CN101530870A - 一种制备铜铝复合管的新方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种生产铜铝复合管材的新方法：在导向轮的牵引作用和成型辊轮的挤压作用下，将经过轧制的内层铜或铝金属带卷绕成金属圆管，纵缝经焊接形成内层金属管，再将外层铝或铜金属带采用同样的方法卷绕包覆在内层金属管周围，纵缝经焊接形成铜铝复合管坯。然后通过拉拔和热处理获得所需尺寸的铜铝复合管材。本发明采用的方法使得铜铝复合管材的制备均在室温下进行，并且可灵活地进行铜铝铜等多层复合，制备工艺简单，对设备要求低。导向轮向前移动的速度通过伺服电机来控制，保证导向轮的移动速度稳定，使纵缝焊接点处于一水平线上，防止复合管表面出现起皱等现象，该方法在制备铜铝复合管材方面具有很大的优势。

Description

一种制备铜铝复合管的新方法

(一)技术领域

本发明涉及一种双金属复合材料的制造方法，尤其适用于具有冶金结合的复合管材及其制造技术。

(二)背景技术

铜及其合金具有良好的导电性、导热性、耐腐蚀性以及其它良好的机械性能，因此，作为流体的传输管可广泛应用于建筑、制冷、空调、冰箱、热水器、冷凝器、散热器等领域，尤其在空调连机管产品上，采用无氧铜管，可以很方便地通过火焰钎焊进行连接以增加长度，同时，连机管与空调内外机之间采用金属密封连接不存在电化学腐蚀问题，管路容易弯曲，弯曲不容易折断等优点，然而，由于铜的资源有限，价格较贵，尤其近两年来，铜的价格上涨了一倍多，且全球铜资源紧缺，因此，考虑对铜进行替代一直是人们研究的一个方向，其中由于铝资源丰富、是自然界中含量最多的金属元素，价格低，比重小，同时导热性能比铜也小，因此，一直是被认为可能替代铜的材料而受到重视。

在用于散热管领域，目前有两类产品来替代纯铜管，一类是在管路两端采用十几厘米纯铜管作为与内外机的连接头，而中间则采用纯铝管；一类是整个连机管均采用铜铝复合管。对第一类产品来说，由于铝的耐腐蚀性较差，抗压强度低，因此，存在着一定的安全隐患而受到争议。第二类由于内层采用了铜层，与纯铜管性能相同，外层铝管只起到承载作用，因此，可以很好的发挥铜铝两种金属的优势。因此，制备这一类铜铝复合管也得到了广泛的重视。

要制备内层铜外层铝的铜铝复合管，通常采用将铜铝复合管坯，经过轧管机、拉拔机或挤压机，进行相应的轧制、拉拔、挤压，再经过多次退火与多次轧制、拉拔、挤压相结合，反复多次得到最终的铜铝复合管材。或者采用行星式轧管机，对复合管坯进行单道次轧制，在一定程度上可以提高效率(中国专利：200610076037.8)。

在铜铝复合管坯的制备上，目前应用最多的是水平连铸法和套装涨管法。中国专利200710013471.6报道了一种精密铜铝复合管的制作方法，是将铜或铝经高温熔铸成铜或铝坯料，然后将铜或铝坯料输送入加热炉，加热后经铸轧生产线轧挤出铜管或铝管，再将铜金属或铝金属高温熔化后，流经精密铜铝管复合机，在铜管或铝管的表面上均匀包裹一层铜层或一层铝层。还有采用“填芯连铸复合法”(Core-Filling continuous Composite Casting，简称CFC法，中国专利ZL98101042.3)，在连续铸造外层金属坯壳的同时充填芯部金属，先形成外层金属材料铜的管状坯壳，在坯壳温度降低到一定程度时充填芯部金属液，通过两种元素间的相互扩散或中间反应将两种金属材料结合为一体，实现复合过程。

这两种方法都是采用固态金属层与液态金属层相复合的工艺方法，优点是可以把复合集中在一个设备上完成，同时省略许多工序，如芯线与覆层的预成形、表面清理等，同时可以实现无氧化界面复合，获得良好的结合效果。然而，由于铜铝两种金属熔点差异较大(两者差异400℃左右)，使得铜覆盖在铝表面时，内部铝会由于高温熔化而难以控制；同时，液固界面更容易生成CuAl2化合物，该化合物脆性大，对铜铝复合材料的塑性影响很大。第三，由于连铸与复合集中在同样的设备上，对设备要求也较高。因此，为了更方便地进行铜铝复合，可以设想使两者保持在固相的状态，采用卷绕包覆焊接的方法制备铜铝复合管材。

正是在该思路基础上，创造了本发明方法。

(三)发明内容

本发明的目的为解决目前铜铝复合管制备技术方面的不足，提供一种制造设备简单，工艺简洁、制造成本低并且可以根据使用领域不同方便地制备内铜外铝、外铜内铝、中间铝内外铜三种结构铜铝复合管的方法。

本发明的技术特征为：

将经过轧制的内层金属带用成型辊轮沿纵向逐渐卷绕成圆管状，卷绕形成的纵缝用钨极氩弧焊连接起来，形成内层金属管；再将欲包覆的外层金属带采用同样的方法卷绕包覆在内层金属管的表面，形成铜铝复合管坯，包覆之前，内层金属外表面和外层金属内表面经过除油和去除氧化物。采用同样的方法，可以在形成的铜铝复合管坯外层再包覆一层金属管，形成铜铝铜复合管坯。然后通过多道次拉拔和热处理获得所需直径的铜铝复合管材。根据铜铝复合管种类的不同，所用的铜材料包括无氧铜和合金铜，所用的铝材料包括纯铝及铝合金。对铝带形成的纵缝，可以采用交流氩弧焊焊接，对铜带形成的焊缝，可以采用直流氩弧焊或激光焊接。

在卷绕包覆过程中，内层金属管和外层金属带向前移动的动力都是通过导向轮提供，导向轮向前移动的速度通过伺服电机来控制，伺服电机控制导向轮的移动速度与氩弧焊的焊接电流相匹配，如导向轮的移动速度不稳定通过伺服电机反馈相应地调整焊接电流，以次保证内层金属管与外层金属带维持同样的速率向前移动，避免产生滑动错位。

本发明的优势主要体现在：

对内铜外铝、内铝外铜或内外铜层中间铝层的复合管材，其复合过程均为固态与固态包覆焊接，均在室温下进行，设备和操作工艺简单，同时可以进行多层包覆，铜铝层的位置也可以灵活调整。导向轮向前移动的速度通过伺服电机来控制，保证了导向轮的移动速度稳定，使纵缝焊接点处于同一水平线上，防止复合管表面出现起皱，产品质量稳定。与其它方法相比，该方法在制备铜铝复合管材方面具有很大的优势，更容易实现产业化。

(四)具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但不能将方案中所涉及的方法及技术参数理解为对本发明的限制。

实施例1：

用该方法制备内铜外铝复合管的一种优选实施方式为：在导向轮的牵引作用下，将经过轧制的无氧铜带(T2)通过19对成型辊轮逐渐卷绕成铜管，纵缝采用直流氩弧焊焊接；纯铝带(1060)内表面经除油和钢刷刷磨去表面氧化物后，经过15对成型辊轮逐渐卷绕包覆在无氧铜管(外表面去除氧化物)的表面，铝带所形成的焊缝经交流氩弧焊焊接，形成内铜外铝的铜铝复合管坯，铜铝复合管坯的长度为20m，复合管坯中铜层厚度为2mm，铝层厚度为10mm，该厚度由轧制过程精确控制。复合管坯再经过多道次拉拔机拉拔至所需的直径。所制得的铜铝复合管内外表面和管体无任何折叠纹和其它缺陷存在。在拉拔过程中，铜与铝的界面实现冶金结合。

实施例2：

制备内铝外铜复合管的一种优选实施方式为：在导向轮的牵引作用下，将经过轧制的铝带通过19对成型辊轮逐渐卷绕成铜管，纵缝采用直流氩弧焊焊接；经轧制的铜带内表面经除油和钢刷刷磨去表面氧化物后，经过15对成型辊轮逐渐卷绕包覆在铝管(外表面去除氧化物)表面，铜带卷绕后所形成的焊缝经直流氩弧焊焊接，形成内铝外铜的铜铝复合管坯，铜铝复合管坯的长度为10m，复合管坯中铝层厚度为2mm，铜层厚度为10mm，该厚度由轧制过程精确控制。复合管坯再经过多道次拉拔机拉拔至所需的尺寸。所制得的铜铝复合管内外表面和管体无任何折叠纹和其它缺陷存在。在拉拔过程中，铜与铝的界面实现冶金结合。

实施例3：

制备中间铝层内外铜层复合管：

按照与实施例1同样的方法，制备内铜外铝复合管坯；该复合管坯继续在导向轮牵引下向前移动，再采用与实施例2同样的方法，在内铜外铝复合管坯表面再包覆一层铜，纵缝经激光焊接，形成中间铝层内外铜层的铜铝铜复合管坯，铜铝铜复合管坯的长度为10m，内外铜层的厚度为2mm，中间铝层的厚度为10mm。该复合管坯经拉拔和热处理后获得不同尺寸的铜铝铜复合管。

Claims (4)

1、一种生产铜铝复合管的方法，其特征在于：在导向轮的牵引作用下，经轧制的内层金属带在成型辊轮作用下逐渐卷绕成金属圆管，所形成的纵缝经焊接起来形成内层金属圆管；内层金属管和外层金属带以同样的速率向前移动，外层金属带在成型辊轮挤压下逐步包覆在内层金属管的表面，所形成的纵缝经经连续焊接后形成铜铝复合管坯，铜铝复合管坯再经多道次拉拔和热处理获得铜铝复合管。

2、一种生产铜铝铜复合管的方法，其特征在于：如权利要求1所述方法预制内铜外铝复合管坯，内铜外铝复合管坯在导向轮的牵引作用下继续向前移动，将经轧制的铜或其合金带以同样的速率在成型辊轮作用下逐渐卷绕成在预制内铜外铝复合管坯表面，所形成的纵缝经焊接形成铜铝铜复合金属管坯；铜铝铜复合管坯再经多道次拉拔和热处理获得铜铝铜复合管。

3、权利要求1中所述的内外层金属带根据所制备的铜铝复合管中铜铝层位置而分别为铜材料或铝材料。所用的铝材料为纯铝及其合金，所用的铜材料为无氧铜及铜合金。

4、权利要求1中所述的焊接其特征为：对铝带形成的纵缝采用交流钨极氩弧焊，对铜带形成的纵缝采用直流钨极氩弧焊或激光焊接。