CN104028579A - 一种太阳能重力热管用高清洁度金属管生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能重力热管用高清洁度金属管生产方法，其包括以下步骤：1)光亮退火：将经过盘拉工序的金属管进行光亮退火，退火温度为200℃～700℃，退火过程中，所述金属管内壁充保护性气体进行吹扫；以达到内壁除油的目的；2)空拉：将经过光亮退火的金属管外壁通过拉伸模控制外径，内壁无模呈自由变形状态，以避免内壁污染，通过控制空拉前母材壁厚及空拉变形量控制成品壁厚及产品强度。上述太阳能重力热管用高清洁度金属管生产方法相比传统的碳氢清洗剂超声波清洗除油，内壁清洁度提高了1倍以上，且经过空拉后不降低铜管强度，使用该工艺实现的太阳能重力热管用金属管所需的高清洁度、高强度的需求。

Description

一种太阳能重力热管用高清洁度金属管生产方法

技术领域

本发明涉及金属管的塑性加工领域，尤其涉及一种太阳能重力热管用高清洁度金属管生产方法。

背景技术

太阳能发展至现阶段主要有三种结构，一种是全玻璃真空太阳集热管，一种是玻璃-金属封接式热管真空太阳能集热管，另一种是全玻璃热管真空太阳集热管。由于玻璃-金属封接式热管真空太阳能集热管采用金属代替玻璃，传热效率高，能快速将太阳能转化为流体热能，采用无氧铜制作的玻璃-金属封接式热管真空太阳能集热管平均传热功率能够达到120W左右，而一个全玻璃真空太阳能集热管的平均传热功率为60W左右，虽然全玻璃热管真空太阳能集热管能达到近100W的传热功率，但是其玻璃材质传热速度受限，热量不容易疏散，局部在250℃以上饱和蒸汽形成的高压下容易爆裂，其安全性能不如玻璃-金属封接式热管真空太阳能集热管。由此可见，太阳能重力热管的两个重要参数为传热功率以及管壳强度。

目前，现阶段太阳能重力热管的生产方法一般采用以下两种工艺过程：

1)水平连铸→轧制→联拉→盘拉→探伤→矫直锯切→超声波清洗→包装。

2)铸造锭坯→挤压→盘拉→探伤→复绕→包装→矫直锯切→超声波清洗。

其中，为了满足重力热管的管壳强度，普遍采取硬态管直接供货，而在超声波清洗过程中，金属管内外壁经过碳氢清洗剂进行超声波清洗，而超声波清洗后金属管清洁度不理想，试验表明，碳氢清洗后金属管内壁残留固态杂质总量均≥32mg/mm²，且数据波动范围大。由于金属内壁残留物过多形成不凝性气体存在于热管内壁，减少了热交换面积，增加了热阻，容易导致太阳能重力热管启动温度高、传热功率低等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种太阳能重力热管用高清洁度金属管生产方法，该生产方法所得金属管管壳强度高、内壁清洁度高，以解决现有技术中太阳能重力热管用金属管存在的上述问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种太阳能重力热管用高清洁度金属管生产方法，其包括以下步骤：

1)光亮退火：将经过盘拉工序的金属管进行光亮退火，退火温度为200℃～700℃，退火过程中，所述金属管内壁充保护性气体进行吹扫；以达到内壁除油的目的；

2)空拉：将经过光亮退火的金属管外壁通过拉伸模控制外径，内壁无模呈自由变形状态，以避免内壁污染，通过控制空拉前母材壁厚及空拉变形量控制成品壁厚及产品强度。

特别地，所述金属管经空拉后对其外壁进行清洗，清洗后进行探伤检测。

特别地，所述金属管为铜管、钢管、铝管或钛管的任一种。

优选地，所述金属管为半硬态无氧铜管，室温抗拉强度≥250MPa，屈服强度≥205Mpa。

特别地，所述光亮退火工序中，金属管内壁内壁充气吹扫方式为间歇式或连续式充气的任一种，吹扫压力≥0.1MPa。

特别地，所述光亮退火工序中，退火温度优选为420℃～450℃。

特别地，所述空拉工序中，金属管的变形量为10％～50％之间。

优选的，所述空拉工序中，金属管的变形量优选为25～35％之间。

特别地，所述光亮退火前的盘拉工序最后道次内壁润滑油选用应满足以下两个参数：残碳值≤0.01％，铜片腐蚀1a。

特别地，所述外壁清洗工序后，探伤采用涡流无损探伤。

特别地，所述外壁清洗采用超声波清洗，清洗剂选用碳氢清洗剂。

本发明的有益效果为，与现有技术相比所述太阳能重力热管用高清洁度金属管生产方法具有以下优点：

1)提高管材内表清洁度：盘管加工后，管材内表面残留的润滑油，在保护性气氛中加热到一定温度时开始裂解，生产分子量较小，可挥发的烃类化合物，再通过内吹扫，将已裂解气化的烃类化合物排出管外，实现提高铜管内表面清洁度的目的，使用光亮退火工艺的管材内壁固态杂质总量相比超声波清洗要减少50％以上；

2)提高管材强度：由于退火后，管材呈软态，屈服强度σs以及抗拉强度σb均比较低，通过空拉产生10％～50％的变形量，使其达半硬态状态，提高其抗拉强度σb及屈服强度σs，且由于空拉变形时，内壁呈无模无润滑自由变形状态，在提高强度的同时，保持了内壁的高清洁度。

附图说明

图1是本发明太阳能重力热管用高清洁度金属管生产方法的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

请参阅图1所示，图1是本发明太阳能重力热管用高清洁度金属管生产方法的工艺流程图。

本实施例中，一种太阳能重力热管用高清洁度金属管生产方法，其包括以下步骤：

步骤一，水平连铸：水平连铸90×24mm无氧铜铸锭；

步骤二，轧制：三辊行星轧制至50×2.5mm；

步骤三，联拉：三联拉至28×1.2mm；

步骤四，盘拉：盘拉至11×0.37mm；盘拉最后道次内壁润滑油选用应满足以下两个参数：残碳值≤0.01％，铜片腐蚀1a；

步骤五，光亮退火：退火温度420℃，根据所选用润滑油的初始裂解温度400-415℃，选择退火温度稍高于初始裂解温度，以便于拉伸润滑油高温中发生分子链C-C键断裂，而避免C-H键断裂(需要更高的温度)，生产分子量较小的烷烃、烯烃和氢等，经过内吹扫，从铜管排出，提高铜管内壁清洁度，退火过程中，金属管内壁充氮氢保护性气体进行间歇吹扫，吹扫压力为0.4Mpa；

步骤六，空拉：将经过光亮退火的金属管外壁通过φ8mm拉伸模空拉至8×0.4mm，内壁无模呈自由变形状态；

步骤七，外壁清洗：对铜管进行超声波清洗，采用碳氢清洗剂；

步骤八，探伤：对铜管进行无损涡流探伤；

步骤九，矫直定尺切割；

步骤十，包装出货。

上述生产方法中，针对太阳能重力热管用铜管的选择，根据GB/T24767《太阳能重力热管》6.2.6安全性能要求热管在250±5℃试验环境下，应无开裂、破碎、明显变形或其他损坏，查找饱和水蒸气在250℃时的蒸气压力为4MPa，设计压力取最大许用应力的1.25倍，则设计时取5MPa。

所述管壁材料可以是铜管、钢管、铝管、钛管，优选的，选择无氧铜管，导热系数高，传热功率大，含氧量低，析出物质少，减少铜管腐蚀以及产生不凝性气体。

根据美国ASME《锅炉及压力容器规范》第II卷材料D篇无氧铜性能所列：

从上表可见，在225℃时，退火铜管的许用应力为15.6Mpa,半硬态铜管的许用应力为63.3Mpa，是退火铜管的4倍。

根据管壳强度计算公式：

$\left[p\right]=\frac{2\left[\mathrm{\σ}\right]s}{D-s}$

其中，[p]……为最大允许工作压力，Mpa；

[σ]……为材料在工作温度下的许用应力，Mpa；

D……为管子外径，mm；

s……为管子壁厚，mm；

按上述公式计算所得，退火铜管满足5Mpa的设计压力则规格为8×1.11mm(外径×壁厚)，而半硬态铜管则只需要8×0.31mm，可见半硬态铜管通过增加强度，节约了2/3的铜材。

根据JB/T4755《铜制压力容器》4.4.5厚度附加量：

C＝C1+C2

其中，C……厚度附加量，mm；

C1……材料厚度负偏差，mm；

C2……腐蚀裕量，mm；

C1取材料壁厚的10％，则为0.03mm，C2根据使用年限以及年腐蚀率大致取值0.05mm，则厚度附加值C为0.08mm。

根据以上所得，优选的，选择半硬态无氧铜管，室温抗拉强度≥250MPa，屈服强度≥205MPa，成品管材规格选择8×0.4mm。

空拉变形量为10％-50％之间，优选的，空拉变形量为25-35％，根据空拉增壁0.03mm，选择盘拉最终道次规格11×0.37mm。

本发明使用退火除油，相比碳氢清洗剂超声波清洗除油，内壁清洁度提高了1倍以上，且经过空拉后不降低铜管强度，使用该工艺实现的太阳能重力热管用铜管所需的高清洁度、高强度的需求。

以上实施例只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述事例限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种太阳能重力热管用高清洁度金属管生产方法，其特征在于，其包括以下步骤：

1)光亮退火：将经过盘拉工序的金属管进行光亮退火，退火温度为200℃～700℃，退火过程中，所述金属管内壁充保护性气体进行吹扫；以达到内壁除油的目的；

2)空拉：将经过光亮退火的金属管外壁通过拉伸模控制外径，内壁无模呈自由变形状态，以避免内壁污染，通过控制空拉前母材壁厚及空拉变形量控制成品壁厚及产品强度。

2.根据权利要求1所述的太阳能重力热管用高清洁度金属管生产方法，其特征在于，所述金属管经空拉后对其外壁进行清洗，清洗后进行探伤检测。

3.根据权利要求1或2所述的太阳能重力热管用高清洁度金属管生产方法，其特征在于，所述金属管为铜管、钢管、铝管或钛管的任一种。

4.根据权利要求3所述的太阳能重力热管用高清洁度金属管生产方法，其特征在于，所述金属管为半硬态无氧铜管，室温抗拉强度≥250MPa，屈服强度≥205Mpa。

5.根据权利要求1所述的太阳能重力热管用高清洁度金属管生产方法，其特征在于，所述光亮退火工序中，金属管内壁内壁充气吹扫方式为间歇式或连续式充气的任一种，吹扫压力≥0.1MPa。

6.根据权利要求1或5所述的太阳能重力热管用高清洁度金属管生产方法，其特征在于，所述光亮退火工序中，退火温度优选为420℃～450℃。

7.根据权利要求1所述的太阳能重力热管用高清洁度金属管生产方法，其特征在于，所述空拉工序中，金属管的变形量为10％～50％之间。

8.根据权利要求7所述的太阳能重力热管用高清洁度金属管生产方法，其特征在于，所述空拉工序中，金属管的变形量优选为25～35％之间。

9.根据权利要求1所述的太阳能重力热管用高清洁度金属管生产方法，其特征在于，所述光亮退火前的盘拉工序最后道次内壁润滑油选用应满足以下两个参数：残碳值≤0.01％，铜片腐蚀1a。

10.根据权利要求2所述的太阳能重力热管用高清洁度金属管生产方法，其特征在于，所述外壁清洗采用超声波清洗，清洗剂选用碳氢清洗剂，探伤采用涡流无损探伤。