CN102962294B - 一种超薄壁无缝钛管材的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超薄壁无缝钛管材的制备方法，包括以下步骤：一、将一定规格的无缝钛管材进行定尺切割；二、在无缝钛管材一端的外表面加工出三条纵向沟槽；三、将无缝钛管材表面的污物清理干净；四、将无缝钛管材安装在滚珠旋压机的芯棒上，以纵向沟槽的一端作为起旋端，进行一道次的旋压成形，得到壁厚为0.1mm～0.3mm，外径为10mm～80mm，的超薄壁无缝钛管材。采用本发明制备的超薄壁无缝钛管材的表面质量好，尺寸精度高，塑性好，可满足航空航天、核工业、石油化工等领域，工作在强腐蚀介质中的截止阀、闸阀或其它类型阀门用金属波纹管制备所需的超薄壁无缝钛管材的使用要求。

Description

一种超薄壁无缝钛管材的制备方法

技术领域

本发明属于金属管材加工技术领域，具体涉及一种超薄壁无缝钛管材的制备方法。

背景技术

波纹管类弹性元件具有无磁性、热辐射及电磁遮蔽性好、重量轻、灵敏度高和耐腐蚀性强等优点，在航空、航天、航海、原子能和化学工业等部门有广泛的应用前景。钛合金因具有优异且稳定的耐腐蚀性能、高的比强度、良好的力学和抗疲劳性能、优异的焊接性能、稳定的弹性性能等，是制作波纹管类弹性元件的良好材料。

但钛合金的冷变形抗力大、回弹严重、塑性不高、冷加工性能差，用其制造波纹管及膨胀节的难度很大。获得高质量、塑性好、尺寸精度高的超薄壁无缝管材是推动钛合金波纹管类弹性元件应用的关键。

顺利制造出钛合金波纹管类弹性元件的前提是首先制备出塑性及质量好、尺寸精度高的超薄壁无缝钛管材。目前，壁厚不大于0.3mm的钛合金无缝管材可采用的制备方法有：钛带材(或箔材)—卷圆—焊接方法、管材—强力旋压方法、管材—机械加工方法、管材冷轧制方法和管材—滚珠旋压法五种方法。

钛带材(或箔材)—卷圆—焊接方法可制备出带焊缝的超薄壁钛管材，但因钛带材(或箔材)壁厚太薄，卷圆成形、焊缝质量等均难以保证，更重要的是管材焊缝及热影响区的塑性、耐腐蚀性能、疲劳性能均和基体有差异，不但在波纹管成形时易开裂，而且难以保证波纹管类弹性元件在强腐蚀介质中安全可靠的使用要求。钛管材—机械加工法因要将钛管经多道次机加后获得超薄壁的管材，其工序长、成本高、成材率极低。另外因薄壁钛材的机加变形很大，管材长度和尺寸精度等均难以保证，更重要的是管材的塑性不高，难以保证后续波纹管成形的需要。管材—强力旋压法因钛合金变形抗力大、回弹严重、冷旋技术难以掌握，且成材率低、成本高，热旋压难以保证尺寸公差及表面质量。传统的管材多辊精轧法因易开裂、送进困难、头尾易插入常使轧制过程不能建立，即就是勉强轧制得到管材，其表面质量差、壁厚不均匀而不能满足质量要求。传统的滚珠旋压法制备的薄壁管材表面质量一般不能满足特殊环境下高耐蚀性的要求。本发明采用边旋压边剥皮的加工方法，去除了原材料表面缺陷，得到了高光洁度的超薄壁管材，满足了高腐蚀性环境对管材表面质量的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种设计巧妙、工艺简单、生产流程短的超薄壁无缝钛管材的制备方法。采用该方法能够制备壁厚为0.10mm～0.30mm，外径为10mm～80mm的超薄壁无缝钛管材；该超薄壁无缝钛管材的表面质量好、尺寸精度高、塑性好，满足航空航天、核工业、石油化工等领域，工作在各种强腐蚀介质中的截止阀、闸阀或其它类型阀门用波纹管制备所需的超薄壁无缝钛合金管材的使用要求。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种超薄壁无缝钛管材的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将壁厚为1.2mm～2.1mm，外径为12.5mm～84mm的无缝钛管材定尺切割至长度为300mm～900mm；

步骤二、在步骤一中定尺切割后的无缝钛管材一端的外表面沿无缝钛管材的长度方向加工出三条纵向沟槽，三条所述纵向沟槽的深度均为0.5mm～0.8mm，宽度均为0.5mm～1.0mm，长度均不大于30mm；

步骤三、将步骤二中加工有三条纵向沟槽的无缝钛管材表面的污物清理干净；

步骤四、调试滚珠旋压机，然后向调试后的滚珠旋压机中注入润滑剂；

步骤五、将步骤三中清理干净的无缝钛管材安装在步骤四中注有润滑剂的滚珠旋压机的芯棒上，将无缝钛管材中加工有三条纵向沟槽的一端作为起旋端，利用滚珠旋压机对所述无缝钛管材进行一道次的旋压成形，得到壁厚为0.1mm～0.3mm，外径为10mm～80mm的超薄壁无缝钛管材。

上述的一种超薄壁无缝钛管材的制备方法，其特征在于，步骤一中所述无缝钛管材的材质为纯钛或钛合金。

上述的一种超薄壁无缝钛管材的制备方法，其特征在于，步骤一中所述无缝钛管材为冷加工态的无缝钛管材或热处理态的无缝钛管材。

上述的一种超薄壁无缝钛管材的制备方法，其特征在于，步骤二中三条纵向沟槽在无缝钛管材一端呈均匀分布。

上述的一种超薄壁无缝钛管材的制备方法，其特征在于，步骤四中所述润滑剂为46#机油。

上述的一种超薄壁无缝钛管材的制备方法，其特征在于，步骤五中旋压成形后无缝钛管材的剥皮厚度为0.2mm～0.8mm，无缝钛管材的壁厚减薄率为80％～90％。

上述的一种超薄壁无缝钛管材的制备方法，其特征在于，步骤五中所述超薄壁无缝钛管材的表面粗糙度Ra不大于0.1μm。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明设计巧妙，工艺简单，生产流程短；采用本发明制备的超薄壁无缝钛管材的表面质量好、塑性高、壁厚均匀、尺寸精度高，适合各种纯钛或钛合金材质高质量要求的超薄壁无缝管材的生产。

2、本发明首先根据所要制备的超薄壁无缝钛管材的壁厚和外径要求选取一定规格的无缝钛管材作管坯，并在无缝钛管坯上巧妙设计纵向沟槽的位置及尺寸；在调整好的滚珠旋压机上灌入46#机油作为润滑剂兼旋压时冷却剂，将加工有纵向沟槽的无缝钛管材在滚珠旋压机上采用传统的滚珠旋压方法旋压成形，旋压成形期间通过控制旋压壁厚的变薄率、剥皮的厚度等工艺参数，最终实现高质量超薄壁无缝钛管材的批量稳定生产。

3、本发明在传统的滚珠旋压方法基础上，通过在无缝钛管材的一端巧妙设计三条纵向凹槽，使得无缝钛管材在旋转挤压变形的同时能够顺利剥离掉管材外表面一层厚度不小于0.2mm的金属表皮，将管材外表面的缺陷及污染层全部去除，从而有力保证了超薄壁无缝钛管材的表面质量。

综上所述，采用本发明制备的超薄壁无缝钛管材的壁厚为0.10mm～0.30mm，外径为10mm～80mm；采用本发明制备的超薄壁无缝钛管材的表面质量好、尺寸精度高、塑性好，满足航空航天、核工业、石油化工等各领域，工作在各种强腐蚀介质中的截止阀、闸阀或其它类型阀门用金属波纹管制备所需的超薄壁无缝钛管材的使用要求。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1为本发明加工有三条纵向沟槽的无缝钛管材的结构示意图；

图2为图1的A-A剖视放大图。

附图标记说明：

1—无缝钛管材；    2—纵向沟槽。

具体实施方式

实施例1

本实施例超薄壁无缝钛管材的制备方法包括以下步骤：

步骤一、将壁厚为1.2mm±0.05mm，外径为12.5mm，按照GB/T3625-2007《换热器及冷凝器用钛及钛合金管》要求生产的冷加工态的TA2无缝钛管材1定尺切割至长度为300mm；

步骤二、在步骤一中定尺切割后的无缝钛管材1一端的外表面沿无缝钛管材1的长度方向加工出三条纵向沟槽2，三条所述纵向沟槽2的深度均为0.5mm，宽度均为0.5mm，长度均为15mm，三条所述纵向沟槽2在无缝钛管材1一端呈均匀分布；

步骤三、将步骤二中加工有纵向沟槽2的无缝钛管材1内外表面的污物清理干净；

步骤四、将滚珠旋压机进行调试，然后向调试后的滚珠旋压机中注入46#机油作为润滑剂兼冷却剂；

步骤五、将步骤三中清理干净的无缝钛管材1安装在步骤四中注有润滑剂的滚珠旋压机的Φ9.8mm芯棒上，将无缝钛管材1中加工有三条纵向沟槽2的一端作为起旋端，利用滚珠旋压机对所述无缝钛管材1进行一道次的旋压成形，使无缝钛管材1的剥皮厚度为0.2mm，无缝钛管材1的壁厚减薄率为90％，得到壁厚为0.1mm±0.02mm，外径为10mm，表面粗糙度Ra不大于0.1μm的超薄壁无缝钛管材。

采用本实施例制备的超薄壁无缝钛管材的表面质量好、尺寸精度高、塑性好，满足航空航天、核工业、石油化工等各领域，工作在各种强腐蚀介质中的截止阀、闸阀或其它类型阀门用金属波纹管制备所需的超薄壁无缝钛管材的使用要求。

实施例2

本实施例超薄壁无缝钛管材的制备方法包括以下步骤：

步骤一、将壁厚为1.7mm±0.05mm，外径为28.4mm，满足GJB3423A-2008《航空用钛合金管材规范》要求的热处理态TA18钛合金无缝管材1定尺切割至长度为400mm；

步骤二、在步骤一中定尺剪切后的无缝钛管材1一端的外表面沿无缝钛管材1的长度方向加工出三条纵向沟槽2，三条所述纵向沟槽2的深度均为0.6mm，宽度均为0.7mm，长度均为20mm，三条所述纵向沟槽2在无缝钛管材1一端呈均匀分布；

步骤三、将步骤二中加工有纵向沟槽2的无缝钛管材1内外表面的污物清理干净；

步骤四、将滚珠旋压机进行调试，然后向调试后的滚珠旋压机中注入46#机油作为润滑剂兼冷却剂；

步骤五、将步骤三中清理干净的无缝钛管材1安装在步骤四中注有润滑剂的滚珠旋压机的Φ24.6mm芯棒上，将无缝钛管材1中加工有三条纵向沟槽2的一端作为起旋端，利用滚珠旋压机对所述无缝钛管材1进行一道次的旋压成形，使无缝钛管材1的剥皮厚度为0.7mm，无缝钛管材1的壁厚减薄率为80％，得到壁厚为0.2mm±0.02mm，外径为25mm，表面粗糙度Ra不大于0.1μm的超薄壁无缝钛管材。

采用本实施例制备的超薄壁无缝钛合金管材的表面质量好、尺寸精度高、塑性好，满足航空航天、核工业、石油化工等各领域，工作在各种强腐蚀介质中的截止阀、闸阀或其它类型阀门用金属波纹管制备所需的超薄壁无缝钛管材的使用要求。

实施例3

本实施例超薄壁无缝钛管材的制备方法包括以下步骤：

步骤一、将壁厚为1.25mm±0.05mm，外径为37.6mm，按照GB/T3625-2007《换热器及冷凝器用钛及钛合金管》要求生产的冷加工态TA10钛合金无缝管材1定尺切割至长度为440mm；

步骤二、在步骤一中定尺剪切后的无缝钛管材1一端的外表面沿无缝钛管材1的长度方向加工出三条纵向沟槽2，三条所述纵向沟槽2的深度均为0.7mm，宽度均为0.7mm，长度均为25mm，三条所述纵向沟槽2在无缝钛管材1一端呈均匀分布；

步骤三、将步骤二中加工有纵向沟槽2的无缝钛管材1内外表面的污物清理干净；

步骤四、将滚珠旋压机进行调试，然后向调试后的滚珠旋压机中注入46#机油作为润滑剂兼冷却剂；

步骤五、将步骤三中清理干净的无缝钛管材1安装在步骤四中注有润滑剂的滚珠旋压机的Φ34.6mm芯棒上，将无缝钛管材1中加工有三条纵向沟槽2的一端作为起旋端，利用滚珠旋压机对所述无缝钛管材1进行一道次的旋压成形，使无缝钛管材1的剥皮厚度为0.35mm，无缝钛管材1的壁厚减薄率为88.9％，得到壁厚为0.1mm±0.02mm，外径为35mm，表面粗糙度Ra不大于0.1μm的超薄壁无缝钛管材。

采用本实施例制备的超薄壁无缝钛管材的表面质量高，尺寸精度高，塑性好，满足航空航天、核工业、石油化工等各领域，工作在各种强腐蚀介质中的截止阀、闸阀或其它类型阀门用金属波纹管制备所需的超薄壁无缝钛管材的使用要求。

实施例4

本实施例超薄壁无缝钛管材的制备方法包括以下步骤：

步骤一、将壁厚为1.35mm±0.05mm，外径为52.7mm，且满足GJB3423A-2008《航空用钛合金管材规范》要求的热处理态TA16钛合金无缝管材1定尺切割至长度为700mm；

步骤二、在步骤一中定尺剪切后的无缝钛管材1一端的外表面沿无缝钛管材1的长度方向加工出三条纵向沟槽2，三条所述纵向沟槽2的深度均为0.8mm，宽度均为0.8mm，长度均为30mm，三条所述纵向沟槽2在无缝钛管材1一端呈均匀分布；

步骤三、将步骤二中加工有纵向沟槽2的无缝钛管材1内外表面的污物清理干净；

步骤四、将滚珠旋压机进行调试，然后向调试后的滚珠旋压机中注入46#机油作为润滑剂兼冷却剂；

步骤五、将步骤三中清理干净的无缝钛管材1安装在步骤四中注有润滑剂的滚珠旋压机的Φ49.6mm芯棒上，将无缝钛管材1中加工有三条纵向沟槽2的一端作为起旋端，利用滚珠旋压机对所述无缝钛管材1进行一道次的旋压成形，使无缝钛管材1的剥皮厚度为0.25mm，无缝钛管材1的壁厚减薄率为86.4％，得到壁厚为0.15mm±0.02mm，外径为50mm，表面粗糙度Ra不大于0.1μm的超薄壁无缝钛管材。

采用本实施例制备的超薄壁无缝钛管材的表面质量高，尺寸精度高，塑性好，满足航空航天、核工业、石油化工等各领域，工作在各种强腐蚀介质中的截止阀、闸阀或其它类型阀门用金属波纹管制备所需的超薄壁无缝钛管材的使用要求。

实施例5

本实施例超薄壁无缝钛管材的制备方法包括以下步骤：

步骤一、将壁厚为2.0mm±0.05mm，外径为51.7mm，按GB/T3625-2007《换热器及冷凝器用钛及钛合金管》要求生产的冷加工态TA2纯钛无缝管材1定尺切割至长度为800mm；

步骤二、在步骤一切定尺的无缝钛管材1一端的外表面沿无缝钛管材1的长度方向加工出三条纵向沟槽2，三条所述纵向沟槽2的深度均为0.5mm，宽度均为0.6mm，长度均为25mm，三条所述纵向沟槽2在无缝钛管材1一端呈均匀分布；

步骤三、将步骤二中加工有纵向沟槽2的无缝纯钛管材1内外表面的污物清理干净；

步骤四、将滚珠旋压机进行调试，然后向调试后的滚珠旋压机中注入46#机油作为润滑剂兼冷却剂；

步骤五、将步骤三中清理干净的无缝钛管材1安装在步骤四中注有润滑剂的滚珠旋压机的Φ47.4mm芯棒上，将无缝钛管材1中加工有三条纵向沟槽2的一端作为起旋端，利用滚珠旋压机对所述无缝钛管材1进行一道次的旋压成形，使无缝钛管材1的剥皮厚度为0.45mm，无缝钛管材1的壁厚减薄率为80.6％，得到壁厚为0.3mm±0.02mm，外径为48mm，表面粗糙度Ra不大于0.1μm的超薄壁无缝钛管材。

采用本实施例制备的超薄壁无缝钛管材的表面质量高，尺寸精度高，塑性好，满足航空航天、核工业、石油化工等各领域，工作在各种强腐蚀介质中的截止阀、闸阀或其它类型阀门用金属波纹管制备所需的超薄壁无缝钛管材的使用要求。

实施例6

本实施例超薄壁无缝钛管材的制备方法包括以下步骤：

步骤一、将壁厚为1.75mm±0.05mm，外径为63.5mm，按照GB/T3625-2007《换热器及冷凝器用钛及钛合金管》要求生产的冷加工态TA9钛合金无缝管材定尺切割至长度为800mm；

步骤二、在步骤一中定尺剪切后的无缝钛管材1一端的外表面沿无缝钛管材1的长度方向加工出三条纵向沟槽2，三条所述纵向沟槽2的深度均为0.5mm，宽度均为0.9mm，长度均为30mm，三条所述纵向沟槽2在无缝钛管材1一端呈均匀分布；

步骤三、将步骤二中加工有纵向沟槽2的无缝钛管材1内外表面的污物清理干净；

步骤四、将滚珠旋压机进行调试，然后向调试后的滚珠旋压机中注入46#机油作为润滑剂兼冷却剂；

步骤五、将步骤三中清理干净的无缝钛管材1安装在步骤四中注有润滑剂的滚珠旋压机的Φ59.5mm芯棒上，将无缝钛管材1中加工有三条纵向沟槽2的一端作为起旋端，利用滚珠旋压机对所述无缝钛管材1进行一道次的旋压成形，使无缝钛管材1的剥皮厚度为0.55mm，无缝钛管材1的壁厚减薄率为82.5％，得到壁厚为0.21mm±0.02mm，外径为60mm，表面粗糙度Ra不大于0.1μm的超薄壁无缝钛管材。

采用本实施例制备的超薄壁无缝钛管材的表面质量高，尺寸精度高，塑性好，满足航空航天、核工业、石油化工等各领域，工作在各种强腐蚀介质中的截止阀、闸阀或其它类型阀门用金属波纹管制备所需的超薄壁无缝钛管材的使用要求。

实施例7

本实施例超薄壁无缝钛管材的制备方法包括以下步骤：

步骤一、将壁厚为2.1mm±0.05mm，外径为84mm，按照GB/T3625-2007《换热器及冷凝器用钛及钛合金管》要求生产的冷加工态TA1纯钛无缝管材1定尺切割至长度为900mm；

步骤二、在步骤一中定尺剪切后的无缝钛管材1一端的外表面加工出三条纵向沟槽2，所述纵向沟槽2的深度均为0.8mm，宽度均为1mm，长度均为30mm，三条所述纵向沟槽2在无缝钛管材1一端呈均匀分布；

步骤三、将步骤二中加工有纵向沟槽2的无缝钛管材1表面的污物清理干净；

步骤四、将滚珠旋压机进行调试，然后向调试后的滚珠旋压机中注入46#机油作为润滑剂兼冷却剂；

步骤五、将步骤三中清理干净的无缝钛管材1安装在步骤四中注有润滑剂的滚珠旋压机的Φ79.4mm芯棒上，将无缝钛管材1中加工有三条纵向沟槽2的一端作为起旋端，利用滚珠旋压机对所述无缝钛管材1进行一道次的旋压成形，使无缝钛管材1的剥皮厚度为0.45mm，无缝钛管材1的壁厚减薄率为81.8％，得到壁厚为0.3mm±0.03mm，外径为80mm，表面粗糙度Ra不大于0.1μm的超薄壁无缝钛管材。

采用本实施例制备的超薄壁无缝钛管材的表面质量高，尺寸精度高，塑性好，满足航空航天、核工业、石油化工等各领域，工作在各种强腐蚀介质中的截止阀、闸阀或其它类型阀门用金属波纹管制备所需的超薄壁无缝钛管材的使用要求。

实施例8

本实施例超薄壁无缝钛管材的制备方法包括以下步骤：

步骤一、将壁厚为2.05mm±0.05mm，外径为74mm，按照GB/T3625-2007《换热器及冷凝器用钛及钛合金管》要求生产的冷加工态TA9钛合金无缝管材定尺切割至长度为800mm；

步骤二、在步骤一中定尺剪切后的无缝钛管材1一端的外表面沿无缝钛管材1的长度方向加工出三条纵向沟槽2，三条所述纵向沟槽2的深度均为0.6mm，宽度均为0.8mm，长度均为30mm，三条所述纵向沟槽2在无缝钛管材1一端呈均匀分布；

步骤三、将步骤二中加工有纵向沟槽2的无缝钛管材1内外表面的污物清理干净；

步骤四、将滚珠旋压机进行调试，然后向调试后的滚珠旋压机中注入46#机油作为润滑剂兼冷却剂；

步骤五、将步骤三中清理干净的无缝钛管材1安装在步骤四中注有润滑剂的滚珠旋压机的Φ69.4mm芯棒上，将无缝钛管材1中加工有三条纵向沟槽2的一端作为起旋端，利用滚珠旋压机对所述无缝钛管材1进行一道次的旋压成形，使无缝钛管材1的剥皮厚度为0.8mm，无缝钛管材1的壁厚减薄率为80％，得到壁厚为0.25mm±0.02mm，外径为70mm，表面粗糙度Ra不大于0.1μm的超薄壁无缝钛管材。

采用本实施例制备的超薄壁无缝钛管材的表面质量高，尺寸精度高，塑性好，满足航空航天、核工业、石油化工等各领域，工作在各种强腐蚀介质中的截止阀、闸阀或其它类型阀门用金属波纹管制备所需的超薄壁无缝钛管材的使用要求。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (7)

1.一种超薄壁无缝钛管材的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将壁厚为1.2mm～2.1mm，外径为12.5mm～84mm的无缝钛管材（1）定尺切割至长度为300mm～900mm；

步骤二、在步骤一中定尺切割后的无缝钛管材（1）一端的外表面沿无缝钛管材（1）长度方向加工出三条纵向沟槽（2），三条所述纵向沟槽（2）的深度均为0.5mm～0.8mm，宽度均为0.5mm～1.0mm，长度均不大于30mm；

步骤三、将步骤二中加工有三条纵向沟槽（2）的无缝钛管材（1）表面的污物清理干净；

步骤四、调试滚珠旋压机，然后向调试后的滚珠旋压机中注入润滑剂；

步骤五、将步骤三中清理干净的无缝钛管材（1）安装在步骤四中注有润滑剂的滚珠旋压机的芯棒上，将无缝钛管材（1）加工有三条纵向沟槽（2）的一端作为起旋端，利用滚珠旋压机对所述无缝钛管材（1）进行一道次的旋压成形，得到壁厚为0.1mm～0.3mm，外径为10mm～80mm的超薄壁无缝钛管材。

2.根据权利要求1所述的一种超薄壁无缝钛管材的制备方法，其特征在于，步骤一中所述无缝钛管材（1）的材质为纯钛或钛合金。

3.根据权利要求1所述的一种超薄壁无缝钛管材的制备方法，其特征在于，步骤一中所述无缝钛管材（1）为冷加工态的无缝钛管材或热处理态的无缝钛管材。

4.根据权利要求1所述的一种超薄壁无缝钛管材的制备方法，其特征在于，步骤二中三条纵向沟槽（2）在无缝钛管材（1）一端呈均匀分布。

5.根据权利要求1所述的一种超薄壁无缝钛管材的制备方法，其特征在于，步骤四中所述润滑剂为46#机油。

6.根据权利要求1所述的一种超薄壁无缝钛管材的制备方法，其特征在于，步骤五中旋压成形后无缝钛管材（1）的剥皮厚度为0.2mm～0.8mm，无缝钛管材（1）的壁厚减薄率为80%～90%。

7.根据权利要求1所述的一种超薄壁无缝钛管材的制备方法，其特征在于，步骤五中所述超薄壁无缝钛管材的表面粗糙度Ra不大于0.1μm。