一种用于油气运输的陶瓷复合钢管内衬连接焊剂的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于于焊接材料领域，更具体地，涉及一种用于油气运输的陶瓷复合钢管 内衬连接用焊剂。
【背景技术】
[0002] 随着我国石油天然气勘探开发迎来新一轮的高潮，含H2S、C02、Cl-及水等多种腐 蚀介质的原油对输送油气管道的腐蚀和磨损问题也日趋严重。腐蚀问题是影响石油管道系 统可靠性和使用寿命的关键因素，腐蚀破坏所引起的恶性事故造成了巨大的经济损失和严 重的社会后果。例如，1977年美国阿拉斯加一条长约1287千米，造价80亿美元的原油运输 管道，由于对腐蚀研宄不均匀和施工时采取防腐措施不当，12年后发生腐蚀穿孔达826处 之多，仅修复费用一项就耗资15亿美元。
[0003] 陶瓷复合钢管基于"自蔓延高速合成（SHS) "技术制成，其内衬层主要成分是α型 氧化铝陶瓷，其具有优良的耐磨耐腐蚀性能，常常被直接用于防腐或者作为涂层用于防腐。 陶瓷内衬复合钢管可有效解决油气行业运输管道易受腐蚀问题，节省了大量的维护维修以 及更换费用，具有巨大的经济、社会效益。
[0004] 然而，目前陶瓷内衬复合钢管在油气运输管道领域没能得到广泛应用，因为加工 厂制备的陶瓷复合钢管通常只有12米，需要将复合管两端焊接在一起才能形成长距离的 输运管道系统。钢管的焊接技术相对成熟，但是氧化铝陶瓷高硬脆特性使其直接对焊极易 开裂，导致复合管陶瓷层的连接和修复问题成为石油领域应用陶瓷内衬复合钢管不可逾越 的障碍。
[0005] 目前，国内外常用于连接结构陶瓷的方法有玻璃封接法，即用玻璃作为焊剂实现 陶瓷/陶瓷连接，然而这种方法只能做到陶瓷界面连接不能实现陶瓷与焊料之间的相互熔 融焊接。对于油气运输管道而言，陶瓷内衬仅仅界面连接会使焊缝间隙增多，极大地促进带 有腐蚀性介质的原油对陶瓷层的缝隙腐蚀，从而导致陶瓷管道耐腐蚀性大大降低。此外，在 焊接内衬陶瓷后，需要对运输的外层钢管进行焊接，玻璃焊剂难以承受再次的高温冲击会 导致熔化脱落或碎裂，因此，如何确定与管道陶瓷内衬形成紧密互融连接的焊剂配方，解决 陶瓷内衬的高强度连接和焊缝耐腐蚀耐高温问题，使焊接质量满足油气运输的实际要求， 是非常重要的研宄课题。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术的以上改进需求或不足/缺陷，本发明提供了一种用于油气运输陶 瓷复合钢管内衬的连接焊剂及其制备方法，其中通过对其关键组分在焊接过程中的作用机 理、配料比以及主要制备条件等方面进行研宄和设计，相应能够使得该焊剂具有与母材相 似的成分和匹配的熔点、粘度和流动性，并在激光的高温作用下与母材顺利实现重熔再凝 固过程，同时形成界面紧密互融状态的共融聚合物。
[0007] 为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于油气运输陶瓷复合钢 管内衬的连接焊剂，其特征在于，该连接焊剂由以下重量百分比配比的组分共同组成：
[0008] A1203 70% ;MgO 5%~15%，Si02 15%~25%。
[0009] 优选地，所述A1203、Si02和MgO的平均粒径优选小于75 μ m。
[0010] 优选地，所述连接焊剂被设定为采用激光钎焊与陶瓷复合钢管内衬完成互融连 接。
[0011] 优选地，当采用激光钎焊与陶瓷复合钢管内衬完成互融连接之后，其焊缝在10% HCl中的失重率彡0. 0002g/h · m2,并且熔融温度> 1500°C。
[0012] 按照本发明的另一方面，还提供了相应的制备方法，其特征在于，该方法包括以下 步骤：
[0013] (a)按照A1203 70%、Mg0 5%~15%、Si02 15%~25%的重量百分比配比称取 以上各组分，并且所有组分为平均粒径小于75 μ m的粉料，粉料粒度较小时，能在较大压强 (20MPa)压片时不分层不开裂，从而增加坯体密度，然而，粉料粒度过小，会造成粉体团聚严 重，团聚体与团聚体之间会形成空洞，使坯体的密度降低，故本发明中粉料过200目筛网， 粉料粒度小于75um，可增加压片后坯体密度，从而提高焊剂致密度和硬度。；
[0014] (b)将以上粉料与去离子水一起执行球磨，并获得混合浆料；
[0015] (c)将步骤（b)所获得的混合浆料放入烘箱中烘烤，其中烘烤温度为90°C~ 120°C，烘烤时间为1小时~2. 5小时，然后捣碎成粉末；
[0016] (d)向步骤（c)所获得的粉末中加入质量百分比浓度为5%~10%的聚乙烯醇溶 液，经过造粒反应后，烧结制成所需的连接焊剂产品。
[0017] 优选地，在步骤（b)中，优选将各组分粉料的总质量与去离子水之间按照1:1~ 1. 2的比例放入聚氨酯球磨罐中，并采用锆球作为球磨介质执行所述球磨过程；其中球磨 转速为300rpm~400rpm，球磨时间为4小时~6小时。
[0018] 优选地，在步骤（c)中，优选烘烤温度120 °C。
[0019] 优选地，在步骤（d)中，对于所述造粒反应而言，优选PVA溶液占粉末的质量百分 比为8 %，可使粉料达到较为适合的粘结状态，在20MPa压强在不开裂不分层。
[0020] 按照本发明的另一方面，还提供了另外一种用于油气运输陶瓷复合钢管内衬的连 接焊剂，其特征在于，该连接焊剂由以下重量百分比配比的组分共同组成：
[0021] A1203 65%~75% ;Si02 25%~35%。
[0022] 总体而言，按照本发明的以上技术构思，与现有技术相比主要具备以下的技术优 占 .
[0023] 本发明与现有技术相比具有的优点和效果：
[0024] 1.本发明合理设计成分，选取与母材主要成分相同、能与母材反应的焊剂，使其能 针对于陶瓷复合钢管陶瓷层实现紧密互融连接，使得焊缝生成物为刚玉相、莫来石相等，焊 缝具有较大的硬度、较好的耐腐蚀性和较高的熔点，以便于形成高强度耐腐蚀焊缝和下一 步焊接外层钢管时传导的高温不破坏焊缝。
[0025] 2.本发明合理调节了各组分的比例，使其在焊接过程中熔点、粘度、表面张力、润 湿性达到较为合理的协调统一，配合适当的激光焊接功率和速度，得到表面光滑，深熔深， 外观质量好的焊缝。
[0026] 3.本发明焊剂成分简单，原材材料廉价，工艺简单，材料利用率高。
【附图说明】
[0027] 图1为陶瓷复合钢管结构及成分示意图；
[0028] 图2为陶瓷基体与焊剂焊接后焊缝形貌分析SEM图；
[0029] 图3为焊接前的陶瓷基体与焊剂；
[0030]图4为焊接后的陶瓷基体与焊剂及其相互扩散效果图。
【具体实施方式】
[0031] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要 彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0032] 陶瓷复合钢管由以下结构组成，如图1所示，1为外层钢管，2为过渡金属层，3为陶 瓷内衬（其主要成分为A1203、Si02、FeO · A1203)。本发明的焊剂及其制备方法主要针对 陶瓷内衬层的连接。
[0033] 陶瓷基体与焊剂焊接后焊缝处微观结构如图2所示，左边区域4为焊剂，右边区域 5为陶瓷基体。
[0034] 焊接前的陶瓷基体与焊剂如图3所示，6、8为陶瓷基体，7为焊剂，陶瓷基体和焊剂 高为5mm，焊剂宽为2mm。
[0035] 焊接后的陶瓷基体与焊剂及其相互扩散效果图如图4所示，9、11为陶瓷基体，10 为焊后的焊缝处。
[0036] 实施例