金属复合管件制备装置及制备方法与流程

本发明型涉及层状金属复合复合材料领域，特别是涉及一种金属复合管件制备装置及制备方法。

背景技术：

随着科学技术的不断发展，单一材料在性能方面越来越难以满足实际的使用需求，将两种或两种以上不同性能的材料通过机械或冶金方法复合在一起，综合使用性能得到显著提高的复合材料越来越受到人们重视。

目前，金属复合管件在一些领域起着重要的作用，而且金属复合管件的成本仅相当于纯合金管件的十分之一，其性价比非常高。双金属复合管件主要采用堆焊的方式制备，即将金属外管压制成三通和弯头等管件，在通过电焊或气焊法将合金融化，将熔融的合金堆积焊接在金属外管的内部，形成合金内衬管。堆焊双金属复合管件的优点是工艺简单、过程容易控制以及质量容易保证。但是堆焊工艺的成本较高，而且生产效率低。专利文献cn103962558a和cn101934370b所公开的喷射成型技术是在内层钢管的表面喷射另一种金属溶体制备金属复合管坯，该方法虽然可获得表面细晶或超细晶金属层，但是表面层金属的厚度不易控制，喷射成型效率不高，工艺参数不易控制。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种金属复合管件制备装置及制备方法，可以提高生产效率，降低生产成本。

一种金属复合管件制备装置包括碱液池、金属内衬管表面处理装置、金属外管表面处理装置、复合装置、冷推成型装置、固溶处理炉、回火处理炉和火焰切割装置；所述碱液池用于除去金属内衬管和金属外管的油污；所述金属内衬管表面处理装置用于除去金属内衬管外表面的氧化铁皮，金属内衬管表面处理装置包括滑移平台、第一电机、紧固爪、顶杆、第二电机、第一连杆和第一钢丝刷，第一电机和紧固爪连接，紧固爪和顶杆同中心轴线的固定在滑移平台上，顶杆可以伸缩，第二电机和第一钢丝刷之间通过第一连杆连接，第一钢丝刷与顶杆的轴线垂直；所述金属外管表面处理装置用于除去金属外管内表面的氧化铁皮；所述复合装置用于把金属内衬管和金属外管复合成金属复合管件；所述冷推成型装置用于控制金属复合管件的成型，冷推成型装置设置有模具和冲头，模具中设置有成型孔，成型孔的表面设置有仿生微织构，冲头适配在成型孔的横向通孔中；所述固溶处理炉用于对成型后的金属复合管件进行固溶处理；所述回火处理炉用于对固溶处理后的金属复合管件进行回火处理；所述火焰切割装置用于切割金属复合管件的端头。

优选地，所述金属外管表面处理装置包括升降平台、第三电动机、第二连杆和第二钢丝刷，第三电动机和第二钢丝刷通过第二连杆连接；升降平台可上升或下降，且升降平台设置有紧固座，紧固座用于固定金属外管，第二钢丝刷与紧固座的轴线同心。

优选地，所述碱液池包括氢氧化钠、碳酸钠和磷酸三钠，氢氧化钠、碳酸钠和磷酸三钠的质量比为4:10:1-3:8:1。

优选地，所述仿生微织构采用凹坑型微织构，凹坑型微织构呈球面状。

优选地，所述固溶处理的温度为980-1250℃。

优选地，所述回火处理的温度为500-650℃。

优选地，所述冷推成型装置中的冲头直径小于成型孔的直径，两者之间的间隙为0.5-2.0mm。

优选地，所述固溶处理炉和回火处理炉为箱式电阻炉。

本发明还提供了一种利用上述金属复合管件制备装置的制备方法，包括以下步骤：将待复合的金属内衬管和金属外管放入所述碱液池中进行表面除油，然后对其进行清洗后烘干；将烘干后的金属内衬管一端通过紧固爪紧固，另一端通过顶杆顶住，使金属内衬管跟随由第一电机驱动旋转的紧固爪而转动，第一钢丝刷由第二电机驱动旋转，且第一钢丝刷与金属内衬管的轴线垂直，将第一钢丝刷和金属内衬管的外表面进行接触，通过滑移平台的横向移动实现除去金属内衬管外表面的氧化铁皮；将烘干后的金属外管通过紧固座进行固定，第二钢丝刷由第三电机驱动旋转后进入金属外管内部，通过升降平台的上升或下降实现除去金属外管内表面的氧化铁皮；将表面处理后的金属内衬管和金属外管放入复合装置中进行复合；然后将复合后的金属内衬管和金属外管放入设置有仿生微织构的模具中，冲头通过模具中设置的成型孔作用在金属复合管件上，进行冷推成型；将经冷推成型后的金属复合管件加热到980-1250℃进行固溶处理；将固溶处理后的金属复合管件加热到500-650℃进行回火处理；依次重复冷推成型、固溶处理和回火处理，直到金属复合管件达到成品规格；采用火焰切割装置切除金属复合管件的端头，获得成品金属复合管件。

本发明的有益效果体现在：

1.所述金属内衬管和金属外管在碱液池中进行表面除油，可以避免污染后续加工部件，影响金属内衬管和金属外管的表面处理质量，从而影响金属复合管件的界面结合强度。

2.所述金属内衬管和金属外管分别通过金属内衬管表面处理装置和金属外管表面处理装置除去表面的氧化铁皮，保证了金属复合管件的界面结合强度。

3.所述模具中的成型孔表面设置有仿生微织构，可以减小金属复合管件与成型孔之间的摩擦阻力，提高金属复合管件的成型效率和质量。

4.固溶处理使合金中各种相充分溶解，强化固溶体，并提高韧性及抗蚀性能，消除加工应力，改善钢和合金中的塑性，以便继续加工或成型；固溶处理可促进金属外管和镍基合金内衬管在界面处的冶金扩散，提高复合管件的界面结合强度。

5.回火处理可消除管件冷却时产生的残余应力，防止变形和开裂；调整工件的硬度、强度、塑性和韧性，达到使用性能要求；稳定组织和尺寸，保证精度；改善和提高加工性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明实施例中金属内衬管表面处理装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中金属外管表面处理装置的结构示意图；

图3为本发明实施例中模具的结构示意图；

图4为本发明实施例中模具工作状态的结构示意图。

附图中，1-金属内衬管表面处理装置，11-滑移平台，12-第一电机，13-第二电机，14-第一连杆，15-第一钢丝刷，16-紧固爪，17-顶杆，2-金属外管表面处理装置，21-第三电机，22-第二连杆，23-第二钢丝刷，24-紧固座，25-升降平台，3-模具，31-半模，32-三通成型孔，33-仿生微织构，4-金属复合管件，41-金属外管，42-金属内衬管，5-冲头

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本专利的保护范围。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

如图1、图2、图3和图4，本实施例公开了一种金属复合管件制备装置，包括碱液池、金属内衬管表面处理装置1、金属外管表面处理装置2、复合装置、冷推成型装置、固溶处理炉、回火处理炉和火焰切割装置，固溶处理炉和回火处理炉为箱式电阻炉。碱液池包括氢氧化钠、碳酸钠和磷酸三钠，本实施例中，氢氧化钠、碳酸钠和磷酸三钠的质量比为3:8:1，将待复合管件浸置在碱液池中保持15-20分钟，然后采用清水冲洗后烘干，表面除油后的工件避免了后续加工部件被污染，从而影响金属内衬管和金属外管的表面处理质量，保证了金属复合管件的界面结合强度。

金属内衬管表面处理装置1包括滑移平台11、第一电机12、紧固爪16、顶杆17、第二电机13、第一连杆14和第一钢丝刷15，第一电机12和紧固爪16连接，紧固爪16和顶杆17同中心轴线的固定在滑移平台11上，顶杆17可以伸缩，第二电机13和第一钢丝刷15之间通过第一连杆14连接，第一钢丝刷15与顶杆17的轴线垂直；除油后的金属内衬管42一端通过紧固爪16紧固，另一端通过顶杆17顶住，使金属内衬管42跟随由第一电机12驱动旋转的紧固爪16而转动，第一钢丝刷15由第二电机13驱动旋转，将第一钢丝刷15和金属内衬管42的外表面进行接触，通过滑移平台11的横向移动实现除去金属内衬管42外表面的氧化铁皮。金属外管表面处理装置2包括升降平台25、第三电动机21、第二连杆22和第二钢丝刷23，第三电动机21和第二钢丝刷23通过第二连杆22连接；升降平台25可上升或下降，且升降平台11设置有紧固座24，紧固座24用于固定金属外管41，第二钢丝刷23与紧固座24的轴线同心；除油后的金属外管41通过紧固座24进行固定，第二钢丝刷23由第三电机21驱动旋转后进入金属外管41内部，通过升降平台25的上升或下降实现除去金属外管41内表面的氧化铁皮。金属内衬管42的外表面和金属外管41的内表面除去氧化铁皮后，保证了金属复合管件4的界面结合强度。

本实施例中，模具3设置在冷推成型装置中，模具3包括两个半模31，半模31内部设置有三通成型孔32，三通成型孔32的表面设置有呈球面状的凹坑型仿生微织构33，可以减小金属复合管件4与三通成型孔32之间的摩擦阻力，提高金属复合管件4的成型效率和质量。表面处理后的金属内衬管42和金属外管41通过复合装置进行复合。将复合后的金属复合管件4放置到三通成型孔32的横向通孔中，金属复合管件4的外表面和三通成型孔32的表面涂抹有润滑剂，两个冲头5通过三通成型孔12的横向通孔作用在金属复合管件4上，进行冷推成型。冲头5呈圆柱形，冲头5直径小于三通成型孔32的直径，两者之间的间隙为0.5-2.0mm；当冲头5和三通成型孔32的间隙小于0.5mm时，不便于冲头5进入三通成型孔32的横向通孔中，提高了冲头5和三通成型孔32的加工精度，提高了成本；当冲头5和三通成型孔32的间隙大于2.0mm时，会造成复合管件4的金属外管41和金属内衬管42在进行冷推成型时受力不均，从而影响金属复合管件4的界面结合质量，可导致金属复合管件4成为废品。

本实施例中，将冷推成型后的金属复合管件4放入固溶处理炉中加热到1050℃，进行恒温保持2.5小时，然后通过水冷却方式进行快速冷去，实现固溶处理。固溶处理可使金属材料中各种相充分溶解，强化固溶体，并提高韧性及抗蚀性能，消除加工应力，改善钢和合金中的塑性，以便继续加工或成型；固溶处理可促进金属外管41和金属内衬管42在界面处的冶金扩散，提高金属复合管件4的界面结合强度。

本实施例中，将经过固溶处理后的金属复合管件4放入回火处理中重新加热到580℃，保温1小时，然后在空气中进行冷却，实现回火处理。该回火处理属于高温回火，可使管件内部获得回火索氏体组织，具有良好的综合性能。回火处理可消除管件冷却时产生的残余应力，防止变形和开裂；调整工件的硬度、强度、塑性和韧性，达到使用性能要求；稳定组织和尺寸，保证精度；改善和提高加工性能。在实践过程中，依次重复冷推成型、固溶处理和回火处理，直到金属复合管件4达到成品规格，可避免金属内衬管42和金属外管41在冷推成型过程中发生界面分层现象，提高成材率。最后采用火焰切割装置切除金属复合管件4的端头，获得成品金属复合管件4。

利用上述金属复合管件制备装置的制备方法，包括以下步骤：将待复合的金属内衬管42和金属外管41放入所述碱液池中进行表面除油，然后对其进行清洗后烘干；将烘干后的金属内衬管42一端通过紧固爪16紧固，另一端通过顶杆17顶住，使金属内衬管42跟随由第一电机12驱动旋转的紧固爪16而转动，第一钢丝刷15由第二电机13驱动旋转，且第一钢丝刷15与金属内衬管42的轴线垂直，将第一钢丝刷15和金属内衬管42的外表面进行接触，通过滑移平台11的横向移动实现除去金属内衬管42外表面的氧化铁皮；将烘干后的金属外管41通过紧固座24进行固定，第二钢丝刷23由第三电机21驱动旋转后进入金属外管41内部，通过升降平台25的上升或下降实现除去金属外管41内表面的氧化铁皮；将表面处理后的金属内衬管42和金属外管41放入复合装置中进行复合；然后将复合后的金属内衬管42和金属外管41放入设置有仿生微织构33的模具3中，冲头5通过模具3中设置的三通成型孔32作用在金属复合管件4上，进行冷推成型复合；将经冷推成型后的金属复合管件4加热到1050℃进行固溶处理；将固溶处理后的金属复合管件4加热到580℃进行回火处理；依次重复冷推成型、固溶处理和回火处理，直到金属复合管件4达到成品规格；采用火焰切割装置切除金属复合管件4的端头，获得成品金属复合管件4。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。