[发明专利]一种金属管道表面在线合金化方法及装置

说明书

一种金属管道表面在线合金化方法及装置，将待合金化金属管道置于前输送机构上，同时开启气体进气阀门，确保待合金化金属管道处于惰性环境中；在前输送机构作用下，待合金化金属管道首先穿过快速加热系统后升温至所需温度，达到金属管道合金化条件，然后在保温系统中行进保温，最后金属管道进入冷却系统中，冷却至100℃以下，完成管道表面合金化处理。整个金属管道在行进过程中处于逆向惰性气体保护环境中。本发明能够很好地完成金属表面合金化所需的苛刻条件(惰性气氛保护、快速升温、高温保温、动态在线等)，并且具有操作简单，效率高，合金化层厚度可控，扩散层质量高等优点。

技术领域

本发明属于金属管道表面热处理技术领域，具体涉及一种金属管道表面在线合金化方法及装置。

背景技术

金属管道在实际使用、服役过程中会不可避免的出现管壁的腐蚀、摩擦磨损以及微裂纹等问题，为了保证生产安全、延长管道服役寿命并降低经济成本，需在金属管道服役前对其管壁进行预强化处理，表面合金化是提高管道表面物化性能的有效途径之一。

表面合金化是指通过金属原子扩散及与金属表面层发生化学反应等改变基体金属表面的成分和组织的一种技术，在机械制造中主要应用的是铝、铬、硅、钒、锌等的表面合金化层或渗层；一般采用粉末包覆法或者熔盐法，但对于长管道表面的合金化层制备来说，包覆法或者熔盐法成本高、耗时长、效率低、不易实现，若将合金粉末制备成一种金属料浆喷涂于管道表面，之后再对其进行合金化热处理将不失为一种行之有效的方法。

金属管道在表面均匀喷涂一层特殊的金属料浆之后，进行合金化热处理将是成功制备合金化层的关键；为了达到理想的合金化热处理效果，经料浆喷涂的金属管道合金化热处理制度将包括预热、快速升温、保温以及冷却等阶段；预热的温度较低，主要目的是烘干金属料浆内部水分及挥发性有机物，确保管道表面与料浆金属粉的充分接触，消除间隙、内孔等缺陷；为防止金属粉末在升温过程中由于出现挥发、变质而造成成分偏差，拟采用快速升温即2min甚至1min之内升温至900℃-1100℃的方式至原子扩散温度，减少升温过程中合金粉的挥发；保温过程确保料浆中金属原子的扩散及与管道表面化学反应的发生，即表面合金化层的形成阶段；全程合金化热处理过程采用惰性气体保护直至冷却至100℃以内以防止管道表面的氧化。

对于所要求的快速升温、高温保温、全程惰性环境以及在线动态合金化过程为一体的热处理工艺，目前现有的管道在线热处理装置无法满足此要求并完成表面合金化过程。

发明内容

本发明的目的在于针对金属管道表面合金化层制备要求，提供了一种金属管道表面在线合金化方法和装置，该装置能够在线动态快速完成管道表面合金化层的制备，省时、高效。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种金属管道表面在线合金化装置，包括设备底座、管道输送机构、第一工作台、第二工作台、快速加热系统、保温系统、冷却系统、电、气柜控制系统以及高度能够调节的支撑平台系统；其中，所述第一工作台、第二工作台及支撑平台系统设置在设备底座上，快速加热系统和保温系统固定于支撑平台系统顶部，冷却系统末端开设有气体进气阀门，通过气体进气阀门通入惰性气体使金属管道全程在气体惰性环境中；管道输送机构、快速加热系统、保温系统以及冷却系统均与电、气柜控制系统相连；金属管道在管道输送机构的作用下，依次经快速加热系统、保温系统和冷却系统完成合金化。

本发明进一步的改进在于，支撑平台系统包括下固定框架和上支撑平台，下固定框架设置有若干用于起支撑作用并能够调节高度的定位光杆，快速加热系统设置在穿出上支撑平台的定位光杆上，保温系统同样设置在穿出上支撑平台的定位光杆上，通过分别调节快速加热系统底部的定位光杆和保温系统底部的定位光杆的高度，使快速加热系统和保温系统位于同一水平轴线上。

本发明进一步的改进在于，管道输送机构包括前输送机构以及后牵引机构，前输送机构设置在第一工作平台上，后牵引机构设置在冷却系统内；前输送机构以及后牵引机构结构相同；前输送机构和后牵引机构均包括若干滚轮，所有滚轮均通过同步带连接同一台电机。