一种管道焊接内对口器用氧化铝铜衬垫的制备方法技术

一种管道焊接内对口器用氧化铝铜衬垫的制备方法，包括雾化制粉→粉末配氧→制备锭坯→模具挤压→下料卷圆→退火处理→加工成型→表面钝化共八个工序，根据八个工序制备出的氧化铝铜衬垫具有良好的综合性能，如Rm≥520MPa、HRB≥82、软化温度高达930℃，能够在打底焊接过程中保持足够的支撑力而不会发生软化，在散热效果较好状态下延长其使用寿命长，具有抗烧损、不易粘连、抗高温变形等，均优于紫铜衬垫和铬锆铜衬垫，在严格控制焊接工艺参数下可获得质量优异的焊接接头,使焊缝背面的成型良好，焊接速度块，效率高，质量稳定，尤其在大口径海底管道的铺设过程中更能凸显其明显优势。

【技术实现步骤摘要】
一种管道焊接内对口器用氧化铝铜衬垫的制备方法
本专利技术属于焊接材料
，尤其涉及到一种管道焊接内对口器用氧化铝铜衬垫的制备方法。
技术介绍
管道焊接使用的内对口器是长距离输油气管道施工中实现管口组对的一种专用工装设备，为在施工现场实现实时快速、准确的管口组对及后续的管口焊接如打底焊+填充焊+盖面焊提供了技术上的保证。在进行管道自动焊时，使用带衬垫的内对口器，通过涨紧装置使两根管道接口平整，同时衬垫在涨力的作用下贴紧焊缝，以控制打底焊时背面焊缝的成型质量，提高打底焊的焊接效率和焊接质量。内对口器配套的衬垫分为两种，一种采用钢、铜等金属材料制成，另一种采用陶瓷等非金属材料制成。由于陶瓷衬垫的致密度低、吸潮率大，降低了焊缝的力学性能，焊接工艺性能不好，而且焊接时易粘渣，背面焊缝成型不良、导热性能差及焊接电流增大时易出现大面积脱落等缺陷，不适宜作为内对口器配套部件。铜合金衬垫主要采用紫铜、铬锆铜，虽然铜合金衬垫的导热性能比钢衬垫提高了20倍，但紫铜和铬锆铜的硬度不高，软化温度较低，散热效果不理想。氧化铝铜是Al2O3弥散强化铜合金的简称，有关管道焊接内对口器用氧化铝铜衬垫的制备方法还未见到相关报道。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种管道焊接内对口器用氧化铝铜衬垫的制备方法，该制备方法采用真空雾化制备铜铝合金粉末，经铜铝合金粉末配氧、等静压制备锭坯、氧化还原烧结锭坯及后续的模具挤压、加工成型、表面处理等，研制出强度高、软化温度高、热导率好等综合性能优异的氧化铝铜，所制备的内对口器用氧化铝铜衬垫满足管道全自动焊接需求。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种管道焊接内对口器用氧化铝铜衬垫的制备方法，氧化铝铜是Al2O3弥散强化铜合金的简称，给定氧化铝铜衬垫的设计尺寸，未述部分为常规技术，该制备方法包括雾化制粉→粉末配氧→制备锭坯→模具挤压→下料卷圆→退火处理→加工成型→表面钝化共八个工序，每道工序的具体内容如下：雾化制粉：在真空度为10-2Pa的100公斤中频感应熔炼炉中加入高纯阴极铜，待高纯阴极铜全部熔化后再加入铜铝中间合金并使其熔化，出炉后得到熔体，所述熔体的含铝量控制在0.4～0.6wt%，所述熔体在高压氮气作用下被雾化成粉末，所述粉末的粒度要求小于负100目以下，其中粒度为负200目的所述粉末要求达到50wt%以上；粉末配氧：将制备好的所述粉末装入配氧炉中，将炉内的气体抽出后再通入氧气，通入氧气的摩尔数与所述粉末中含铝量的摩尔数之比是：{3～6}:2，之后使配氧炉升温至100～300℃之间并反应3～30小时后出粉；制备锭坯：将配氧后的所述粉末装入等静压胶套中并在冷等静压机油缸中加压至200MPa时成型为等静压锭坯，将所述等静压锭坯放在850～950℃的氮气炉内并在氮气保护下氧化1～4小时，在温度不变和氢气气氛中还原3～8小时，最后再950～1050℃和氢气气氛中烧结1～4小时，将烧结好的锭坯进行包套、抽真空、封装备用；模具挤压：根据给定氧化铝铜衬垫的设计尺寸和余量要求准备好对应的挤压模具，将烧结好的锭坯放在加热炉中加热至700～1000℃，在挤压比为10～20挤压成氧化铝铜坯料；下料卷圆：将氧化铝铜坯料放在三辊轧机上卷成1/2圆形或2/3圆形；退火处理：将卷圆的氧化铝铜坯料放在450℃～1000℃的保护气氛炉中进行退火处理；加工成型：根据给定氧化铝铜衬垫的设计尺寸将退火的氧化铝铜坯料通过数控加工机床进行精加工；表面钝化：对精加工的氧化铝铜衬垫去除表面油污，之后将其放入钝化液中进行活化处理0.5～5小时，将钝化处理后的氧化铝铜衬垫表面吹干并密封包装，钝化液按重量份的配制比例如下：10～20份的苯丙三氮唑，15～25份的磺基水杨酸，1～10份的十二烷基硫酸钠。由于采用如上所述技术方案，本专利技术产生如下积极效果：1、由于在氧化铝铜的基体中均匀分布着3～12nm的Al2O3颗粒，不但提高了氧化铝铜的强度和硬度，而且可以阻滞再结晶的发生，从而使制备出的氧化铝铜衬垫在高温下仍具有良好的机械性能和良好的导热性能。2、本专利技术的氧化铝铜衬垫具有可焊接道次多，与铬锆铜衬垫相比可以提高焊接道次1.5～2倍，此外具有抗烧损、不易粘连、抗高温变形等，均优于紫铜衬垫和铬锆铜衬垫，在严格控制焊接工艺参数下可获得质量优异的焊接接头,使焊缝背面的成型良好，焊接速度块，效率高，质量稳定，尤其在大口径海底管道的铺设过程中更能凸显其明显优势。具体实施方式本专利技术是一种管道焊接内对口器用氧化铝铜衬垫的制备方法，根据该方法制备出的氧化铝铜衬垫具有良好的综合性能，如Rm≥520MPa、HRB≥82、软化温度高达930℃，能够在打底焊接过程中保持足够的支撑力而不会发生软化，在散热效果较好状态下延长其使用寿命长。本专利技术的制备方法包括雾化制粉→粉末配氧→制备锭坯→模具挤压→下料卷圆→退火处理→加工成型→表面钝化共八个工序，其中氧化铝铜是Al2O3弥散强化铜合金的简称，给定氧化铝铜衬垫的设计尺寸，本专利技术的未述部分均为常规技术，不另赘述。表面钝化工序中的钝化液按重量份的配制比例如下：10～20份的苯丙三氮唑，15～25份的磺基水杨酸，1～10份的十二烷基硫酸钠。通过下面的两个实施例可以更详细的解释本专利技术，本专利技术并不局限于实施例，公开本专利技术的目的旨在保护本专利技术范围内的一切变化和改进。实施例1：如管道外径是324mm的氧化铝铜衬垫制备方法如下：在真空度为10-2Pa的100公斤中频感应熔炼炉中加入高纯阴极铜，待高纯阴极铜全部熔化后再加入铜铝中间合金并使其熔化，出炉后得到熔体，所述熔体的含铝量控制在0.44wt%，所述熔体在高压氮气作用下被雾化成粉末，所述粉末的粒度要求小于负100目以下，其中粒度为负200目的所述粉末要求达到50wt%以上。将制备好的所述粉末装入配氧炉中，将炉内的气体抽出后再通入氧气，通入氧气的摩尔数与所述粉末中含铝量的摩尔数之比是：{3～4}:2，之后使配氧炉升温至200～300℃之间并反应18～20小时后出粉。将配氧后的所述粉末装入等静压胶套中并在冷等静压机油缸中加压至200MPa时成型为等静压锭坯，将所述等静压锭坯放在850～950℃的氮气炉内并在氮气保护下氧化2～3小时，在温度不变和氢气气氛中还原5～6小时，最后再950～1050℃和氢气气氛中烧结2～3小时，将烧结好的锭坯进行包套、抽真空、封装备用。根据管道外径是324mm的设计尺寸和余量要求准备好对应的挤压模具，将烧结好的锭坯放在加热炉中加热至850～950℃，在挤压比为14～15挤压成氧化铝铜坯料，该氧化铝铜焊接衬垫坯料的力学性能检测平均参考值是：抗拉强度Rm为526MPa，HRB为82.6。将氧化铝铜坯料放在三辊轧机上卷成1/2圆形。将卷圆的氧化铝铜坯料放在450～550℃的保护气氛炉中进行退火处理，退火后的参考值是：抗拉强度Rm为519MPa，HRB为82.4。根据管道外径是324mm的设计尺寸将退火的氧化铝铜坯料通过数控加工机床进行精加工，余量≥5mm；对精加工的氧化铝铜衬垫去除表面油污，之后将其放入钝化液中进行活化处理2～4小时，将钝化处理后的氧化铝铜衬垫表面吹干并密封包装。实施例2：如管道外径是559mm的氧化铝铜衬垫制备方法如下：在真空度为10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种管道焊接内对口器用氧化铝铜衬垫的制备方法，氧化铝铜是Al2O3弥散强化铜合金的简称，给定氧化铝铜衬垫的设计尺寸，未述部分为常规技术，该制备方法包括雾化制粉→粉末配氧→制备锭坯→模具挤压→下料卷圆→退火处理→加工成型→表面钝化共八个工序，其特征是：雾化制粉：在真空度为10‑2Pa的100公斤中频熔感应炼炉中加入高纯阴极铜，待高纯阴极铜全部熔化后再加入铜铝中间合金并使其熔化，出炉后得到熔体，所述熔体的含铝量控制在0.4～0.6wt％，所述熔体在高压氮气作用下被雾化成粉末，所述粉末的粒度要求小于负100目以下，其中粒度为负200目的所述粉末要求达到50wt％以上；粉末配氧：将制备好的所述粉末装入配氧炉中，将炉内的气体抽出后再通入氧气，通入氧气的摩尔数与所述粉末中含铝量的摩尔数之比是：{3～6}:2，之后使配氧炉升温至100～300℃之间并反应3～30小时后出粉；制备锭坯：将配氧后的所述粉末装入等静压胶套中并在冷等静压机油缸中加压至200MPa时成型为等静压锭坯，将所述等静压锭坯放在850～950℃的氮气炉内并在氮气保护下氧化1～4小时，在温度不变和氢气气氛中还原3～8小时，最后再950～1050℃和氢气气氛中烧结1～4小时，将烧结好的锭坯进行包套、抽真空、封装备用；模具挤压：根据给定氧化铝铜衬垫的设计尺寸和余量要求准备好对应的挤压模具，将烧结好的锭坯放在加热炉中加热至700～1000℃，在挤压比为10～20挤压成氧化铝铜坯料；下料卷圆：将氧化铝铜坯料放在三棍轧机上卷成1/2圆形或2/3圆形；退火处理：将卷圆的氧化铝铜坯料放在450℃～1000℃的保护气氛炉中进行退火处理；加工成型：根据给定氧化铝铜衬垫的设计尺寸将退火的氧化铝铜坯料通过数控加工机床进行精加工；表面钝化：对精加工的氧化铝铜衬垫去除表面油污，之后将其放入钝化液中进行活化处理0.5～5小时，将钝化处理后的氧化铝铜衬垫表面吹干并密封包装，钝化液按重量份的配制比例如下：10～20份的苯丙三氮唑，15～25份的磺基水杨酸，1～10份的十二烷基硫酸钠。...

【技术特征摘要】
1.一种管道焊接内对口器用氧化铝铜衬垫的制备方法，氧化铝铜是Al2O3弥散强化铜合金的简称，给定氧化铝铜衬垫的设计尺寸，未述部分为常规技术，该制备方法包括雾化制粉→粉末配氧→制备锭坯→模具挤压→下料卷圆→退火处理→加工成型→表面钝化共八个工序，其特征是：雾化制粉：在真空度为10-2Pa的100公斤中频感应熔炼炉中加入高纯阴极铜，待高纯阴极铜全部熔化后再加入铜铝中间合金并使其熔化，出炉后得到熔体，所述熔体的含铝量控制在0.4～0.6wt%，所述熔体在高压氮气作用下被雾化成粉末，所述粉末的粒度要求负100目以下，其中粒度为负200目的所述粉末要求达到50wt%以上；粉末配氧：将制备好的所述粉末装入配氧炉中，将炉内的气体抽出后再通入氧气，通入氧气的摩尔数与所述粉末中含铝量的摩尔数之比是：{3～6}:2，之后使配氧炉升温至100～300℃之间并反应3～30小时后出粉；制备锭坯：将配氧后的所述粉末装入等静压胶套中并在冷等静压机油缸中加压至200MPa时成型为等静...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷竹芳，王鹏云，孙建军，陈会东，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七二五研究所，
类型：发明
国别省市：河南;41