CN102527767B - 高精密液压油缸用冷拔焊管制造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精密液压油缸用冷拔焊管制造工艺，其依次包括如下步骤：纵剪→辊弯成型→高频焊接→焊缝处理→在线涡流探伤→定尺切断→正火处理→打尖→表面处理→冷拔→退火→矫直→探伤→切割测量。该方法加工成型速度快、产量高，冷拔时不损伤表面；制造精度高，冷拔后焊管承载能力得以提高60％左右，具有高的抗拉强度和好的延伸率；减少了后续金加工量，提高了钢材的利用率，降低了制造成本。本发明生产的冷拔焊管，可直接用于高精密液压油缸的制造。

Description

高精密液压油缸用冷拔焊管制造工艺

技术领域

本发明涉及一种液压油缸的缸体的制造工艺，特别涉及利用低碳钢、中碳钢进行液压油缸的缸体制造的工艺方法。 

背景技术

现有技术中，液压油缸缸体的生产工艺，一般是用热轧无缝钢管，采用镗孔──滚压联合的切削工艺进行生产，由于无缝钢管的一个最大的缺陷是壁厚不均匀，其产生原因主要为管坯加热不均匀、穿孔机轧制线未校正导致的定心辊不稳定、顶头磨损、顶头后孔偏心、管坯定心孔不正、管坯弯曲度过大等多种原因，需要一一解除上述全部原因的技术难度较大，因此，无缝钢管的成品率相对较低；无缝钢管还容易产生内折、内结疤、翘皮、内直道、内鼓包、拉凹等缺陷，这就导致在后续加工成油缸的过程中，需要进行切削加工，大量的金属被切成切屑浪费了，同时还消耗大量能源；无缝钢管的坯料是连续铸造而成，容易存在砂眼，因此，易造成钢管母体缺陷。再有，钢材内部的非金属夹杂物（主要是硫化物和氧化物，还有硅酸盐）易被压成薄片，出现分层现象，使钢材沿厚度方向受拉的性能大大恶化，此外，无缝钢管的精度难以控制，在冷却后会出现一定的负差，这种负差边宽越宽，厚度越厚表现的越明显。所以对于无缝钢管的边宽、厚度、长度、角度以及边线都没法要求太精确。采用此种方法制造液压油缸的缸体，生产速度慢、能源浪费大、金属利用率低、成品率也低。 

现有技术中，焊管生产工艺为相对成熟的生产技术，但是，焊管一般不能用作液压油缸的缸体制造，主要有以下几点问题限制了其在液压油缸制造上的应用：1）焊管本身的精度相对较低，其圆度难以得到可靠保证；2）焊管在焊接时，其表面焊缝易于处理，但内壁的焊缝却难以处理，尤其是在不间断的连续生产线上，如不对其内壁的焊缝进行处理，而直接用于油缸的加工时，同样存在切削量大的问题；3）焊缝未经过热处理，导致内应力大，使用中易于出现开裂现象；4）即使焊缝经过热处理，由于焊管未经拉拔，其轴向方向上的承载能力相对较低，为提高其承载能力，需要加大尺寸，造成金属材料的浪费。 

发明内容

为解决现有技术中液压油缸缸体的制造缺陷，本发明提出了一种高精密液压油缸用冷拔焊管制造工艺，旨在提高液压油缸缸体的生产效率、降低制造成本，同时，提高其制造精度，很大程度推进节能环保。 

本发明提出了一种高精密液压油缸用冷拔焊管制造工艺，其依次包括如下步骤： 

1）纵剪：将外购的低碳钢或中碳钢材质的宽钢卷在纵剪机上进行纵剪，根据焊管的直径确定纵剪后钢卷的宽度； 

2）辊弯成型：将纵剪后的钢卷放置在展料架上，通过送料机构将钢卷的端头抽出，送入连续压辊成型机构中进行辊弯成型加工，所述压辊成型机构包括连续的多组压辊对，每组压辊对包括相互耦合的两个压辊，所述两个压辊之间留有间隙，相邻压辊对对应的间隙逐渐变形，使穿过相应间隙的钢卷由平面变成曲面，再由曲面变成圆形的管体；

3）高频焊接：成圆后的钢卷采用高频焊接，将其侧面对接的直缝进行感应焊接，形成焊管；  

4）焊缝处理：在焊管尚未冷却时，采用去毛刺刀铣平焊管的焊缝，所述去毛刺刀包括设置在焊管外侧的去外毛刺刀和设置在焊管内侧的去内毛刺刀，去内毛刺刀从尚未变成圆形的管体的开口处轴向插入管体内，并伸到焊接位置的前方；由于辊弯成型及焊接是连续进行的，使得焊管内壁的焊缝处理成为难题，焊管在切断前，其长度在生产线上可延续几十米，焊接成型后，利用常规手段是不能对内壁的焊缝进行切削或磨平处理的，本发明采用将去内毛刺刀从成圆前的管体开口处轴向插入管体内，越过高频焊接位置，再对管内的焊缝进行去毛刺加工，使焊管内壁平整，为后续的冷拔提供了保障；此外，去毛刺是在焊管焊接后及时进行，此时焊管尚未冷却，可降低加工难度，提高去毛刺速度；

5）定尺切断：上述步骤的焊管连续送入定径、在线涡流探伤和校直机构进行定径、探伤和校直处理，然后送入同步切断装置进行切断，同步切断装置在切断过程中整体跟随焊管的直线运动作同步运动，在两者等速运动的情况下，将焊管切断；该方案采用同步方式将焊管定尺切断，保证了焊接、辊弯成型、焊缝处理在不停机的情况下连续进行，可提高生产速度；

6）正火处理：切断后的焊管送入正火炉内进行正火处理，正火温度为900~960℃，正火时，向正火炉内通入保护气体，避免焊管表面脱碳和过氧化；该正火处理为通体的正火处理，保证焊接区域和周边区域在金相组织和机械性能上与焊管的其余区域相一致；

7）打尖：正火后的焊管进行打尖处理，使焊管端头经过挤压模具挤压后直径收缩，所述挤压模具包括两段直径不等的工作段，两段工作段之间平滑过渡，焊管端头从大径端进入进行挤压，挤压模具和焊管的端头在进行挤压前喷淋润滑油，以避免挤压时的磨损和表面划伤，经1～4次直径逐渐减小的挤压模具挤压后，焊管端头的外径收缩为原先直径的60~80%；

8）表面处理：先采用碱洗去油，再进行酸洗，去除表面氧化层；经过充分水洗，放入磷化槽液中进行磷化，在焊管表面形成细密磷化膜，磷化后再进行皂化处理，使磷化膜表面吸附一层皂化膜；通过碱洗和酸洗除去表面油脂、氧化层等杂物，然后采用磷化处理，再进行皂化处理，磷化膜对润滑剂有吸附作用，为后续的冷拔做好准备，可使冷拔管表面更加光洁；

9）冷拔：在冷拔机上对焊管冷拔，冷拔时，夹持住打尖处理后的端头，同时在焊管内插入芯轴，再使焊管穿过带有锥度的且最小孔径小于焊管外径的模具孔，使焊管内外管径均匀收缩变形，焊管长度方向上得以延展，根据不同的工艺要求一般需要进行冷拔1~5次；

10）退火：冷拔后的焊管在550~600℃进行退火处理，以消除冷拔时产生的内应力；

11）矫直：在矫直机上对退火后的焊管进行矫直处理，以矫正焊管的直线度和圆度；

12）探伤：采用无损涡流探伤或超声波探伤设备对焊管进行探伤，对不合格的焊管进行剔除，并在缺陷部位作出标记；

13）切割测量：进行定长切割，遇缺陷部位时，切除缺陷部位。

与现有技术相比，本发明有益效果在于：1）加工成型速度快、产量高，冷拔时不损伤表面，可以做成多种不同规格的管件，以适应客户加工需要，壁厚从1~16mm，管径10~254mm；可得到尺寸不在热轧钢管标准产品范围内的产品；2）制造精度明显提高，冷拔后焊管外径和内径精度均能得到保证，偏心率最大为 3%，高于无缝钢管7.5%的偏心率，其尺寸精度达H10～H8，直线度达1/500以下，表面粗糙度小于Ｒａ1.6；在没有进一步加工的情况下，可将此类钢管作为高精密液压油缸的缸体使用；3）在具有相同化学成分产品的情况下，获得更高的机械性能，冷拔可以使焊管径向轴向方向上产生塑性变形，从而提高了钢材的屈服点，使焊管在径向轴向方向上各处机械强度均衡，承载能力得以提高60％左右，具有高的抗拉强度和好的延伸率；4）冷拔后的焊管表面光洁度好，粗糙度低；5）减少了后续金加工量，提高了钢材的利用率，降低了制造成本。本发明生产的冷拔焊管，可直接用于高精密液压油缸的制造。 

上述步骤4）中的去外毛刺刀可采用镀钛硬质合金刀，去内毛刺刀根据工艺要求特点分别采用环形刀片或马蹄形刀片。可保证焊管内外表面平整，便于后续加工。 

作为本发明的进一步优化，上述步骤6）中的正火炉的炉体包括十一个腔室，前三个腔室为升温腔、后三个腔室为冷却腔、中间五个腔室为保温腔，前三个腔室温度渐增，第四个腔室的温度达到并保持正火温度900~960℃，到第九个腔室的温度下降到650~700℃，第十个腔室温度下降到300~350℃，第十一个腔室温度下降到80~100℃。通过上述温度的梯度分布，可保证焊管的金相结构均一，使其具有良好的后续加工性能。 

为避免焊管表面脱碳，同时，可降低成本，正火时步骤6）中的保护气体包括体积比如下的组分：氮气89.2%～91.7%、一氧化碳8～10%、二氧化碳0.3～0.7%，余量为水蒸汽和氢气；上述混合气体制备方便，成本低廉，可使正火炉中碳含量高于焊管表面的碳含量，可以有效防止脱碳，保证了最终产品的质量。 

具体实施方式

    实施例1 

一种高精密液压油缸用冷拔焊管制造工艺，依次包括如下步骤：

1）纵剪：将外购的低碳钢和中碳钢材质的宽钢卷在纵剪机上进行纵剪，根据焊管的直径确定纵剪后钢卷的宽度，需要的焊管直径为100mm，由于在辊压成型过程中，钢卷的宽度方向上有一定的伸长，根据该伸长率计算出钢卷的实际宽度，再按该宽度进行纵剪，该宽度应小于100π mm，根据成型曲线不同而变化； 

2）辊弯成型：将纵剪后的钢卷放置在展料架上，通过送料机构将钢卷的端头抽出，送入连续压辊成型机构中进行辊弯成型加工，该压辊成型机构包括连续的多组压辊对，每组压辊对包括相互耦合的两个压辊，所述两个压辊之间留有间隙，相邻压辊对对应的间隙逐渐变形，使穿过相应间隙的钢卷由平面变成曲面，再由曲面变成圆形的管体；

3）高频焊接：成圆后的钢卷采用高频焊接，将其侧面对接的直缝进行感应焊接，形成焊管；

4）焊缝处理：在焊管尚未冷却时，采用去毛刺刀去除焊管焊缝处的毛刺，所述去毛刺刀包括设置在焊管外侧的去外毛刺刀和设置在焊管内侧的去内毛刺刀，去内毛刺刀从尚未变成圆形的管体的开口处轴向插入管体内，并伸到焊接位置的前方；去外毛刺刀采用镀钛硬质合金刀，根据工艺要求特点分别采用环形刀片或马蹄形刀片；

5）定尺切断：经上述步骤后的焊管连续送入定径、在线涡流探伤和校直机构进行定径、探伤和校直处理，然后送入同步切断装置进行切断，同步切断装置在切断过程中整体跟随焊管的直线运动作同步运动，在两者等速运动的情况下，将焊管切断；焊管可切割成3－12.5m长，因此，同步行程也是3－12.5m长，切断时的跟随速度为5－140m/min；

6）正火处理：切断后的焊管送入正火炉内进行正火处理，正火温度为900~960℃，正火时，向正火炉内通入保护气体，以避免焊管表面脱碳和过氧化；正火炉的炉体包括十一个腔室，前三个腔室为升温腔、后三个腔室为冷却腔、中间五个腔室为保温腔，前三个腔室温度渐增，第四个腔室的温度达到并保持正火温度900~960℃，到第九个腔室的温度下降到650~700℃，第十个腔室温度下降到300~350℃，第十一个腔室温度下降到80~100℃。随后送出正火炉；上述保护气体由体积比如下的组分：氮气89.2%、一氧化碳10%、二氧化碳0.7%，余量为水蒸汽和氢气。

7）打尖：正火后的焊管进行打尖处理，使焊管端头经过挤压模具挤压后直径收缩，所述挤压模具包括两段直径不等的工作段，两段工作段之间平滑过渡，焊管端头从大径端进入进行挤压，挤压模具和焊管的端头在进行挤压前喷淋润滑油，以避免挤压时的磨损和表面划伤，经1～4次直径逐渐减小的挤压模具挤压后，焊管端头的外径收缩为原先直径的60~80%； 

8）表面处理：先采用碱洗去油，再进行酸洗，去除表面氧化层；经过充分水洗，放入磷化槽液中进行磷化，在焊管表面形成细密磷化膜，磷化后再进行皂化处理，使磷化膜表面吸附一层皂化膜；

其中的碱洗：采用浓度3%的NaOH，在温度70℃进行清洗，然后在PH值为9的碱性环境中进行脱脂漂洗—再进行充分的常温水洗；

酸洗：采用浓度20% 的H₂SO₄溶液在65℃进行清洗,再以清水进行充分漂洗；

磷化：采用ECOBOND T249与水混合，使T249质量百分比为13～15%、再加入质量百分比1%的ECOBOND T416；配制成磷化液，将酸洗后的焊管浸没在磷化槽液中进行磷化，磷化过程中逐步加入质量百分比1%的ECOBOND T241，使在焊管表面形成磷化膜后，在PH值10~11的碱液中清洗，中和表面的磷化残液；（ECOBOND T249叫磷化配槽剂，ECOBOND T416是磷化促进剂，ECOBOND T241是磷化增补剂，市售可得。）

皂化：将磷化后的焊管浸泡在皂化槽液中，待焊管表面形成皂化层后，取出焊管并在90℃热风 烘干；皂化液是脂酸油脂与水的混合物；

9）冷拔：在冷拔机上对焊管冷拔，冷拔时，夹持住打尖处理后的端头，同时在焊管内插入芯轴，再使焊管穿过带有锥度的且最小孔径小于焊管外径的模具孔，使焊管内外管径均匀收缩变形，焊管长度方向上得以延展，根据不同的工艺要求一般进行冷拔1~5次；拉拔时的参数如下表所示

有两条冷拔线DB300T和DB80T，下表是DB300T的参数

额定拉力	300T
		冷拔速度	8~35m/min
回程速度	0~60m/min
		管胚长度	最大12.5m
管胚外径	70~254mm
		管胚壁厚	3~18mm
冷拔管长度	最大16m
		冷拔管外径	65~230mm
冷拔管壁厚	2~16mm
		冷拔管内径尺寸公差	<H8
冷拔管直线度	<1/1000

下表是DB80T的参数

额定拉力	80T
		冷拔速度	8~45m/min
回程速度	0~60m/min
		管胚长度	最大12m
管胚外径	16~114mm
		管胚壁厚	2.5~8mm
冷拔管长度	最大18m
		冷拔管外径	最大105mm
冷拔管壁厚	1.3~7mm
		冷拔管内径尺寸公差	<H8
冷拔管直线度	<1/1000

10）退火：冷拔后的焊管在550~590℃进行退火处理，以消除冷拔时产生的内应力；

11）矫直：在矫直机上对退火后的焊管进行矫直处理，以矫正焊管的直线度和圆度；

12）探伤：采用无损涡流探伤或超声波探伤设备对焊管进行探伤，对不合格的焊管进行剔除，并在缺陷部位作出标记；

13）切割测量：进行定长切割，遇缺陷部位时，切除缺陷部位。 

上述步骤1）～5）在连续的生产线上，不停机连续进行的，其后的步骤均在独立的生产设备上进行的。 

经上述方法制造的冷拔焊管，其偏心率最大为 3%，高于无缝钢管7.5%的偏心率，其尺寸精度达H10～H8，直线度可达1/1000以下，表面粗糙度小于Ｒａ1.6；在没有进一步加工的情况下，可直接将此类钢管作为高精密液压油缸的缸体使用。 

实施例2 

与实施例1不同之处在于步骤6）中的保护气体包括体积比如下的组分：氮气91.7%、一氧化碳8%、二氧化碳0.7%，余量为水蒸汽和氢气。

实施例3 

与实施例1不同之处在于步骤6）中的保护气体包括体积比如下的组分：氮气90%、一氧化碳9%、二氧化碳0.3％，余量为水蒸汽和氢气。

本发明并不局限于上述实施例，本领域内的技术人员可以在上述技术方案的基础上，对某些技术特征作出一些变形和替代，这些变形和替代均落入本发明的保护范围内。 

Claims (2)

1.一种高精密液压油缸用冷拔焊管制造工艺，其特征在于依次包括如下步骤：

1）纵剪：将外购的低碳钢或中碳钢材质的宽钢卷在纵剪机上进行纵剪，根据焊管的直径确定纵剪后钢卷的宽度； 

2）辊弯成型：将纵剪后的钢卷放置在展料架上，通过送料机构将钢卷的端头抽出，送入连续压辊成型机构中进行辊弯成型加工，所述压辊成型机构包括连续的多组压辊对，每组压辊对包括相互耦合的两个压辊，所述两个压辊之间留有间隙，相邻压辊对对应的间隙逐渐变形，使穿过相应间隙的钢卷由平面变成曲面，再由曲面变成圆形的管体；

3）高频焊接：成圆后的钢卷采用高频焊接，将其侧面对接的直缝进行感应焊接，形成焊管；

4）焊缝处理：在焊管尚未冷却时，采用去毛刺刀去除焊管焊缝处的毛刺，所述去毛刺刀包括设置在焊管外侧的去外毛刺刀和设置在焊管内侧的去内毛刺刀，去内毛刺刀从尚未变成圆形的管体的开口处轴向插入管体内，并伸到焊接位置的前方；

5）定尺切断：上述步骤的焊管连续送入定径、在线涡流探伤和校直机构进行定径、探伤和校直处理，然后送入同步切断装置进行切断，同步切断装置在切断过程中整体跟随焊管的直线运动作同步运动，在两者等速运动的情况下，将焊管切断；

 6）正火处理：切断后的焊管送入正火炉内进行正火处理，正火温度为900~960℃，正火时，向正火炉内通入保护气体，避免焊管表面脱碳和过氧化；正火炉的炉体包括十一个腔室，前三个腔室为升温腔、后三个腔室为冷却腔、中间五个腔室为保温腔，前三个腔室温度渐增，第四个腔室的温度达到并保持正火温度900~960℃，到第九个腔室的温度下降到650~700℃，第十个腔室温度下降到300~350℃，第十一个腔室温度下降到80~100℃；保护气体包括体积比如下的组分：氮气89.2%~91.7%、一氧化碳8~10%、二氧化碳0.3~0.7%，余量为水蒸汽和氢气；

7）打尖：正火后的焊管进行打尖处理，使焊管端头经过挤压模具挤压后直径收缩，所述挤压模具包括两段直径不等的工作段，两段工作段之间平滑过渡，焊管端头从大径端进入进行挤压，挤压模具和焊管的端头在进行挤压前喷淋润滑油，以避免挤压时的磨损和表面划伤，经1～4次直径逐渐减小的挤压模具挤压后，焊管端头的外径收缩为原先直径的60~80%；

8）表面处理：先采用碱洗去油，再进行酸洗，去除表面氧化层；经过充分水洗，放入磷化槽液中进行磷化，在焊管表面形成细密磷化膜，磷化后再进行皂化处理，使磷化膜表面吸附一层皂化膜；

 9）冷拔：在冷拔机上对焊管冷拔，冷拔时，夹持住打尖处理后的端头，同时在焊管内插入芯轴，再使焊管穿过带有锥度的且最小孔径小于焊管外径的模具孔，使焊管内外管径均匀收缩变形，焊管长度方向上得以延展，进行冷拔1~5次；

10）退火：冷拔后的焊管在550~600℃进行退火处理，以消除冷拔时产生的内应力；

11）矫直：在矫直机上对退火后的焊管进行矫直处理，以矫正焊管的直线度和圆度；

12）探伤：采用无损涡流探伤或超声波探伤设备对焊管进行探伤，对不合格的焊管进行剔除，并在缺陷部位作出标记；

13）切割测量：进行定长切割，遇缺陷部位时，切除缺陷部位。

2.根据权利要求1所述的高精密液压油缸用冷拔焊管制造工艺，其特征在于：所述步骤4）中的去外毛刺刀采用镀钛硬质合金刀，去内毛刺刀采用环形刀片或马蹄形刀片。