CN109201770A - 一种大口径超长铜盘管的加工方法 - Google Patents

一种大口径超长铜盘管的加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大口径超长铜盘管的加工方法，步骤一熔铸，将铜基合金熔化凝固为实心的铜铸锭；步骤二挤压，将铜铸锭挤压成圆管坯；步骤三轧制，将圆管坯轧制成轧制坯管；步骤四联合拉拔，采用游动芯头工序将轧制坯管分四道次拉拔，每道次拉拔中，拉拔模角均设置为30°，游动芯头角度均为22°，每道次拉拔完成后，轧制坯管经过一打卷机进行打卷，进入下一道次拉拔时，打卷后的轧制坯管经过一开卷机进行校直，完成最后一道次拉拔形成成品管；步骤五退火，成品管采用气体保护通过式二频退火炉进行边通过边退火方式进行退火，退火温度为520‑550°，成品管的通过速度≤2mm/min；步骤六缠绕，将退火后的成品管进行缠绕。该方法可加工大口径超长铜盘管。

Description

一种大口径超长铜盘管的加工方法
技术领域
本发明涉及有色金属加工技术领域，具体涉及一种大口径超长铜盘管的加工方法。
背景技术
核聚变-人造太阳是目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一，中国、德国、法国、美国、日本等十几个国家均参与其中。在该项目中，需要应用一种高强超导材料产品-铜盘管，此产品不但要求材料的超导性强(材料处于超导态时电阻率为零)，而且还要求其具有大口径大长度的规格。
铜盘管加工方法中，管材拉拔、成品管退火及缠绕是必不可少的。
关于管材拉拔工序：在传统的管材拉拔工序中，如果采用的是直条拉拔固定芯杆拉拔工艺，该工艺中，芯杆的设计长度和产品的长度相同，如果要生产上述的超长铜盘管，那么芯杆的长度必须要达到与超长铜盘管同样的长度，很明显，该拉拔方式是无法实现的；而采用游动芯头拉拔模具工艺拉拔时，目前采用的游动芯头拉拔铜管，只能用于外径小于35mm以下，壁厚范围为0.3-3mm的铜管拉拔，仍无法解决大口径超长铜盘管的拉拔。
关于成品管退火及缠绕工序：传统的退火方式如钟罩炉、井式炉、辊底式退火，在退火时，将管材置于炉中，进行退火，一般来说，退火炉的长度为7-8m,而该铜盘管的长度要求很长，由此，上述传统的退火方式无法解决超长铜盘管的退火需求。
因此，如何提供一种能加工出大口径超长铜盘管的加工方法便成为了本领域技术人员急需解决的技术问题。
发明内容
本发明解决的技术问题在于能加工出大口径超长铜盘管。
本发明提供了一种大口径超长铜盘管的加工方法，包括如下步骤：
步骤一：熔铸，选取铜基合金作为原材料，将所述铜基合金熔化凝固为实心的铜铸锭；
步骤二：挤压，将所述铜铸锭挤压成圆管坯；
步骤三：轧制，将所述圆管坯轧制成轧制坯管；
步骤四：联合拉拔，采用游动芯头工序将所述轧制坯管分四道次拉拔，每道次拉拔中，拉拔模角均设置为30°，所述游动芯头角度均为22°，每道次拉拔完成后，所述轧制坯管经过一打卷机进行打卷，进入下一道次拉拔时，打卷后的所述轧制坯管经过一开卷机进行校直，完成最后一道次拉拔形成成品管；
步骤五：退火，所述成品管采用气体保护通过式二频退火炉进行边通过边退火方式进行退火，退火温度为520-550°，所述成品管的通过速度≤2mm/min；
步骤六：缠绕，将退火后的所述成品管进行缠绕。
作为优选，步骤一中，所述铜基合金符合GB/T467-2010高纯阴极铜(Cu—CATH—1)标准，铜纯度可达到99.995％，把所述铜基合金剪切成块状并装入真空电子束熔炉的送料机构，待进入所述电子束熔炉后，抽至高真空后送电，进行电子束精炼，熔化后的铜熔体落入定向凝固装置—石墨坩埚，经过冷却凝固形成所述铜铸锭，所述铜铸锭直径为440mm，每节所述铜铸锭锯切长度670mm。
作为优选，步骤一完成后，采用工频加热炉对所述铜铸锭进行加热，步骤二中，采用4000吨卧式水封挤压机及配套的挤压模穿孔针对加热的所述铜铸锭进行管材挤压，挤压速度控制在20～45mm/s，挤压总加工率控制在90～97％之间，挤压时先将加热好的所述铜铸锭送进挤压筒内，在所述铜铸锭的后面放一个圆环形的挤压垫，使挤压轴推着所述挤压垫和所述铜铸锭向前运动，穿过挤压模孔与所述穿孔针形成的圆环而形成所述圆管坯，所述圆管坯规格为Φ120*15mm。
作为优选，步骤三中，将所述圆管坯轧制成规格为Φ82*9mm的所述轧制坯管，轧制时，先将芯棒穿入到所述圆管坯的内部，使所述芯棒与轧管机孔型处于设计的正确位置，再将所述圆管坯逐步送进到周期往返运动的孔型中进行轧制，轧制周期为：送进-正轧-回轧，轧制送进量为2-8mm。
作为优选，步骤四中，分道次拉拔时，所述轧制管坯规格为Φ82*9*40000mm，每道次加工率控制在20～30％，拉拔完成形成的所述成品管的规格为Φ46.2*6.1*100000mm。
作为优选，步骤六中，所述成品管缠绕成平行盘状，所述盘状的盘外径为Φ1000mm。
作为优选，步骤一与步骤二之间，对所述铜铸锭进行检测，分析铜含量、氧含量及各种杂质含量。
作为优选，步骤二与步骤三之间，对所述圆管坯进行尺寸公差和表面质量检查，并对检查出的质量问题进行修整。
作为优选，步骤四与步骤五之间，对所述成品管公差尺寸表面质量进行检查，发现有不合格品，需做好标志，并进行隔离存放。
作为优选，步骤六完成后，按产品技术要求的各项指标对退火后的所述成品管进行最终检测，所述指标包括产品尺寸公差、表面质量、化学成分、机械性能，检测合格后进行包装入库。
本发明的一种大口径超长铜盘管的加工方法，具有以下技术效果：
一种大口径超长铜盘管的加工方法，在步骤四中，将拉拔模角设计为30°，游动芯头角度为22°，可实现稳定的游动芯头拉拔，以解决现有的游动芯头无法实现大口径超长铜盘管拉拔的问题；同时，对轧制坯管进行打卷开卷的设置，可节省生产场地空间，降低生产成本。在步骤五中，成品管采用气体保护通过式二频退火炉进行边通过边退火方式进行退火，退火温度为520-550°，所述成品管的通过速度≤2mm/min，设置合理的通过速度和退火温度，保证成品管可以一边通过退火炉一边完成退火过程，如此一来，便不会受到如传统退火炉内部空间的局限，可实现超长铜盘管的退火需求。
作为优选，步骤三中，将所述圆管坯轧制成规格为Φ82*9mm的所述轧制坯管，轧制时，先将芯棒穿入到所述圆管坯的内部，使所述芯棒与轧管机孔型处于设计的正确位置，再将所述圆管坯逐步送进到周期往返运动的孔型中进行轧制，轧制周期为：送进-正轧-回轧，轧制送进量为2-8mm。经过该工序，轧制的加工率相当于四次拉伸加工率的总和，轧制后的管材内外表面光滑无划伤、管材壁厚偏差小于6％。
作为优选，步骤一与步骤二之间、步骤二与步骤三之间、步骤四与步骤五之间、步骤六完成后，均有相应的检查工序，可确保该铜盘管的质量。
具体实施方式
本发明目的是提供一种能加工出大口径超长铜盘管的加工方法。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明
本发明中，一种大口径超长铜盘管的加工方法，包括如下步骤：
步骤一：熔铸，选取铜基合金作为原材料，将铜基合金熔化凝固为实心的铜铸锭；
步骤二：挤压，将铜铸锭挤压成圆管坯；
步骤三：轧制，将圆管坯轧制成轧制坯管；
步骤四：联合拉拔，采用游动芯头工序将轧制坯管分四道次拉拔，每道次拉拔中，拉拔模角均设置为30°，游动芯头角度均为22°，每道次拉拔完成后，轧制坯管经过一打卷机进行打卷，进入下一道次拉拔时，打卷后的轧制坯管经过一开卷机进行校直，完成最后一道次拉拔形成成品管；
步骤五：退火，成品管采用气体保护通过式二频退火炉进行边通过边退火方式进行退火，退火温度为520-550°，成品管的通过速度≤2mm/min；
步骤六：缠绕，将退火后的成品管进行缠绕。
在步骤四中，将拉拔模角设计为30°，游动芯头角度为22°，可实现稳定的游动芯头拉拔，以解决现有的游动芯头无法实现大口径超长铜盘管拉拔的问题；同时，对轧制坯管进行打卷开卷的设置，可节省生产场地空间，降低生产成本。在步骤五中，成品管采用气体保护通过式二频退火炉进行边通过边退火方式进行退火，退火温度为520-550°，所述成品管的通过速度≤2mm/min，设置合理的通过速度和退火温度，保证成品管可以一边通过退火炉一边完成退火过程，如此一来，便不会受到如传统退火炉内部空间的局限，可实现超长铜盘管的退火需求。
一种具体实施方式中，为加工出规格为Φ46.2*6.1*100000mm的大口径超长铜盘管(高纯无氧铜C10100)，具体步骤如下：
步骤一中，选取的铜基合金需符合“GB/T467-2010高纯阴极铜(Cu—CATH—1)标准”，其铜纯度可达到99.995％。该步骤中，把铜基合金剪切成块状并装入真空电子束熔炉的送料机构，待进入电子束熔炉后，抽至高真空后送电，进行电子束精炼，熔化后的铜熔体落入定向凝固装置—石墨坩埚，经过冷却凝固形成铜铸锭，铜铸锭直径为440mm，每节铜铸锭锯切长度670mm。
应当理解的是，上述铜铸锭的规格尺寸不限于此，如果需要加工为其他规格的大口径超长铜盘管，则铜铸锭的规格尺寸可以根据具体工艺进行相应调整。
步骤一完成后，需采用工频加热炉对铜铸锭进行加热，步骤二中，采用4000吨卧式水封挤压机及配套的挤压模穿孔针对加热的铜铸锭进行管材挤压，挤压速度控制在20～45mm/s，挤压总加工率控制在90～97％之间，挤压时先将加热好的铜铸锭送进挤压筒内，在铜铸锭的后面放一个圆环形的挤压垫，使挤压轴推着挤压垫和铜铸锭向前运动，穿过挤压模孔与穿孔针形成的“圆环”而形成圆管坯，圆管坯规格为Φ120*15mm。
步骤三，将圆管坯轧制成规格为Φ82*9mm的轧制坯管，轧制时，先将芯棒穿入到圆管坯的内部，使芯棒与轧管机孔型处于设计的正确位置，再将圆管坯逐步送进到周期往返运动的孔型中进行轧制，轧制周期为：送进-正轧-回轧，轧制送进量为2-8mm，经过该工序，轧制的加工率相当于四次拉伸加工率的总和，轧制后的管材内外表面光滑无划伤、管材壁厚偏差小于6％。
步骤四，分道次拉拔时，轧制管坯规格为Φ82*9*40000mm，每道次加工率控制在20～30％，拉拔完成形成的成品管的规格为Φ46.2*6.1*100000mm。
步骤五，退火，成品管采用气体保护通过式二频退火炉进行边通过边退火方式进行退火，退火温度为520-550°，成品管的通过速度≤2mm/min。
步骤六，将成品管缠绕成平行盘状，盘状的盘外径为Φ1000mm。
进一步，该具体实施方式中，步骤一与步骤二之间，对所述铜铸锭进行检测，分析铜含量、氧含量及各种杂质含量。
进一步，该具体实施方式中，步骤二与步骤三之间，对所述圆管坯进行尺寸公差和表面质量检查，并对检查出的质量问题进行修整。
进一步，该具体实施方式中，步骤四与步骤五之间，对所述成品管公差尺寸表面质量进行检查，发现有不合格品，需做好标志，并进行隔离存放。
进一步，该具体实施方式中，步骤六完成后，按产品技术要求的各项指标，如：产品尺寸公差，表面质量，化学成分，机械性能等，对退火后的所述成品管进行最终检测，检测合格后进行包装入库。
步骤一与步骤二之间、步骤二与步骤三之间、步骤四与步骤五之间、步骤六完成后，均有相应的检查工序，可确保该铜盘管的质量。
应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。因此，尽管本说明书和实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改变，其均应涵盖在本发明专利的保护范围当中。

Claims (10)

1.一种大口径超长铜盘管的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：熔铸，选取铜基合金作为原材料，将所述铜基合金熔化凝固为实心的铜铸锭；
步骤二：挤压，将所述铜铸锭挤压成圆管坯；
步骤三：轧制，将所述圆管坯轧制成轧制坯管；
步骤四：联合拉拔，采用游动芯头工序将所述轧制坯管分四道次拉拔，每道次拉拔中，拉拔模角均设置为30°，所述游动芯头角度均为22°，每道次拉拔完成后，所述轧制坯管经过一打卷机进行打卷，进入下一道次拉拔时，打卷后的所述轧制坯管经过一开卷机进行校直，完成最后一道次拉拔形成成品管；
步骤五：退火，所述成品管采用气体保护通过式二频退火炉进行边通过边退火方式进行退火，退火温度为520-550°，所述成品管的通过速度≤2mm/min；
步骤六：缠绕，将退火后的所述成品管进行缠绕。
2.根据权利要求1所述的一种大口径超长铜盘管的加工方法，其特征在于，步骤一中，所述铜基合金符合GB/T467-2010高纯阴极铜(Cu—CATH—1)标准，铜纯度可达到99.995％，把所述铜基合金剪切成块状并装入真空电子束熔炉的送料机构，待进入所述电子束熔炉后，抽至高真空后送电，进行电子束精炼，熔化后的铜熔体落入定向凝固装置—石墨坩埚，经过冷却凝固形成所述铜铸锭，所述铜铸锭直径为440mm，每节所述铜铸锭锯切长度670mm。
3.根据权利要求2所述的一种大口径超长铜盘管的加工方法，其特征在于，步骤一完成后，采用工频加热炉对所述铜铸锭进行加热，步骤二中，采用4000吨卧式水封挤压机及配套的挤压模穿孔针对加热的所述铜铸锭进行管材挤压，挤压速度控制在20～45mm/s，挤压总加工率控制在90～97％之间，挤压时先将加热好的所述铜铸锭送进挤压筒内，在所述铜铸锭的后面放一个圆环形的挤压垫，使挤压轴推着所述挤压垫和所述铜铸锭向前运动，穿过挤压模孔与所述穿孔针形成的圆环而形成所述圆管坯，所述圆管坯规格为Φ120*15mm。
4.根据权利要求3所述的一种大口径超长铜盘管的加工方法，其特征在于，步骤三中，将所述圆管坯轧制成规格为Φ82*9mm的所述轧制坯管，轧制时，先将芯棒穿入到所述圆管坯的内部，使所述芯棒与轧管机孔型处于设计的正确位置，再将所述圆管坯逐步送进到周期往返运动的孔型中进行轧制，轧制周期为：送进-正轧-回轧，轧制送进量为2-8mm。
5.根据权利要求4所述的一种大口径超长铜盘管的加工方法，其特征在于，步骤四中，分道次拉拔时，所述轧制管坯规格为Φ82*9*40000mm，每道次加工率控制在20～30％，拉拔完成形成的所述成品管的规格为Φ46.2*6.1*100000mm。
6.根据权利要求5所述的一种大口径超长铜盘管的加工方法，其特征在于，步骤六中，所述成品管缠绕成平行盘状，所述盘状的盘外径为Φ1000mm。
7.根据权利要求1所述的一种大口径超长铜盘管的加工方法，其特征在于，步骤一与步骤二之间，对所述铜铸锭进行检测，分析铜含量、氧含量及各种杂质含量。
8.根据权利要求1所述的一种大口径超长铜盘管的加工方法，其特征在于，步骤二与步骤三之间，对所述圆管坯进行尺寸公差和表面质量检查，并对检查出的质量问题进行修整。
9.根据权利要求1所述的一种大口径超长铜盘管的加工方法，其特征在于，步骤四与步骤五之间，对所述成品管公差尺寸表面质量进行检查，发现有不合格品，需做好标志，并进行隔离存放。
10.根据权利要求1所述的一种大口径超长铜盘管的加工方法，其特征在于，步骤六完成后，按产品技术要求的各项指标对退火后的所述成品管进行最终检测，所述指标包括产品尺寸公差、表面质量、化学成分、机械性能，检测合格后进行包装入库。
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