3)、消失模(2)和澆注系統(tǒng)(1)的表面撒布上粗石英砂，形成外層涂料層(4)；h.將整體放入高溫焙燒爐進(jìn)行焙燒，在高溫下外層涂料和砂子形成的外層涂料層(4)燒結(jié)成堅(jiān)硬的外層陶瓷殼體(5)；焙燒溫度800～1200℃，焙燒時(shí)間1～3小時(shí)；I.將熔煉好的耐磨合金材料通過澆注系統(tǒng)(1)澆注在陶瓷殼體(5)內(nèi)，形成內(nèi)襯管(6)；J.冷卻后，去除外層陶瓷殼體(5)并進(jìn)行清理，即制成外套管(3)是普通鋼管、內(nèi)襯管(6)是耐磨合金材料的雙金屬?gòu)?fù)合耐磨管產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合耐磨管的制造工藝，其特征在于外套管(3)所用的普通鋼管，是指用A3鋼、16Mn鋼、Q235或其它普通碳鋼的無逢管或有逢焊管制作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合耐磨管的制造工藝，其特征在于內(nèi)襯管(6)選用的耐磨合金材料是指高鉻鑄鐵、鎳硬鑄鐵或其它白口鑄鐵。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合耐磨管的制造工藝，其特征在于所用的粘結(jié)劑是指水玻璃、硅溶膠或者硅酸乙酯；所用的耐火粉料是指石英粉、莫來石粉、鋁釩土粉、剛玉粉或者鋯英粉；所用的表面活性劑是指聚氧乙烯烷基醇醚、聚氧乙烯烷基苯酚醚或其它聚乙二醇型的各種環(huán)氧乙烷加成物；所用的消泡劑是指有機(jī)硅樹脂、正辛醇、正戊醇、異丙醇或者乙二醇丁醚磷酸酯。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的復(fù)合耐磨管的制造工藝，其特征在于所用的耐火粉料的粒度為0.02～0.06mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合耐磨管的制造工藝，其特征在于所用的細(xì)石英砂的粒度為0.1～0.2mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合耐磨管的制造工藝，其特征在于所用的粗石英砂的粒度為0.2～0.4mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合耐磨管的制造工藝，其特征在于使用該工藝可制造直管、彎管、三通及其它異形管件的雙金屬?gòu)?fù)合耐磨管。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙金屬?gòu)?fù)合耐磨管的制造工藝。用普通鋼管作外套管，外套管內(nèi)裝入聚苯乙烯泡沫塑料制成的消失模，并安裝上澆注系統(tǒng)，把外套管、消失模和澆注系統(tǒng)經(jīng)過多道次的浸涂料和掛砂處理，在外壁形成殼體，然后放入高溫焙燒爐進(jìn)行焙燒，實(shí)現(xiàn)殼體燒結(jié)、泡沫塑料氣化和鋼管預(yù)熱，出爐后燒注耐磨合金材料，即制成外層為普通鋼，內(nèi)襯為耐磨合金材料的復(fù)合耐磨管。該制造工藝解決了各種形狀的復(fù)合管兩層金屬間無法實(shí)現(xiàn)大面積冶金結(jié)合的難題，使復(fù)合界面結(jié)合強(qiáng)度高，抗熱振性強(qiáng)，對(duì)磨損嚴(yán)重的局部部位可做到偏心復(fù)合、加厚復(fù)合，還可以實(shí)現(xiàn)薄壁復(fù)合耐磨管的生產(chǎn)。
文檔編號(hào)B22D19/08GK1759957SQ200510096240
公開日2006年4月19日 申請(qǐng)日期2005年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月27日
發(fā)明者許云華, 岑啟宏 申請(qǐng)人:西安建筑科技大學(xué)