一種用于油氣運(yùn)輸?shù)奶沾蓮?fù)合鋼管內(nèi)襯連接焊劑的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于于焊接材料領(lǐng)域，更具體地，涉及一種用于油氣運(yùn)輸?shù)奶沾蓮?fù)合鋼管 內(nèi)襯連接用焊劑。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國(guó)石油天然氣勘探開發(fā)迎來新一輪的高潮，含H2S、C02、Cl-及水等多種腐 蝕介質(zhì)的原油對(duì)輸送油氣管道的腐蝕和磨損問題也日趨嚴(yán)重。腐蝕問題是影響石油管道系 統(tǒng)可靠性和使用壽命的關(guān)鍵因素，腐蝕破壞所引起的惡性事故造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán) 重的社會(huì)后果。例如，1977年美國(guó)阿拉斯加一條長(zhǎng)約1287千米，造價(jià)80億美元的原油運(yùn)輸 管道，由于對(duì)腐蝕研宄不均勻和施工時(shí)采取防腐措施不當(dāng)，12年后發(fā)生腐蝕穿孔達(dá)826處 之多，僅修復(fù)費(fèi)用一項(xiàng)就耗資15億美元。
[0003] 陶瓷復(fù)合鋼管基于"自蔓延高速合成（SHS) "技術(shù)制成，其內(nèi)襯層主要成分是α型 氧化鋁陶瓷，其具有優(yōu)良的耐磨耐腐蝕性能，常常被直接用于防腐或者作為涂層用于防腐。 陶瓷內(nèi)襯復(fù)合鋼管可有效解決油氣行業(yè)運(yùn)輸管道易受腐蝕問題，節(jié)省了大量的維護(hù)維修以 及更換費(fèi)用，具有巨大的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。
[0004] 然而，目前陶瓷內(nèi)襯復(fù)合鋼管在油氣運(yùn)輸管道領(lǐng)域沒能得到廣泛應(yīng)用，因?yàn)榧庸?廠制備的陶瓷復(fù)合鋼管通常只有12米，需要將復(fù)合管兩端焊接在一起才能形成長(zhǎng)距離的 輸運(yùn)管道系統(tǒng)。鋼管的焊接技術(shù)相對(duì)成熟，但是氧化鋁陶瓷高硬脆特性使其直接對(duì)焊極易 開裂，導(dǎo)致復(fù)合管陶瓷層的連接和修復(fù)問題成為石油領(lǐng)域應(yīng)用陶瓷內(nèi)襯復(fù)合鋼管不可逾越 的障礙。
[0005] 目前，國(guó)內(nèi)外常用于連接結(jié)構(gòu)陶瓷的方法有玻璃封接法，即用玻璃作為焊劑實(shí)現(xiàn) 陶瓷/陶瓷連接，然而這種方法只能做到陶瓷界面連接不能實(shí)現(xiàn)陶瓷與焊料之間的相互熔 融焊接。對(duì)于油氣運(yùn)輸管道而言，陶瓷內(nèi)襯僅僅界面連接會(huì)使焊縫間隙增多，極大地促進(jìn)帶 有腐蝕性介質(zhì)的原油對(duì)陶瓷層的縫隙腐蝕，從而導(dǎo)致陶瓷管道耐腐蝕性大大降低。此外，在 焊接內(nèi)襯陶瓷后，需要對(duì)運(yùn)輸?shù)耐鈱愉摴苓M(jìn)行焊接，玻璃焊劑難以承受再次的高溫沖擊會(huì) 導(dǎo)致熔化脫落或碎裂，因此，如何確定與管道陶瓷內(nèi)襯形成緊密互融連接的焊劑配方，解決 陶瓷內(nèi)襯的高強(qiáng)度連接和焊縫耐腐蝕耐高溫問題，使焊接質(zhì)量滿足油氣運(yùn)輸?shù)膶?shí)際要求， 是非常重要的研宄課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上改進(jìn)需求或不足/缺陷，本發(fā)明提供了一種用于油氣運(yùn)輸陶 瓷復(fù)合鋼管內(nèi)襯的連接焊劑及其制備方法，其中通過對(duì)其關(guān)鍵組分在焊接過程中的作用機(jī) 理、配料比以及主要制備條件等方面進(jìn)行研宄和設(shè)計(jì)，相應(yīng)能夠使得該焊劑具有與母材相 似的成分和匹配的熔點(diǎn)、粘度和流動(dòng)性，并在激光的高溫作用下與母材順利實(shí)現(xiàn)重熔再凝 固過程，同時(shí)形成界面緊密互融狀態(tài)的共融聚合物。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于油氣運(yùn)輸陶瓷復(fù)合鋼 管內(nèi)襯的連接焊劑，其特征在于，該連接焊劑由以下重量百分比配比的組分共同組成：
[0008] A1203 70% ;MgO 5%~15%，Si02 15%~25%。
[0009] 優(yōu)選地，所述A1203、Si02和MgO的平均粒徑優(yōu)選小于75 μ m。
[0010] 優(yōu)選地，所述連接焊劑被設(shè)定為采用激光釬焊與陶瓷復(fù)合鋼管內(nèi)襯完成互融連 接。
[0011] 優(yōu)選地，當(dāng)采用激光釬焊與陶瓷復(fù)合鋼管內(nèi)襯完成互融連接之后，其焊縫在10% HCl中的失重率彡0. 0002g/h · m2,并且熔融溫度> 1500°C。
[0012] 按照本發(fā)明的另一方面，還提供了相應(yīng)的制備方法，其特征在于，該方法包括以下 步驟：
[0013] (a)按照A1203 70%、Mg0 5%~15%、Si02 15%~25%的重量百分比配比稱取 以上各組分，并且所有組分為平均粒徑小于75 μ m的粉料，粉料粒度較小時(shí)，能在較大壓強(qiáng) (20MPa)壓片時(shí)不分層不開裂，從而增加坯體密度，然而，粉料粒度過小，會(huì)造成粉體團(tuán)聚嚴(yán) 重，團(tuán)聚體與團(tuán)聚體之間會(huì)形成空洞，使坯體的密度降低，故本發(fā)明中粉料過200目篩網(wǎng)， 粉料粒度小于75um，可增加壓片后坯體密度，從而提高焊劑致密度和硬度。；
[0014] (b)將以上粉料與去離子水一起執(zhí)行球磨，并獲得混合漿料；
[0015] (c)將步驟（b)所獲得的混合漿料放入烘箱中烘烤，其中烘烤溫度為90°C~ 120°C，烘烤時(shí)間為1小時(shí)~2. 5小時(shí)，然后搗碎成粉末；
[0016] (d)向步驟（c)所獲得的粉末中加入質(zhì)量百分比濃度為5%~10%的聚乙烯醇溶 液，經(jīng)過造粒反應(yīng)后，燒結(jié)制成所需的連接焊劑產(chǎn)品。
[0017] 優(yōu)選地，在步驟（b)中，優(yōu)選將各組分粉料的總質(zhì)量與去離子水之間按照1:1~ 1. 2的比例放入聚氨酯球磨罐中，并采用鋯球作為球磨介質(zhì)執(zhí)行所述球磨過程；其中球磨 轉(zhuǎn)速為300rpm~400rpm，球磨時(shí)間為4小時(shí)~6小時(shí)。
[0018] 優(yōu)選地，在步驟（c)中，優(yōu)選烘烤溫度120 °C。
[0019] 優(yōu)選地，在步驟（d)中，對(duì)于所述造粒反應(yīng)而言，優(yōu)選PVA溶液占粉末的質(zhì)量百分 比為8 %，可使粉料達(dá)到較為適合的粘結(jié)狀態(tài)，在20MPa壓強(qiáng)在不開裂不分層。
[0020] 按照本發(fā)明的另一方面，還提供了另外一種用于油氣運(yùn)輸陶瓷復(fù)合鋼管內(nèi)襯的連 接焊劑，其特征在于，該連接焊劑由以下重量百分比配比的組分共同組成：
[0021] A1203 65%~75% ;Si02 25%~35%。
[0022] 總體而言，按照本發(fā)明的以上技術(shù)構(gòu)思，與現(xiàn)有技術(shù)相比主要具備以下的技術(shù)優(yōu) 占 .
[0023] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的優(yōu)點(diǎn)和效果：
[0024] 1.本發(fā)明合理設(shè)計(jì)成分，選取與母材主要成分相同、能與母材反應(yīng)的焊劑，使其能 針對(duì)于陶瓷復(fù)合鋼管陶瓷層實(shí)現(xiàn)緊密互融連接，使得焊縫生成物為剛玉相、莫來石相等，焊 縫具有較大的硬度、較好的耐腐蝕性和較高的熔點(diǎn)，以便于形成高強(qiáng)度耐腐蝕焊縫和下一 步焊接外層鋼管時(shí)傳導(dǎo)的高溫不破壞焊縫。
[0025] 2.本發(fā)明合理調(diào)節(jié)了各組分的比例，使其在焊接過程中熔點(diǎn)、粘度、表面張力、潤(rùn) 濕性達(dá)到較為合理的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，配合適當(dāng)?shù)募す夂附庸β屎退俣?，得到表面光滑，深熔深?外觀質(zhì)量好的焊縫。
[0026] 3.本發(fā)明焊劑成分簡(jiǎn)單，原材材料廉價(jià)，工藝簡(jiǎn)單，材料利用率高。
【附圖說明】
[0027] 圖1為陶瓷復(fù)合鋼管結(jié)構(gòu)及成分示意圖；
[0028] 圖2為陶瓷基體與焊劑焊接后焊縫形貌分析SEM圖；
[0029] 圖3為焊接前的陶瓷基體與焊劑；
[0030]圖4為焊接后的陶瓷基體與焊劑及其相互擴(kuò)散效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要 彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0032] 陶瓷復(fù)合鋼管由以下結(jié)構(gòu)組成，如圖1所示，1為外層鋼管，2為過渡金屬層，3為陶 瓷內(nèi)襯（其主要成分為A1203、Si02、FeO · A1203)。本發(fā)明的焊劑及其制備方法主要針對(duì) 陶瓷內(nèi)襯層的連接。
[0033] 陶瓷基體與焊劑焊接后焊縫處微觀結(jié)構(gòu)如圖2所示，左邊區(qū)域4為焊劑，右邊區(qū)域 5為陶瓷基體。
[0034] 焊接前的陶瓷基體與焊劑如圖3所示，6、8為陶瓷基體，7為焊劑，陶瓷基體和焊劑 高為5mm，焊劑寬為2mm。
[0035] 焊接后的陶瓷基體與焊劑及其相互擴(kuò)散效果圖如圖4所示，9、11為陶瓷基體，10 為焊后的焊縫處。
[0036] 實(shí)施例