CN109352282B - 一种大规格薄壁无缝管的生产方法 - Google Patents

一种大规格薄壁无缝管的生产方法 Download PDF

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Abstract

一种大规格薄壁无缝管的生产方法，其涉及无缝铝管生产技术领域，针对现有技术的不足，本发明新创焊接工艺采用异形铸锭生产此类大规格薄壁无缝管材，弥补了传统工艺的诸多缺点，为实现上述目的，本发明提供了2A12‑H112 Φ205×6生产工艺流程方案：熔炼→铸造→铸锭均匀化退火→锯切→焊接→挤压→张力矫直→检查→取样→锯切→成品检验→入库，新创异形铸锭不仅成功的解决了短铸锭无法上机的问题，而且攻克了挤压时铸锭与大针接触面较大导致二者之间摩擦力大以至于对大针回拉力大，易造成大针断裂的难题，焊接工艺加工异形铸锭相对于车削工艺不仅提高了材料利用率、节约了生产成本，而且缩短了生产周期，生产效率提高了一倍。

Description

一种大规格薄壁无缝管的生产方法
技术领域
本发明涉及无缝铝管生产技术领域，特别是涉及一种大规格薄壁无缝管的生产方法。
背景技术
2A12铝合金是Al-Cu-Mg系高强铝合金，该系合金由于强度高、密度小、耐热性好等优点，被广泛应用于军工和民用结构件。我公司承接客户订单2A12-H112 Φ205×6大规格薄壁无缝热挤压管材，根据工艺安排，此规格无缝管材在德国西马克55MN双动反向挤压机Φ220mm大针生产，在工艺计算过程中，出现以下需要攻克的难题：一是公司55MN设备要求最短铸锭为750mm，但Φ205×6管材外径大、壁厚薄，当铸锭长度大于等于750mm时，随铸锭长度的增加，铸锭与大针接触面增大，大针所受回拉力增强，易造成大针或挤压杆断裂；二是Φ205×6管材挤压比大，铸锭越长，挤压时越易出现闷车现象；三是当铸锭长度小于750mm时，设备机械手长度大于铸锭长度，挤压筒无法闭合，生产连续性得不到保证。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明涉及一种大规格薄壁无缝管的生产方法，新创焊接工艺采用异形铸锭生产此类大规格薄壁无缝管材，弥补了传统工艺的诸多缺点。
一种大规格薄壁无缝管的生产方法，其特征在于，包括以下步骤完成：熔炼→铸造→铸锭均匀化退火→锯切→焊接→挤压→张力矫直→检查→取样→锯切→成品检验→入库；
熔炼工序的工艺条件为：炉膛点火，铝材料在熔炼炉内常压条件下升温并融化，炉膛温度控制在1050℃内，依次添在熔炼炉内加合金Si、Fe、Cu、Mn、Cr、Ni、Zn、Fe+Ni、Ti、Zr，充分搅拌扒渣后取样，取样温度不低于740℃，成分调整合适后进行精炼，精炼时液体沸腾高度不得超过100mm，精炼完成后导炉，导炉温度为730-760℃，导炉液流保持平稳，导入静置炉的合金液充分精炼，精炼完毕扒尽合金液表面浮渣，精炼的具体方法为每炉用50kg精炼剂，用99.999%的高纯氮气吹入，精炼时间不少于15min，并向合金液表面撒一层覆盖剂后静置≥30min，对炉料进行测温，控制好铸造温度，等待铸造；
铸造工序的工艺条件为：铸造前准备，铸造前充分做好各项准备工作及工艺参数的确定，准备工作完成后开始铸造，检查好在线除气装置、过滤装置、铸造机液压系统、水系统、保温炉液压倾翻系统、冷却水系统等设备的正常运行，铸造盘耐火材料修补完好涂刷不粘铝氮化硼粉末涂料，将流槽内金属及非金属杂质清理干净，检查结晶器每个水孔是否通畅，确保不缺水、返水现象，保证水流量均匀，保证结晶器和石墨环内壁光滑，确保各结晶器转接板下沿过渡膜制作符合要求，铸造开头平稳后及时打渣，铸造过程中及时检查保证各工艺参数正常，铸造结束停水停车；所述不沾铝涂料为氮化硼涂料：
铸造各工艺参数：
铸造速度为V 30～45（ mm/min）
外水流量为50～80（m³/h）
内水流量为20～40（m³/h）
温度T 为705（℃）
铸锭的均匀化退火的工艺条件为：均匀化退火可提高2A12合金挤压速度，在常压条件下，均匀化退火温度为480℃，保温12小时，之后随炉冷却到250℃以下出炉，得到固溶体；
锯切工序的工艺条件为：锯切工序是生产挤压管的关键工序，将合格铸棒切掉头尾后切成750mm长铸块，经扒皮镗孔后铸块尺寸变为φ448×φ226×750mm，用于挤压工艺管，同样将合格铸棒切掉头尾后切成长度为470mm铸块，经扒皮镗孔后铸块尺寸变为φ448×φ226×470mm，备用挤压Ф205×6mm的成品管，将备好的长度为750mm铸块挤压成Ф266×Ф226的工艺管，再将其切头尾取样检测性能，合格后切成长度为280mm的工艺管；
焊接工序的工艺条件为：最后将工艺管φ266×φ226×280与尺寸为φ448×φ226×470mm铸块进行表面焊接；
挤压生产工序的工艺条件为：2A12-H112 Φ205×6选用55MN挤压机进行生产，挤压系数34.17，因挤压比较大，金属变形量大，为减小2A12合金在挤压时金属的高温变形抗力，尽量提高铸锭温度，为保证成品管材的精度，挤压后管材尺寸应进行控制，具体尺寸公差按国标执行，挤压机操作人员严格遵守工艺卡片规定，但对挤压速度、穿孔针拉力、牵引力、铸锭温度等工艺参数，可根据制品实际情况进行适当的调整，防止闷车现象；
挤压工艺参数：
机台55MN
挤压系数34.17
挤压筒温度380～450℃
铸锭温度350～450℃
试验结果检测：铸造高倍检测结果无过烧，铸造低倍检测评定结果合格。
一种大规格薄壁无缝管合金的化学成分，其特征在于，质量比为：
Si≤0.5；Fe≤0.5；Cu：3.8-4.9；Mn：0.3-0.9；Mg：1.2-1.8；；Ni≤0.1；Zn≤0.3；Fe+Ni≤0.5；Ti≤0.15；其他单个化学元素≤0.05；其他合计化学元素≤0.1；Al为余量。
具体方案如下：
2A12-H112 Φ205×6生产工艺流程：
熔炼→铸造→铸锭均匀化退火→锯切→焊接→挤压→张力矫直→检查→取样→锯切→成品检验→入库
工艺试验方案
试验铝合金2A12其化学成分见表1
表1 2A12铝合金化学成分
Figure 285702DEST_PATH_IMAGE002
主要设备选择：
（1）铸造选用同水平热顶半连续铸造15/25吨铸造机:
（2）均匀化退火选用25吨均质炉：
（3）锯床选用G500/1500立式高速锯床：
（4）热挤压选用德国西马克55MN双动反向挤压机。
试验与分析
熔铸生产工艺
熔炼
按公司操作规程要求点火，在常压条件下升温并融化，注意炉膛温度控制在1050℃内，然后按工艺规程依次添加各合金、中间合金及添加剂等，充分搅拌扒渣后取样，取样温度不低于740℃，当成分调整合适后进行精炼，精炼时液体沸腾高度不得超过100mm，精炼完成后导炉，导炉温度730-760℃，导炉液流要平稳，不得出现较大波动，防止氧化膜卷入。导入静置炉的铝业要充分精炼，精炼完毕扒尽熔体表面浮渣，并向熔体表面撒一层覆盖剂后静置≥30min，还要对炉料进行测温，按要求控制好铸造温度，等待铸造。
铸造
铸造前准备：铸造前充分做好各项准备工作及工艺参数的确定，一切准备工作正常后才允许铸造。检查好在线除气装置、过滤装置、铸造机液压系统、水系统、保温炉液压倾翻系统、冷却水系统等设备的正常运行。铸造盘耐火材料修补完好涂刷不沾铝涂料，流槽内金属及非金属杂质清理干净。检查结晶器每个水孔是否通畅，不得有缺水及返水现象。保证水流量均匀，保证结晶器和石墨环内壁光滑，各结晶器转接板下沿过渡膜（腻子）制作符合要求。铸造各工艺参数设定如表2：
表2 铸造工艺参数
Figure 202842DEST_PATH_IMAGE003
当铸造开头平稳后及时打渣，铸造过程中及时检查保证各工艺参数正常，铸造结束停水停车，严禁过早和过晚回火。
铸锭的均匀化退火
均匀化退火可提高2A12合金挤压速度，在常压条件下，均匀化退火制度480℃，保温12小时，加热到金属温度后计算保温时间，随炉冷却到250℃以下出炉，可以得到含有较粗大的金属间化合物粒子和贫乏固溶体组织，这一组织保证了铸锭具有低的变形抗力和较高的变形性能，可以使挤压2A12合金管材的金属极限流动速度提高40%-60%。
锯切
锯切工序是生产挤压管的关键工序，将合格铸棒切掉头尾后切成750mm长铸块，经扒皮镗孔后铸块尺寸变为φ448×φ226×750mm，用于挤压工艺管。同样将合格铸棒切掉头尾后切成长度为470mm铸块，经扒皮镗孔后铸块尺寸变为φ448×φ226×470mm，备用挤压Ф205×6mm的成品管。
铸块备好，先用长度750mm铸块挤压Ф226×40mm工艺管，再将其切头尾取样检测性能，合格后切成长度为280mm的工艺管。
焊接
最后将工艺管φ266×φ226×280与尺寸为φ448×φ226×470mm铸块焊接。
挤压生产工艺
2A12-H112 Φ205×6选用55MN挤压机进行生产，挤压系数34.17，因挤压比较大，金属变形量大，为减小2A12合金在挤压时金属的高温变形抗力，尽量提高铸锭温度，特制定以下参数，见表3；为保证成品管材的精度，挤压后管材尺寸应进行控制，具体尺寸公差按国标执行。
表3 挤压工艺参数
Figure 44896DEST_PATH_IMAGE004
挤压机操作人员严格遵守工艺卡片规定，但对挤压速度、穿孔针拉力、牵引力、铸锭温度等工艺参数，可根据制品实际情况进行适当的调整，防止闷车现象。
试验结果检测
铸锭高低倍检测结果
表4 铸造高倍检测结果
Figure 440106DEST_PATH_IMAGE005
表5 铸造低倍检测结果
Figure 254478DEST_PATH_IMAGE006
按照以上参数生产的铸棒取样检测高低倍，其结果符合企业内控标准要求。
挤压试验检测结果
成品管材张力矫直后取样检测低倍和性能，满足客户使用要求。焊接所用铝焊丝没有对产品最终性能造成不良影响，经试验证明，异型管尾端焊接部分在挤压敦粗后其厚度约为20-25mm，挤压机要求压余为45mm，因而对成品管性能没有影响。
本发明的有益效果。
新创异形铸锭不仅成功的解决了短铸锭无法上机的问题，而且攻克了挤压时铸锭与大针接触面较大导致二者之间摩擦力大以至于对大针回拉力大，易造成大针断裂的难题。焊接工艺加工异形铸锭相对于车削工艺不仅提高了材料利用率、节约了生产成本，而且缩短了生产周期、提升了生产效率与采用传统工艺加工生产大规格薄壁无缝管材相比，生产效率提高了一倍，节约生产成本几万余元。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
图2为大规格薄壁无缝管的剖视图；
五、具体实施方式
实施例1，一种大规格薄壁无缝管的生产方法，其特征在于，包括以下步骤完成：熔炼→铸造→铸锭均匀化退火→锯切→焊接→挤压→张力矫直→检查→取样→锯切→成品检验→入库；
熔炼工序的工艺条件为：炉膛点火，铝材料在熔炼炉内常压条件下升温并融化，炉膛温度控制在1050℃内，依次添在熔炼炉内加合金Si、Fe、Cu、Mn、Cr、Ni、Zn、Fe+Ni、Ti、Zr，充分搅拌扒渣后取样，取样温度不低于740℃，成分调整合适后进行精炼，精炼时液体沸腾高度不得超过100mm，精炼完成后导炉，导炉温度为730℃，导炉液流保持平稳，导入静置炉的合金液充分精炼，精炼完毕扒尽合金液表面浮渣，精炼的具体方法为每炉用50kg精炼剂，用99.999%的高纯氮气吹入，精炼时间不少于15min，并向合金液表面撒一层覆盖剂后静置≥30min，对炉料进行测温，控制好铸造温度，等待铸造；
铸造工序的工艺条件为：铸造前准备，铸造前充分做好各项准备工作及工艺参数的确定，准备工作完成后开始铸造，检查好在线除气装置、过滤装置、铸造机液压系统、水系统、保温炉液压倾翻系统、冷却水系统等设备的正常运行，铸造盘耐火材料修补完好涂刷不粘铝氮化硼粉末涂料，将流槽内金属及非金属杂质清理干净，检查结晶器每个水孔是否通畅，确保不缺水、返水现象，保证水流量均匀，保证结晶器和石墨环内壁光滑，确保各结晶器转接板下沿过渡膜制作符合要求，铸造开头平稳后及时打渣，铸造过程中及时检查保证各工艺参数正常，铸造结束停水停车；所述不沾铝涂料为氮化硼涂料：
铸造各工艺参数：
铸造速度为V 30（ mm/min）
外水流量为50（m³/h）
内水流量为20（m³/h）
温度T 为705（℃）
铸锭的均匀化退火的工艺条件为：均匀化退火可提高2A12合金挤压速度，在常压条件下，均匀化退火温度为480℃，保温12小时，之后随炉冷却到250℃以下出炉，得到固溶体；
锯切工序的工艺条件为：锯切工序是生产挤压管的关键工序，将合格铸棒切掉头尾后切成750mm长铸块，经扒皮镗孔后铸块尺寸变为φ448×φ226×750mm，用于挤压工艺管，同样将合格铸棒切掉头尾后切成长度为470mm铸块，经扒皮镗孔后铸块尺寸变为φ448×φ226×470mm，备用挤压Ф205×6mm的成品管，将备好的长度为750mm铸块挤压成Ф266×Ф226的工艺管，再将其切头尾取样检测性能，合格后切成长度为280mm的工艺管；
焊接工序的工艺条件为：最后将工艺管φ266×φ226×280与尺寸为φ448×φ226×470mm铸块进行表面焊接；
挤压生产工序的工艺条件为：2A12-H112 Φ205×6选用55MN挤压机进行生产，挤压系数34.17，因挤压比较大，金属变形量大，为减小2A12合金在挤压时金属的高温变形抗力，尽量提高铸锭温度，为保证成品管材的精度，挤压后管材尺寸应进行控制，具体尺寸公差按国标执行，挤压机操作人员严格遵守工艺卡片规定，但对挤压速度、穿孔针拉力、牵引力、铸锭温度等工艺参数，可根据制品实际情况进行适当的调整，防止闷车现象；
挤压工艺参数：
机台55MN
挤压系数34.17
挤压筒温度380℃
铸锭温度350℃
试验结果检测：铸造高倍检测结果无过烧，铸造低倍检测评定结果合格。
实施例2，一种大规格薄壁无缝管合金的化学成分，其特征在于，质量比为：
Si＜0.5；Fe＜0.5；Cu3.8；Mn0.3；Mg1.2；Ni＜0.1；Zn ＜0.3；Fe+Ni＜0.5；Ti＜0.15；其他单个化学元素＜0.05；其他合计化学元素 ＜0.1；Al为余量。
实施例3，一种大规格薄壁无缝管的生产方法，其特征在于，包括以下步骤完成：熔炼→铸造→铸锭均匀化退火→锯切→焊接→挤压→张力矫直→检查→取样→锯切→成品检验→入库；
熔炼工序的工艺条件为：炉膛点火，铝材料在熔炼炉内常压条件下升温并融化，炉膛温度控制在1050℃内，依次添在熔炼炉内加合金Si、Fe、Cu、Mn、Cr、Ni、Zn、Fe+Ni、Ti、Zr，充分搅拌扒渣后取样，取样温度不低于740℃，成分调整合适后进行精炼，精炼时液体沸腾高度不得超过100mm，精炼完成后导炉，导炉温度为730-760℃，导炉液流保持平稳，导入静置炉的合金液充分精炼，精炼完毕扒尽合金液表面浮渣，精炼的具体方法为每炉用50kg精炼剂，用99.999%的高纯氮气吹入，精炼时间不少于15min，并向合金液表面撒一层覆盖剂后静置≥30min，对炉料进行测温，控制好铸造温度，等待铸造；
铸造工序的工艺条件为：铸造前准备，铸造前充分做好各项准备工作及工艺参数的确定，准备工作完成后开始铸造，检查好在线除气装置、过滤装置、铸造机液压系统、水系统、保温炉液压倾翻系统、冷却水系统等设备的正常运行，铸造盘耐火材料修补完好涂刷不粘铝氮化硼粉末涂料，将流槽内金属及非金属杂质清理干净，检查结晶器每个水孔是否通畅，确保不缺水、返水现象，保证水流量均匀，保证结晶器和石墨环内壁光滑，确保各结晶器转接板下沿过渡膜制作符合要求，铸造开头平稳后及时打渣，铸造过程中及时检查保证各工艺参数正常，铸造结束停水停车；所述不沾铝涂料为氮化硼涂料：
铸造各工艺参数：
铸造速度为V 45（ mm/min）
外水流量为80（m³/h）
内水流量为40（m³/h）
温度T 为705（℃）
铸锭的均匀化退火的工艺条件为：均匀化退火可提高2A12合金挤压速度，在常压条件下，均匀化退火温度为480℃，保温12小时，之后随炉冷却到250℃以下出炉，得到固溶体；
锯切工序的工艺条件为：锯切工序是生产挤压管的关键工序，将合格铸棒切掉头尾后切成750mm长铸块，经扒皮镗孔后铸块尺寸变为φ448×φ226×750mm，用于挤压工艺管，同样将合格铸棒切掉头尾后切成长度为470mm铸块，经扒皮镗孔后铸块尺寸变为φ448×φ226×470mm，备用挤压Ф205×6mm的成品管，将备好的长度为750mm铸块挤压成Ф266×Ф226的工艺管，再将其切头尾取样检测性能，合格后切成长度为280mm的工艺管；
焊接工序的工艺条件为：最后将工艺管φ266×φ226×280与尺寸为φ448×φ226×470mm铸块进行表面焊接；
挤压生产工序的工艺条件为：2A12-H112 Φ205×6选用55MN挤压机进行生产，挤压系数34.17，因挤压比较大，金属变形量大，为减小2A12合金在挤压时金属的高温变形抗力，尽量提高铸锭温度，为保证成品管材的精度，挤压后管材尺寸应进行控制，具体尺寸公差按国标执行，挤压机操作人员严格遵守工艺卡片规定，但对挤压速度、穿孔针拉力、牵引力、铸锭温度等工艺参数，可根据制品实际情况进行适当的调整，防止闷车现象；
挤压工艺参数：
机台55MN
挤压系数34.17
挤压筒温度450℃
铸锭温度450℃
试验结果检测：铸造高倍检测结果无过烧，铸造低倍检测评定结果合格。
实施例4，一种大规格薄壁无缝管合金的化学成分，其特征在于，质量比为：
Si：0.5；Fe：0.5；Cu： 4.9；Mn：0.9；Mg：1.8；Ni：0.1；Zn：0.3；Fe+Ni：0.5；Ti：0.15；其他单个化学元素为0.05；其他合计化学元素为0.1；Al为余量。

Claims (1)

1.一种大规格薄壁无缝管的生产方法，其特征在于，包括以下步骤完成：熔炼→铸造→铸锭均匀化退火→锯切→焊接→挤压→张力矫直→检查→取样→锯切→成品检验→入库；
熔炼工序的工艺条件为：炉膛点火，铝材料在熔炼炉内常压条件下升温并融化，炉膛温度控制在1050℃内，依次添在熔炼炉内加合金Si、Fe、Cu、Mn、Cr、Ni、Zn、Fe+Ni、Ti、Zr，充分搅拌扒渣后取样，取样温度不低于740℃，成分调整合适后进行精炼，精炼时液体沸腾高度不得超过100mm，精炼完成后导炉，导炉温度为730-760℃，导炉液流保持平稳，导入静置炉的合金液充分精炼，精炼完毕扒尽合金液表面浮渣，精炼的具体方法为每炉用50kg精炼剂，用99.999%的高纯氮气吹入，精炼时间不少于15min，并向合金液表面撒一层覆盖剂后静置≥30min，对炉料进行测温，控制好铸造温度，等待铸造；
铸造工序的工艺条件为：铸造前准备，铸造前充分做好各项准备工作及工艺参数的确定，准备工作完成后开始铸造，检查好在线除气装置、过滤装置、铸造机液压系统、水系统、保温炉液压倾翻系统、冷却水系统设备的正常运行，铸造盘耐火材料修补完好涂刷不粘铝氮化硼粉末涂料，将流槽内金属及非金属杂质清理干净，检查结晶器每个水孔是否通畅，确保不缺水、返水现象，保证水流量均匀，保证结晶器和石墨环内壁光滑，确保各结晶器转接板下沿过渡膜制作符合要求，铸造开头平稳后及时打渣，铸造过程中及时检查保证各工艺参数正常，铸造结束停水停车；不沾铝涂料为氮化硼涂料：
铸造各工艺参数：
铸造速度为V 30～45（ mm/min）
外水流量为50～80（m³/h）
内水流量为20～40（m³/h）
温度T 为705（℃）
铸锭的均匀化退火的工艺条件为：均匀化退火可提高2A12合金挤压速度，在常压条件下，均匀化退火温度为480℃，保温12小时，之后随炉冷却到250℃以下出炉，得到固溶体；
锯切工序的工艺条件为：锯切工序是生产挤压管的关键工序，将合格铸棒切掉头尾后切成750mm长铸块，经扒皮镗孔后铸块尺寸变为φ448×φ226×750mm，用于挤压工艺管，同样将合格铸棒切掉头尾后切成长度为470mm铸块，经扒皮镗孔后铸块尺寸变为φ448×φ226×470mm，备用挤压Ф205×6mm的成品管，将备好的长度为750mm铸块挤压成Ф266×Ф226的工艺管，再将其切头尾取样检测性能，合格后切成长度为280mm的工艺管；
焊接工序的工艺条件为：最后将工艺管φ266×φ226×280与尺寸为φ448×φ226×470mm铸块进行表面焊接；
挤压生产工序的工艺条件为：2A12-H112 Φ205×6选用55MN挤压机进行生产，挤压系数34.17，因挤压比较大，金属变形量大，为减小2A12合金在挤压时金属的高温变形抗力，尽量提高铸锭温度，为保证成品管材的精度，挤压后管材尺寸应进行控制，具体尺寸公差按国标执行，挤压机操作人员严格遵守工艺卡片规定，但对挤压速度、穿孔针拉力、牵引力、铸锭温度等工艺参数，可根据制品实际情况进行适当的调整，防止闷车现象；
挤压工艺参数：
机台55MN
挤压系数34.17
挤压筒温度380～450℃
铸锭温度350～450℃
试验结果检测：铸造高倍检测结果无过烧，铸造低倍检测评定结果合格。
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