CN107262550B - 一种铝铝复合管的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铝铝复合管的制造方法。其技术方案：步骤一、选用铝或铝合金管作为内层，选用铝合金带作为外层；步骤二、用金属刷分别刷毛所述内层和外层的接触面；步骤三、所述外层包覆所述内层，且所述外层在圆周上形成搭接接头，对所述外层的搭接接头用单个或多个超声波焊轮焊接，得到铝铝复合管管坯；步骤四、在常温状态下对所述的铝铝复合管管坯进行直线拉拔，所述直线拉拔的总延伸系数是5～20，所述直线拉拔的壁厚减薄率是50～95％。采用上述技术方案后，铝铝复合管加工成本低、工艺流程短、复合材料厚度均匀、复合管的内外层界面冶金结合良好。

Description

一种铝铝复合管的制造方法

技术领域

本发明涉及一种铝铝复合管的制造方法，其主要用于制造具有冶金结合层的铝铝复合管，属于金属管材加工方法技术领域。

背景技术

铝铝复合管可以用作空调配管、空调连接管等。铝铝复合管中的内铝层被用作传递流体，铝铝复合管中的外铝层与大气、水汽及可能的腐蚀介质接触。内外铝层一起，可以起到最佳功能性材料作用。铝铝复合管是一种理想的空调配管、连接管，具有广阔的市场前景。

铝铝复合管的另一种用途就是用于空调、换热器的集流管。当用作集流管的铝铝复合管，其外层采用钎料，如4045,4343等铝硅合金，其内层使用穿孔挤压工艺或使用分流模挤压工艺所制造的铝管。用于钎焊时，外层的铝钎料熔化，但内层的基体铝管因熔点高并不熔化，熔化的钎料铺展在基体铝管上，靠毛细作用及重力作用填满基体铝管与所焊接的管件及配件的间隙。

另，铝的比重为2.7，熔点为660℃。铝在常温下表面始终有氧化膜存在。而这种氧化膜及内外层间的清洁度对两层金属间的结合影响很大，尤其是使该两种金属在界面上达到冶金结合难度更大。

铝铝复合管界面的冶金结合非常重要。因为在使用中要对管材进行冲压、弯管、扩口、打孔和涨管等后续加工，冶金结合的界面可以保证在这种加工过程中不会产生铝铝界面的脱离和破损。另外,达不到冶金结合的铝铝复合管在退火过程中会产生起泡的现象,这种现象也是一种铝铝界面的脱离,任何铝铝界面的脱离都会影响产品的品质,都会产生严重的质量事故。

中国专利申请号201010179221.1，申请名称：一种铝合金复合管的加工方法，公开了一种铝合金复合管的制造方法。该方法主要内容：采用先挤压铝合金外层套管，内表填充剥皮后的实心锭，然后通过热盈法装入。随后采用反向挤压制成复合管，再经过拉伸等加工方法制成各种规格的成品复合管。这种方法的优点是内层管为无缝管，耐压高，安全性好。但由于挤压时金属流动不是完全均匀的，挤压后的管材外部钎料层厚度不均，影响热交换器的焊接质量。目前应用量很少。

目前市场上广泛使用的铝铝复合管是沿用了数十年的高频焊接工艺，这是一种采用加工工艺复杂的铝铝复合带，经管成形后进行高频焊接形成的铝铝复合管。但在高频对缝焊接时为保障焊接质量，就必须对焊缝施加挤压力，因此不可避免地在焊缝的内外表面出现焊接毛刺，该毛刺可以在线刮除，形成光滑的内外表面。但就集流管而言，由于外包覆层一般只有总壁厚的10％，在刮除外毛刺时，会将外包覆层金属也同时刮掉一部分，从而造成焊缝外表面的包覆层减薄现象。而减薄的复合层在焊接换热器组件时，往往会在该处形成漏焊点造成整体部件报废。因此在焊接现场，不得不花费大量的人力对焊缝进行标注，让焊缝处于冲压孔或主要焊接工作面的对面来避免出现可能的缺陷。这是困扰热交换器行业多年的难题。另一方面，由于集流管是焊管，而焊接时为了少出毛刺、尽量少刮掉外层钎料层，焊接时不能施加太大的挤压力，因此造成焊缝的焊接质量不佳，因此带来复合管的抗爆破压力不足。

所以，如何寻找到制品的泄漏率低、工艺流程短、设备投资少、焊料层均匀价格低廉的无缝管的生产方法，成为本领域技术人员的攻关方向，本发明人经过十多年的努力，在上述现有技术的基础上，发明出本专利的生产方法，克服了现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种铝铝复合管的制造方法，其加工成本低、工艺流程短、复合材料厚度均匀、结合面为牢固的原子间金属键结合。需要指出的是，本发明所述的内层宜使用穿孔挤压工艺或使用分流模挤压工艺所制造的铝管，内外表面看不到焊接焊缝，其区别于用带材焊接而成的有缝管。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种铝铝复合管的制造方法，其特征在于，所述制造方法的步骤如下：步骤一、选用铝或铝合金管作为内层，选用铝合金带作为外层；步骤二、用金属刷分别刷毛所述内层和外层的接触面；步骤三、所述外层包覆所述内层，且所述外层在圆周上形成搭接接头，对所述外层的搭接接头用超声波焊轮焊接，得到铝铝复合管管坯；步骤四、在常温状态下对所述的铝铝复合管管坯进行直线拉拔，所述直线拉拔的总延伸系数是5～20，所述直线拉拔的壁厚减薄率是50～95％。

进一步，所述搭接接头的宽度是0.2～10mm，所述超声波焊轮的宽度是1～20mm，所述超声波焊轮的直径是10～300mm，所述超声波焊轮焊接的压力是0.05～0.5MPa。

更进一步，所述铝合金带的边部设有坡口，所述坡口的角度是1～80°，所述坡口的长度是0.2～10mm。

进一步，所述内层是使用穿孔挤压工艺或使用分流模挤压工艺所制造的纯铝管、3003铝合金管或6063铝合金管；所述外层是4045铝合金带、4045+1％Zn铝合金带、4343铝合金带、4043+1％Zn铝合金带、7072铝合金带或3003+1％Zn铝合金带。

进一步，所述外层与内层的厚度比例为1:20～1:5。

进一步，所述搭接接头的超声波焊轮焊接是采用2～3台超声波焊机所完成的。

采用上述技术方案后的有益效果：

1、避免加工中出现毛刺等缺陷

采用超声波焊轮焊接等步骤加工而成的铝铝复合管，有效避免在管内外表面出现焊接毛刺，形成光滑的内外表面。

2、加工后的管道能承受较大的压力

一方面，复合管的内层基管使用穿孔挤压工艺或使用分流模挤压工艺所制造的铝管，其抗爆破压力比现有焊管显著提高。

另一方面，采用超声波焊轮焊接等步骤加工而成的铝铝复合管，外层焊接处采用搭接接头，确保搭接接头与基体实现同等强度，加工后的管道能承受较大的压力。

3、加工后的管道工艺性能佳

采用超声波焊轮焊接的外层铝管，焊接的搭接接头内的界面为冶金结合，搭接接头内的变形铝形成了再结晶状态，非常适合后续的大变形拉拔加工。用超声波焊接方法使铝铝结合在一起，避免了传统工艺焊缝熔融焊接所导致的接头铸态化而引起的脆性，提高了焊缝后续加工性能。

4、实现铝铝接触面的冶金结合

一方面，采用超声波焊轮焊接的外层铝管，焊接的搭接接头内的界面为冶金结合。

另一方面，采用直线拉拔，使得铝铝接触面上能迅速暴露出新鲜的铝层。铝铝复合管在通过拉拔模时会产生一定的变形热。这有助于内外层间的相互扩散，通过特定的直线拉拔，这种热量会产生累加效应，达到理想的冶金结合效果，铝铝复合管结合面是牢固的原子间金属键结合。

5、优化工艺流程，降低铝铝复合管的加工成本，且复合材料厚度均匀。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对发明作进一步详细地说明。

实施例一

一种铝铝复合管的制造方法，所述制造方法的步骤如下：

步骤一、选用铝或铝合金管作为内层，选用铝合金带作为外层；

步骤二、用金属刷分别刷毛所述内层和外层的接触面；

步骤三、所述外层包覆所述内层，且所述外层在圆周上形成搭接接头，对所述外层的搭接接头用超声波焊轮焊接，得到铝铝复合管管坯；

步骤四、在常温状态下对所述的铝铝复合管管坯进行直线拉拔，所述直线拉拔的总延伸系数是5～20，所述直线拉拔的壁厚减薄率是50～95％。

步骤一中的铝或铝合金管优选：纯铝管、3003为代表的3系列铝合金管或6063为代表的6系列铝合金管。该铝或铝合金管最好是采用穿孔挤压工艺或分流模挤压工艺所制造的铝管，该铝管是看不到内外焊缝的铝管，其区别于用带材焊接而成的焊接管。

步骤一中的铝合金带优选：4045铝合金带、4045+1％Zn铝合金带、4343铝合金带、4043+1％Zn铝合金带、7072铝合金带或3003+1％Zn铝合金带。

前述外层与内层的厚度比例优选：1:20～1:5。

具体说明：

步骤二中的金属刷能够但不限于钢丝刷，即：对内层和外层的接触表面进行刷毛处理，清除内层和外层接触表面的金属氧化层，使内层和外层的接触表面均露出内部金属。

步骤三中的外层包覆内层能采用多种成型方法。如：采用常规焊管机组的包覆辊轮成型方法，或采用外层合金带被牵引过多个圆模的简易成型方法。外层包覆内层在圆周上形成搭接接头，采用超声波焊轮对该搭接接头进行焊接，得到铝铝复合管管坯。

步骤四中的直线拉拔是在常温下进行的，其可以是单台直拉机直线拉拔，或多台直线拉拔机串联构成的多道次的连续直线拉拔。铝铝复合管管坯在通过拉拔模时会产生一定的变形热，该热量有助于铝铝间的相互扩散，多道次连续直线拉拔时，这种热量会产生累加效应，达到理想的冶金结合效果。

步骤四中直线拉拔的总延伸系数λ,直线拉拔的壁厚减薄率C，铝铝复合管管坯的管壁厚度S₁，铝铝复合管管坯的直径D₁，直线拉拔后铝铝复合管的管壁厚度S₂，直线拉拔后铝铝复合管的直径D₂，

实施例二

实施例二是在实施例一基础上的进一步改进：前述搭接接头的宽度是0.2～10mm，前述超声波焊轮的宽度是1～20mm，前述超声波焊轮的直径是10～300mm，前述超声波焊轮焊接的压力是0.05～0.5MPa。依据需要，前述焊轮表面用滚花、刻纹、电火花、粗砂轮打磨等工艺进行粗糙化处理。

优选：前述铝合金带边部设有坡口，前述坡口的角度是1～80°，前述坡口的长度是0.2～10mm。

为具体说明，本发明人进行了相关生产实验，实验如下：

实验1

内层采用Ф49.8×4.5mm的3003铝合金盘管，单根卷重600公斤。外层采用厚度为0.5mm的4045铝硅合金带。

将4045铝硅合金带和3003铝合金盘管的接触面刷毛；然后4045铝硅合金带包覆3003铝合金盘管，并用超声波焊轮对搭接接头进行焊接，其中：包覆过程中4045铝硅合金带搭接接头的宽度是3mm，超声波焊轮的宽度是5mm，超声波焊轮的直径是60mm，超声波焊轮焊接的压力是0.2MPa；最后经6道次连续直线拉拔至Ф20×1.15mm，成为合格的内外一体化的铝铝复合管。该铝铝复合管的内外层界面冶金结合良好，可取代高频焊管的集流管作为空调、热交换器的集流管使用。这种铝铝复合管单根管材超长,生产效率极高。比高频焊管集流管的成本下降20％以上。因为前述3003铝合金盘管是使用穿孔挤压工艺或使用分流模挤压工艺所制造的铝管，其抗爆破压力比焊管显著提高。由于外层焊料层比高频焊管均匀，避免了换热器制造过程中人工选择焊缝方向的麻烦。

实验2

内管采用Ф35×3mm的3003挤压铝盘管，单根卷重600公斤。外层采用厚度为0.3mm的7072铝合金带。

将7072铝合金带和3003挤压铝盘管的接触面刷毛；然后7072铝合金带包覆3003挤压铝盘管，并用超声波焊轮对搭接接头进行焊接，其中：包覆过程中7072铝合金带搭接接头的宽度是8mm，超声波焊轮的宽度是12mm，超声波焊轮的直径是120mm，超声波焊轮焊接的压力是0.3MPa；最后经6道次连续直线拉拔至Ф15.8×1mm，7072铝合金带和3003挤压铝盘管之间实现了冶金结合，成为合格的一体化的铝铝复合管。实现冶金结合后的复合管可以上盘拉机进行高速拉伸到各种规格的成品，亦能用于空调连接管及各种需要耐表面腐蚀的换热器用管。

实验3

内管采用Ф60×5.4mm的3003分流模挤压的铝盘管，单根卷重约600公斤。外层采用厚度为0.6mm的4343+1％Zn铝硅合金带。

将4343+1％Zn铝硅合金带边部碾压，形成坡口；然后将该铝硅合金带和3003挤压铝盘管的接触面刷毛，在然后该铝硅合金带包覆3003挤压铝盘管，并用超声波焊轮对搭接接头进行焊接，其中：包覆过程中铝硅合金带搭接接头的宽度是2mm，超声波焊轮的宽度是10mm，超声波焊轮的直径是50mm，超声波焊轮焊接的压力是0.15MPa；最后经7道次连续直线拉拔至Ф25×1.5mm，成为合格的内外一体化的铝铝复合管。该铝铝复合管的内外层界面冶金结合良好，在圆周上焊料层均匀，可取代高频焊管的集流管作为微通道热交换器的集流管使用。这种铝铝复合管单根管材超长,生产效率高。比高频焊管集流管的成本下降20％以上。因为3003挤压铝盘管是分流模挤压的类无缝管，其抗爆破压力比高频焊管显著提高。

实验4

内管采用Ф70×6.3mm的3003分流模挤压的铝管。外层采用厚度为0.7mm的4343+1％Zn铝硅合金带。

将4343+1％Zn铝硅合金带边部碾压，形成坡口；然后将该铝硅合金带和3003挤压铝管的接触面刷毛，在然后该铝硅合金带包覆3003挤压铝管，并用两台超声波的焊轮对搭接接头进行接力焊接，第一台超声波焊轮将包覆后的搭接区厚度滚焊到1.1mm厚，第二台超声波焊轮将搭接区厚度滚焊到约0.7mm厚，其中：包覆过程中铝硅合金带搭接接头的宽度是3.5mm，超声波焊轮的宽度是6mm，超声波焊轮的直径是70mm，超声波焊轮焊接的压力是0.1MPa；使用2台超声波焊机的直接效果是可以焊接包覆层厚度比较大的铝合金带，同时可以提高机组的焊接速度从而提高生产效率。最后经6道次连续直线拉拔至Ф32×1.8mm，成为合格的内外一体化的铝铝复合管。该铝铝复合管的内外层界面冶金结合良好，在圆周上焊料层均匀，可取代高频焊管的集流管作为微通道热交换器的集流管使用。

本发明不限于上述实施例，凡采用等同替换或等效替换形成的技术方案均属于本发明要求保护的范围。

Claims (4)

1.一种铝铝复合管的制造方法，其特征在于，所述制造方法的步骤如下：

步骤一、选用铝合金管作为内层，选用铝合金带作为外层；

步骤二、用金属刷分别刷毛所述内层和外层的接触表面，清除所述接触表面的金属氧化层，使所述内层和外层的接触表面均露出内部金属；

步骤三、所述外层包覆所述内层，且所述外层在圆周上形成搭接接头，对所述外层的搭接接头用超声波焊轮焊接，焊接的搭接接头内的界面为冶金结合，得到铝铝复合管管坯；

步骤四、在常温状态下对所述的铝铝复合管管坯进行直线拉拔，所述直线拉拔的总延伸系数是5～20，所述直线拉拔的壁厚减薄率是50～95％，使经过直线拉拔后的铝铝复合管结合面为冶金结合；

所述搭接接头的宽度是0.2～10mm，所述超声波焊轮的宽度是1～20mm，所述超声波焊轮的直径是10～300mm，所述超声波焊轮焊接的压力是0.05～0.5MPa；

所述内层是使用穿孔挤压工艺或使用分流模挤压工艺所制造的3003铝合金管或6063铝合金管；所述外层是4045铝合金带、4045+1％Zn铝合金带、4343铝合金带、4343+1％Zn铝合金带、7072铝合金带或3003+1％Zn铝合金带。

2.根据权利要求1所述的一种铝铝复合管的制造方法，其特征在于：所述铝合金带的边部设有坡口，所述坡口的角度是1～80°，所述坡口的长度是0.2～10mm。

3.根据权利要求1所述的一种铝铝复合管的制造方法，其特征在于：所述外层与内层的厚度比例为1:20～1:5。

4.根据权利要求1所述的一种铝铝复合管的制造方法，其特征在于：所述搭接接头的超声波焊轮焊接是采用2～3台超声波焊机所完成的。