CN106670743B - 一种精密气弹簧直缝焊管的制造方法 - Google Patents

一种精密气弹簧直缝焊管的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种精密气弹簧直缝焊管的制造方法，属于直缝焊管的制造领域，其采用的工艺路线为：原料检验—酸洗—轧制—退火—精轧—检验分条—焊管—检验包装入库，采用本技术方案的直缝焊管使得直缝焊管的工艺简单，且直缝焊管的焊缝质量优良以及其拉伸性能、电镀性能好。

Description

一种精密气弹簧直缝焊管的制造方法
技术领域
本发明涉及直缝焊管的制造领域，更具体地说，涉及一种精密气弹簧直缝焊管的制造方法。
背景技术
气弹簧由以下几部分构成：压力缸、活塞杆、活塞、密封导向套、填充物(惰性气体或者油气混合物)，缸内控制元件与缸外控制元件(指可控气弹簧)和接头等。原理是在密闭的压力缸内充入惰性气体或者油气混合物，使腔体内的压力高于大气压的几倍或者几十倍，利用活塞杆的横截面积小于活塞的横截面积从而产生的压力差来实现活塞杆的运动。由于原理上的根本不同，气弹簧比普通弹簧有着很显著的优点：速度相对缓慢、动态力变化不大(一般在1:1.2以内)、容易控制。
气弹簧如果密封性不好会在使用过程中出现漏油、漏气等现象；其次是精确度，比如需要500N的气弹簧，有的厂家生产出来的力误差不超过2N，有的厂家的产品可能和实际需要的500N相差比较远；再次是使用寿命，其使用寿命以其可以完全伸缩的次数计算；最后就是在行程中的力值变化，理想状态下的气弹簧应该在整个行程中力值保持不变。但由于设计和加工的因素，使得气弹簧在行程中的力值不可避免地出现变化。而其变化的幅度是衡量一支气弹簧质量好环的重要标准，变化的幅度越小，说明气弹簧质量越好，反之则越差！
气弹簧由压力管，活塞，活塞杆及若干联接件组成，其内部充有高压氮气，由于在活塞内部设有通孔，活塞两端气体压力相等，而活塞两侧的截面积不同，一端接有活塞杆而另一端没有，在气体压力作用下，产生向截面积小的一侧的压力，即气弹簧的弹力，弹力的大小可以通过设置不同的氮气压力或者不同直径的活塞杆而设定。
然而，目前用于气弹簧的直缝焊管阻尼效果及缓冲性能还有待于进一步提高，以延长气弹簧的使用寿命，同时作为生产气弹簧的直缝焊管，其焊接的质量以及其承受压力的能力是保证气弹簧正常工作的基础，目前生产气弹簧直缝焊管的工艺复杂、成本高且直缝焊管的性能差。
经检索，中国专利号2012101324028，申请日为2012年4月28日，发明创造名称为：一种超低碳X42钢级高频直缝焊管制造工艺，该申请案涉及一种超低碳X42钢级高频直缝焊管制造工艺，采用以下步骤：将C含量为0.033～0.06％的超低碳X42钢级高频直缝焊管用钢采用二氧化碳气体保护的熔化极气体保护焊将前一卷的卷尾和后一卷的卷头焊接：采用排辊成型方法将焊好的带钢成型为荒管；调整高频感应线圈的输出功率；挤压荒管，挤压量在1～4.5％*D，D为成品管的外径，开口角θ控制在3～6°；焊接成高频直缝焊管，焊接速度为14～20m/min；对焊缝进行正火热处理，正火热处理的温度为950±20℃，正火后使焊缝在空气中慢慢冷却至400℃以下，经水冷后焊缝温度降至80℃以下。焊管的性能达到如下水平：焊缝：抗拉强度不小于415MPa，夏比冲击功单值不小于40J，均值不小于40J，但是用本工艺生产的直缝焊管不适宜气弹簧的工作环境的需求。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有技术中生产气弹簧直缝焊管的工艺复杂、成本高且直缝焊管的性能差等问题的不足，提供一种精密气弹簧直缝焊管的制造方法，采用本技术方案的直缝焊管使得直缝焊管的工艺简单，且直缝焊管的焊缝质量优良以及其拉伸性能、电镀性能好。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种精密气弹簧直缝焊管的制造方法，其特征在于，采用的工艺路线为：原料检验—酸洗—轧制—退火—精轧—检验分条—焊管—检验包装入库。
具体步骤为：
步骤一、原料检验：选择规格为2.5/2.75*317的08AL钢带坯；
步骤二、酸洗：将步骤一的钢带坯吊上上料机，并将其送至导向辊进行矫直，切除料头，将钢带与牵引带焊接平整，随后对钢带坯依次进行酸洗、清洗、钝化、牵引、打卷成钢带卷；
步骤三、轧制：将步骤二中的钢带卷进行三次连续轧制，轧制过程压下分配量为2.5/2.75mm-1.9mm-1.45mm-1.3mm，三次轧制的轧辊凸度依次为0.09mm、0.06mm、0.025mm；
步骤四、退火：
退火前准备：将步骤三轧制后的钢带卷放入罩式炉体内，随后向罩式炉体内以10Nm3/h的流量通入氮气和氢气的混合气体，持续通入30min，且氮气和氢气混合气体通入的同时以相同的流量将罩式炉体内的气体排出；
加热阶段：吊放热外罩，先减少氮气和氢气的混合气体通入流量至0.5Nm3/h，5分钟后调整流量至12Nm3/h，加热7～8小时使罩式炉内的温度达到670℃，加热过程中以12Nm3/h的流量持续通入氮气和氢气的混合气体，且在加热阶段氮气和氢气混合气体通入的同时以相同的流量将罩式炉体内的气体排出；
保温阶段：以670℃的温度，对钢带卷保温17～18小时，并以12Nm3/h的流量持续通入氮气和氢气的混合气体，且氮气和氢气混合气体通入的同时以相同的流量将罩式炉体内的气体排出；
冷却阶段：在炉内冷却10-16小时后，当罩内温度达到500～550℃时进行撑外罩，然后进行水冷和风冷，当钢带卷冷却至75～85℃时出炉，冷却过程中以10Nm3/h的流量持续通入氮气和氢气的混合气体直至钢带卷出炉，且氮气和氢气混合气体通入的同时以相同的流量将罩式炉体内的气体排出；
步骤五：精轧：将步骤四退火后的钢带卷进行精轧，其压下时钢带卷的厚度由1.3mm轧制到1.15mm，轧辊凸度为0.04～0.06mm；
步骤六：检验分条：将钢带卷分条成钢带；
步骤七：焊管：将步骤六中的钢带挤压成直缝钢管毛坯，然后在高频焊接机上对直缝钢管毛坯进行焊接；最后对直缝钢管进行焊接后处理；
步骤八：剪切步骤七直缝钢管规格为1.15*Ф50*5900，并检验包装入库。
作为本发明更进一步地，步骤二酸洗前对钢带坯进行剥壳处理，剥壳处理时使得上、下辊之间的辊缝比钢带坯的厚度小0.1mm。
作为本发明更进一步地，在步骤二中采用温度为75～85℃，且质量浓度为18％～20％盐酸溶液进行酸洗，酸洗速度为60m/min；采用温度为70～80℃的热水进行清洗，采用亚硝酸钠溶液进行钝化处理，钝化液的PH值为8～9，钝化速度为60m/min。
作为本发明更进一步地，步骤三轧制前采用45～55℃的温度对轧辊进行预热。
作为本发明更进一步地，在步骤三中钢带在轧制过程中的板型平直镰刀弯不超过2mm/m，张力控制为5～6KN，乳化液的质量浓度不低于5％。
作为本发明更进一步地，步骤四退火中氮气的体积百分比为25％，氢气的体积百分比为75％。
作为本发明更进一步地，步骤五在钢带精轧过程中板型平直镰刀弯不超2mm/m，张力控制为5～6KN，乳化液的质量浓度不低于2.5％。
作为本发明更进一步地，在步骤七中采用高频感应加热进行焊接，高频焊接机的输出电压为18000V。
作为本发明更进一步地，在步骤七中直缝钢管毛坯焊接时的焊接速度为55～60m/min，开合角为2°～5°，阻抗器为Φ36mm×(150-160)mm规格的磁棒。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：
(1)本发明的一种精密气弹簧直缝焊管的制造方法，其中，通过在酸洗钢带坯前进行剥壳处理，使得处于钢带坯表面的氧化铁皮能够处于疏松状态，以使酸洗时提高氧化铁皮的去除质量以及去除速度，从而提高酸洗质量；同时合理的设置上、下辊之间的辊缝进行剥壳处理，一方面避免了上、下辊之间的辊缝过小，使得钢带坯在剥壳过程中运行阻力过大，增大收卷电机等负荷；另一方面避免了上、下辊之间的辊缝过大，使得钢带坯在剥壳处理时其表面的氧化铁皮仍仅仅的包裹在其表面，影响酸洗的质量。
(2)本发明的一种精密气弹簧直缝焊管的制造方法，其中，退火过程中使得经过冷变形的钢带卷在合适的加热速度、保温温度、保温时间的工艺参数设置下，钢带卷的内外温度一致，使得钢带卷结晶质量及晶化程度高，晶粒均匀长大，改善了冷变形钢带卷的组织结构，且经过合理的冷却速度，最终使其塑性、韧性等机械性能提高，且表面、光滑无麻点，使其具有良好的电镀性能、焊接性能，以满足气弹簧直缝焊管的需求。
(3)本发明的一种精密气弹簧直缝焊管的制造方法，其中，焊接过程中合理设置焊接工艺参数，有效的提高了直缝钢管的焊接质量，其焊缝平整、致密。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，下面结合实施例对本发明作详细描述。
实施例1
本实施例的一种精密气弹簧直缝焊管的制造方法，其采用的工艺路线为：原料检验—酸洗—轧制—退火—精轧—检验分条—焊管—检验包装入库；
具体步骤为：
步骤一、原料检验：选择规格为2.5/2.75*317的08AL钢带坯，选择的为厚度为2.5mm/2.75mm、宽度为317mm的08AL钢带坯，其中08AL表示是优质碳素结构钢，“08”表示钢中平均碳质量分数为0.08％，“Al”表示铝脱氧冶炼镇静。
步骤二、酸洗：将步骤一的钢带坯吊上上料机，并将其送至导向辊进行矫直，切除料头，将钢带与牵引带焊接平整，随后对钢带坯依次进行酸洗、清洗、钝化、牵引、打卷成钢带卷。
具体地本实施例在酸洗前对钢带坯进行剥壳处理，剥壳处理时使得上、下辊之间的辊缝比钢带坯的厚度小0.1mm，具体地此处当钢带坯的厚度为2.5mm时，调节上、下辊之间的辊缝为2.4mm，当钢带坯的厚度为2.75mm时，调节上、下辊之间的辊缝为2.65mm，此处通过在酸洗钢带坯前进行剥壳处理，使得处于钢带坯表面的氧化铁皮能够处于疏松状态，以使酸洗时提高氧化铁皮的去除质量以及去除速度，从而提高酸洗质量；同时合理的设置上、下辊之间的辊缝进行剥壳处理，一方面避免了上、下辊之间的辊缝过小，使得钢带坯在剥壳过程中运行阻力过大，增大收卷电机等负荷，；另一方面避免了上、下辊之间的辊缝过大，使得钢带坯在剥壳处理时其表面的氧化铁皮仍仅仅的包裹在其表面，影响酸洗的质量。
具体地本实施例的步骤二中采用温度为75～85℃，且质量浓度为18％～20％盐酸溶液进行酸洗，酸洗速度为60m/min；采用温度为70～80℃的热水进行清洗，采用亚硝酸钠溶液进行钝化处理，钝化液的PH值为8～9，钝化速度为60m/min。
由于钢带坯依次进行酸洗、清洗、钝化、牵引、打卷成钢带卷，此时钢带坯在酸洗、清洗、钝化、牵引、打卷时其运行的速度是相同的，本实施例通过合理的酸洗温度、酸的质量浓度、酸洗速度，以及合理的清洗、钝化的工艺参数设置，使得钢带坯经过酸洗、清洗、钝化后其表面具有良好的保护膜。
本实施例采用盐酸对钢带坯进行酸洗时，其与氧化铁皮反应容易，反而与铁本身反应慢，故不容易发生“过酸洗”现象，使用盐酸酸洗时产生的氢气较少，故“氢脆”现象较轻，同时由于铁的各种氧化物在盐酸中的溶解度较小，因此控制好一定的铁盐含量，还可以增加盐酸的酸洗速度，以提高生产率。
步骤三、轧制：将步骤二中的钢带卷进行三次连续轧制，轧制过程压下分配量为2.5/2.75mm-1.9mm-1.45mm-1.3mm，此处表示钢带卷进行三次连续轧制时第一道次其厚度由2.5/2.75mm轧制到1.9mm，第二道次其厚度由1.9mm轧制到1.45mm，第三道次其厚度由1.45mm轧制到1.3mm，三次轧制的轧辊凸度依次为0.09mm、0.06mm、0.025mm，第一次轧制时上、下工作辊的凸度均为0.09mm，第二次轧制时上、下工作辊的凸度均0.06mm，第三次轧制时上、下工作辊的凸度均0.025mm；此处三道轧制的压下量分别为0.6mm/0.85mm-0.45mm-0.15mm，且钢带在轧制过程中的板型平直镰刀弯不超过2mm/m，张力控制为5～6KN，乳化液的质量浓度不低于5％，本实施例通过合理的压下量分配、合理的张力控制、以及在轧制中合理的使用轧辊使得在经轧制的钢带卷板型良好，避免了由于轧制过程中工艺参数设置的不当，出现板型不良的问题，保证产品的表面质量以实现更大批量的批次生产。
具体地本实施例步骤三轧制前采用45～55℃的温度对轧辊进行预热，采用45～55℃的温度对轧辊进行预热使得钢带坯在轧制开始阶段与轧制过程中使得带材均匀性一致，进而保证了钢带坯具有优良的板型。
步骤四、退火：
退火前准备：将步骤三轧制后的钢带卷放入罩式炉体内，随后向罩式炉体内以10Nm3/h的流量冷吹通入氮气和氢气的混合气体，持续通入30min，且氮气和氢气混合气体通入的同时以相同的流量将罩式炉体内的气体排出，此过程中向罩式炉体内冷吹通入氮气和氢气的混合气体使得罩式炉体内的氧气排出，在加热阶段时一方面避免了氧气氧化钢带卷表面，另一方面避免氧气和氢气反应发生爆炸现象，带来危险。
加热阶段：吊放热外罩，先减少氮气和氢气的混合气体通入流量至0.5Nm3/h，5分钟后调整流量至12Nm3/h，加热7～8小时使罩式炉内的温度达到670℃，加热过程中以12Nm3/h的流量持续通入氮气和氢气的混合气体，且在加热阶段氮气和氢气混合气体通入的同时以相同的流量将罩式炉体内的气体排出，加热阶段时氮气和氢气的混合气体，加热时混合气体在罩式炉风机的作用下，在罩式炉内罩中形成稳定的气流，其可环绕在钢带卷的周围，氮气和氢气作为传热介质将热外罩的热量传递给钢带卷，钢带卷在缓慢的加热速度下受热，同时氢气密度小、动力粘度小且具有还原性，可使得钢带卷周围受热均匀有效且受热快。
保温阶段：以670℃的温度，对钢带卷保温17～18小时，使得钢带卷从里至外均达到所需的温度，以获得所需的相变组织，并以12Nm3/h的流量持续通入氮气和氢气的混合气体，且氮气和氢气混合气体通入的同时以相同的流量将罩式炉体内的气体排出。
冷却阶段：在炉内冷却10-16小时后，当罩内温度达到500～550℃时进行撑外罩，然后进行水冷和风冷，当钢带卷冷却至75～85℃时出炉，冷却过程中以10Nm3/h的流量持续通入氮气和氢气的混合气体直至钢带卷出炉，且氮气和氢气混合气体通入的同时以相同的流量将罩式炉体内的气体排出。
步骤四退火中的混合气体均是由体积百分比为25％的氮气和体积百分比为75％的氢气。
在退火阶段时氮气和氢气混合气体通入的同时以相同的流量将罩式炉体内的气体排出，通过此操作使得进一步改善钢带表面的质量，钢带表面的的油污、杂质等在加热过程中逐渐碳化，碳化后的油污、杂质会随混合气体的流动而充满罩式炉内，使得罩式炉内布满灰尘，影响钢带表面质量。
此退火过程中使得经过冷变形的钢带卷在合适的加热速度、保温温度、保温时间的工艺参数设置下，钢带卷的内外温度一致，使得钢带卷结晶质量及晶化程度高，晶粒均匀长大，改善了冷变形钢带卷的组织结构，且经过合理的冷却速度，最终使其塑性、韧性等机械性能提高，且表面、光滑无麻点，使其具有良好的电镀性能、焊接性能，以满足气弹簧直缝焊管的需求。
步骤五：精轧：将步骤四退火后的钢带卷进行精轧，其压下时钢带卷的厚度由1.3mm轧制到1.15mm，轧辊凸度为0.04～0.06mm，轧辊凸度表示轧制时上、下工作辊的凸度，且上、下工作辊的凸度相等，在钢带精轧过程中板型平直镰刀弯不超2mm/m，张力控制为5～6KN，乳化液的质量浓度不低于2.5％。
步骤六：检验分条：将钢带卷分条成钢带。
步骤七：焊管：将步骤六中的钢带挤压成直缝钢管毛坯；然后再高频焊接机上对直缝钢管毛坯进行焊接；最后将对应的R成型刀头装入刀架对直缝钢管进行焊接后处理，此处R成型刀头对直缝钢管进行接触处焊疤清除处理；在步骤七中采用高频感应加热进行焊接，高频焊接机输出直流电，输出电压为18000V，直缝钢管毛坯焊接时的焊接速度为55～60m/min，开合角为2°～5°，阻抗器为Φ36mm×(150-160)mm规格的磁棒。
本实施例根据具体情况设置直缝钢管毛坯的开合角为2°～5°，一方面有效地避免了开合角过小时，预热段和熔融段变长，使得闪光过程不稳定，过梁爆坡后容易形成深坑和针孔，难以压合的现象，另一方面避免了开合角过大时，焊接效率下降，功率消耗增加、开合角太大使管的边缘拉长，产生波浪形折皱的现象。
本实施例采用感应焊，由于感应圈不与直缝钢管毛坯接触，所以直缝钢管不存在磨损，且其感应电流较为稳定，保证了焊接时的稳定性，焊接时钢管的表面质量好，焊缝平整。
直缝钢管毛坯焊接时的焊接速度为55～60m/min，在焊接时焊接速度提高时，有利于缩短热影响区，有利于从熔融坡口挤出氧化层；反之，当焊接速度很低时，热影响区变宽，会产生较大的焊接毛刺，氧化层增厚，焊缝质量变差。
本实施例根据具体情况合理设置焊接工艺参数，有效的提高了直缝钢管的焊接质量，其焊缝平整、致密。
步骤八：剪切步骤七直缝钢管规格为1.15*Ф50*5900，并检验包装入库。
本实施例的直缝钢管，由钢带坯机械加工到热处理再到最终的焊接成钢管，各个过程的参数设置层层相扣，相辅相成，最终使得直缝钢管具有优良的拉伸性能、电镀性能，且其焊缝焊接质量好，能够承受精密气弹簧的工作需求。

Claims (9)

1.一种精密气弹簧直缝焊管的制造方法，其特征在于，采用的工艺路线为：
原料检验—酸洗—轧制—退火—精轧—检验分条—焊管—检验包装入库；
具体步骤为：
步骤一、原料检验：选择规格为2.5/2.75*317的08AL钢带坯；
步骤二、酸洗：将步骤一的钢带坯吊上上料机，并将其送至导向辊进行矫直，切除料头，将钢带与牵引带焊接平整，随后对钢带坯依次进行酸洗、清洗、钝化、牵引、打卷成钢带卷；
步骤三、轧制：将步骤二中的钢带卷进行三次连续轧制，轧制过程压下分配量为2.5/2.75mm-1.9mm-1.45mm-1.3mm，三次轧制的轧辊凸度依次为0.09mm、0.06mm、0.025mm；
步骤四、退火：
退火前准备：将步骤三轧制后的钢带卷放入罩式炉体内，随后向罩式炉体内以10Nm3/h的流量通入氮气和氢气的混合气体，持续通入30min，且氮气和氢气混合气体通入的同时以相同的流量将罩式炉体内的气体排出；
加热阶段：吊放热外罩，先减少氮气和氢气的混合气体通入流量至0.5Nm3/h，5分钟后调整流量至12Nm3/h，加热7～8小时使罩式炉内的温度达到670℃，加热过程中以12Nm3/h的流量持续通入氮气和氢气的混合气体，且在加热阶段氮气和氢气混合气体通入的同时以相同的流量将罩式炉体内的气体排出；
保温阶段：以670℃的温度，对钢带卷保温17～18小时，并以12Nm3/h的流量持续通入氮气和氢气的混合气体，且氮气和氢气混合气体通入的同时以相同的流量将罩式炉体内的气体排出；
冷却阶段：在炉内冷却10-16小时后，当罩内温度达到500～550℃时进行撑外罩，然后进行水冷和风冷，当钢带卷冷却至75～85℃时出炉，冷却过程中以10Nm3/h的流量持续通入氮气和氢气的混合气体直至钢带卷出炉，且氮气和氢气混合气体通入的同时以相同的流量将罩式炉体内的气体排出；
步骤五：精轧：将步骤四退火后的钢带卷进行精轧，其压下时钢带卷的厚度由1.3mm轧制到1.15mm，轧辊凸度为0.04～0.06mm；
步骤六：检验分条：将钢带卷分条成钢带；
步骤七：焊管：将步骤六中的钢带挤压成直缝钢管毛坯；然后在高频焊接机上对直缝钢管毛坯进行焊接；最后对直缝钢管进行焊接后处理；
步骤八：剪切步骤七直缝钢管规格为1.15*Ф50*5900，并检验包装入库。
2.根据权利要求1所述的一种精密气弹簧直缝焊管的制造方法，其特征在于：步骤二酸洗前对钢带坯进行剥壳处理，剥壳处理时使得上、下辊之间的辊缝比钢带坯的厚度小0.1mm。
3.根据权利要求1所述的一种精密气弹簧直缝焊管的制造方法，其特征在于：在步骤二中采用温度为75～85℃，且质量浓度为18％～20％盐酸溶液进行酸洗，酸洗速度为60m/min；采用温度为70～80℃的热水进行清洗，采用亚硝酸钠溶液进行钝化处理，钝化液的PH值为8～9，钝化速度为60m/min。
4.根据权利要求1所述的一种精密气弹簧直缝焊管的制造方法，其特征在于：步骤三轧制前采用45～55℃的温度对轧辊进行预热。
5.根据权利要求1所述的一种精密气弹簧直缝焊管的制造方法，其特征在于：在步骤三中钢带在轧制过程中的板型平直镰刀弯不超过2mm/m，张力控制为5～6KN，乳化液的质量浓度不低于5％。
6.根据权利要求1所述的一种精密气弹簧直缝焊管的制造方法，其特征在于：步骤四退火中氮气的体积百分比为25％，氢气的体积百分比为75％。
7.根据权利要求1所述的一种精密气弹簧直缝焊管的制造方法，其特征在于：步骤五在钢带精轧过程中板型平直镰刀弯不超2mm/m，张力控制为5～6KN，乳化液的质量浓度不低于2.5％。
8.根据权利要求1所述的一种精密气弹簧直缝焊管的制造方法，其特征在于：在步骤七中采用高频感应加热进行焊接，高频焊接机的输出电压为18000V。
9.根据权利要求8所述的一种精密气弹簧直缝焊管的制造方法，其特征在于：在步骤七中直缝钢管毛坯焊接时的焊接速度为55～60m/min，开合角为2°～5°，阻抗器为Φ36mm×(150-160)mm规格的磁棒。
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