CN110451780A - 一种用于基板玻璃生产过程铂金通道的冷却段扁管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于基板玻璃生产过程铂金通道的冷却段扁管及其制备方法，包括：N段扁管组件；相邻的扁管组件通过翻边焊接相连接，翻边用于形成加强筋；每个扁管组件均包括：扁管顶板和扁管底板；所述扁管顶板为拱形，所述扁管底板为平板且两侧边向上弯折，用于与所述扁管顶板焊接；所述扁管顶板与所述扁管底板通过对接焊接相连接；其中，N为大于等于3的整数，所述冷却段扁管的材料为铂铑合金。本发明可防止在生产和使用过程中，扁管顶部的塌陷和变形。

Description

一种用于基板玻璃生产过程铂金通道的冷却段扁管及其制备 方法

技术领域

本发明属于基板玻璃制造技术领域，具体涉及一种基板玻璃生产用铂金通道设备，特别涉及一种用于基板玻璃生产过程铂金通道的冷却段扁管及其制备方法。

背景技术

在基板玻璃的生产制造过程中，铂金通道属于其关键装备之一，目前主要采用铂铑合金材料制成，并根据各段的工艺特征所设计不同的结构形状；其中的冷却段主要起降温及调整流量的作用，目前一般采用直段的扁管结构。虽然在冷却段工作温度已降至1300℃，现有的冷却段扁管采用截面为类椭圆结构，上下面表面积较大；由于其较大的截面尺寸，并且没有特别的支撑和加强支撑辅助结构。在冷却段的生产制造过程中就存在较大难度，包括焊接表面处理等工艺，均会造成冷却段扁管顶部的塌陷和变形，再加上实际生产中的高温作用，会进一步增大冷却段扁管的变形程度，这会带来设备风险和工艺的不稳定。

综上所述，亟需新的扁管结构来增强平面区域的支撑强度，防止扁管顶部的塌陷和变形。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于基板玻璃生产过程铂金通道的冷却段扁管及其制备方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种用于基板玻璃生产过程铂金通道的冷却段扁管，包括：N段扁管组件；相邻的扁管组件通过翻边焊接相连接，翻边用于形成加强筋；每个扁管组件均包括：扁管顶板和扁管底板；所述扁管顶板为拱形，所述扁管底板为平板且两侧边向上弯折，用于与所述扁管顶板焊接；所述扁管顶板与所述扁管底板通过对接焊接相连接；其中，N为大于等于3的整数，所述冷却段扁管的材料为铂铑合金。

进一步地，所述冷却段扁管的材料为PtRh10，且杂质质量在0.05％以下。

进一步地，所述扁管顶板和所述扁管底板的厚度均为1.0～1.2mm。

进一步地，所述扁管顶板的宽度为600～800mm，拱形高度为150～250mm；所述扁管底板的水平部分宽度为400～500mm，所述扁管底板的总宽度与所述扁管顶板的宽度相同。

进一步地，翻边焊接时，翻边高度为3～7mm。

进一步地，所述扁管组件的内表面Ra≤0.05um。

进一步地，每个扁管组件的长度为700mm。

本发明的一种用于基板玻璃生产过程铂金通道的冷却段扁管的制备方法，包括以下步骤：

1)分段单独加工预设数量的扁管组件：将扁管底板的两侧边向上弯折，并与扁管顶板对接焊接，形成对接焊缝使得所述扁管底板与所述扁管顶板固定连接；

2)相邻扁管组件翻边焊接连接：将相邻扁管组件进行翻边组装焊接，使扁管组件整体形成多段焊缝结构，完成冷却段扁管的制备；

其中，翻边形成加强筋结构；翻边焊接过程中，焊接采用自熔焊的方式。

进一步地，翻边焊接中，焊缝厚度在扁管组件壁厚的3倍以上。

进一步地，翻边焊接采用反变形法实施。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的基板玻璃铂金通道的冷却段扁管与现有铂金扁管结构相比，其扁管顶板设置为拱形结构，强度具有明显优势，可保证在1300℃条件下的稳定使用而不变形；本发明通过重新布局扁管组装方式，通过设计多段结构并实施翻边焊接，通过增加焊接缝来起到多段加强筋的作用，能够进一步提高扁管整体结构的稳定性，防止在生产和使用过程中，扁管顶部的塌陷和变形。

进一步地，PtRh10材料主要考虑冷却扁管可以在1300℃的条件下长期使用结构稳定不变形，且杂质的含量控制在0.05％以下，可以降低铂金高温所遭到的C、Fe等元素的侵蚀反应。

进一步地，板厚均为1.0～1.2mm；PtRh10材料综合考虑经济成本以及基本机械强度，在此厚度范围内可以满足使用强度。

进一步地，本发明的扁管截面结构属于类似椭圆的形状，其经过大量温度场的模拟研究，在此结构下，管体内各点的玻璃熔液可以实现更加快捷的散热要求。

进一步地，翻边焊接可以有效增加管体强度，起到了类似加强筋的作用，高度范围参考铂金焊接技术要求。

进一步地，扁管组件的内表面Ra≤0.05um，可以达到镜面效果，降低管体内表面受到玻璃熔液冲刷侵蚀的程度。

本发明的制备方法可有效改善铂金通道冷却扁管变形的问题，其通过多段式翻边组装焊接加强扁管顶部强度和可靠性；同时可减小加工变形量；本发明的方法可解决冷却扁管在制造及生产过程中都会存在的顶部塌陷变形问题，可提高扁管顶部的机械强度。

其中，采用反变形法实施，用于进一步控制扁管变形程度和方向。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的一种用于基板玻璃生产过程铂金通道的冷却段扁管的整体结构示意图；

图2是本发明实施例中，冷却段扁管的截面示意图；

图3是本发明实施例中，扁管顶板的结构示意图；

图4是本发明实施例中，扁管底板的结构示意图；

图1至图4中，1、扁管顶板；2、对接焊缝；3、翻边；4、扁管底板。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术效果及技术方案更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例。基于本发明公开的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，都应属于本发明保护的范围。

请参阅图1至图4，本发明实施例的一种用于基板玻璃生产过程铂金通道的冷却段扁管，其为多段结构，每段为一个单独的组件，每个组件单独加工；其中，相邻的两个组件进行翻边焊接，翻边3形成加强筋，使整个冷却扁管组件形成多段加强结构。

所设计的多段式结构尺寸根据扁管总长度平均分配，并且分段的数量要控制在3组以上包括3组，保证至少2处以上的翻边3形成的加强筋。

所述冷却段扁管材料采用铂铑合金材料，主要成分为PtRh10，铂铑纯度控制在99.95％以上，且满足基板玻璃高温使用条件。管壁厚度为1.0～1.2mm，可抵御基板玻璃1300℃的高温作用。

所述冷却段扁管截面为异型截面，所述异型截面为顶板为拱形且底板为平面的类椭圆形截面，异型截面结构旨在增加顶部区域的结构强度，底部设计为平面结构可满足与耐火材料结合的一致均匀性。

扁管的截面尺寸需满足基板玻璃工艺引出量进行调整，满足流量与压损要求；在目前所使用的16吨引出量，其两端液面差值需控制在5mm左右，以确保基本的稳定。

多段扁管需设计专用的异型模具，并采用扁管顶板1和扁管底板4两块铂铑合金板材制成，并对扁管顶板1和扁管底板4两块异型材料进行两侧的对接焊，形成对接焊缝2，并做加强处理。进一步采用同材质且厚度为0.3mm的加强贴层，通过1300℃高温敲击的方式使其与焊缝本体相粘连，形成焊缝加强贴层结构。冷却扁管结构位于搅拌槽与供料管之间，属于二者的连接管，其角度一般根据两端管体的高度差以及轴心间距协同调整，由于目前16吨引出量两者的轴心间距基本控制在4000mm左右，导致其角度也一般控制在12°至16°之间。在搅拌槽对玻璃熔液进行充分搅拌之后，玻璃成分均化至最佳状态，开始追渐进行降温冷却，冷却完成后开始进入供料管内，进行最后的流量控制，流量的控制主要是通过冷却管和供料管的温度调整。因此冷却管对于最终的玻璃液供给具有关键作用。

优选的，所述冷却段扁管采用扁管顶板1和扁管底板4组成，其中扁管底板4由于放置于耐火材料平面而设计安装平面；而扁管顶板1采用拱形结构，总宽度为600～800mm，拱形结构高度为150～250mm，实际的上拱形弧度可根据加工进行调整，在冷却扁管的造型过程中，通过顶部模具的辅助，在原始上平面的基础上进行3mm～5mm范围内的上拱，主要通过敲打和内外模具加压的方式实现；对于扁管底板4采用的平底宽度为400～500mm，两边翻起后总宽度与扁管顶板1相同。

优选的，对每个组件的两端进行3～7mm翻边处理，以满足组件之间对接翻边焊所需的操作高度和强度要求。

与现有铂金扁管结构相比，此结构扁管顶板1的强度具有明显优势，可保证在1300℃条件下的稳定使用不变形。通过样品实验检测，发现同样在1300℃条件下翻边后焊缝强度达到了普通板材的1.5倍左右。

本发明实施例的一种基板玻璃铂金通道的冷却段扁管的制备方法，包括以下步骤：

设计多段式扁管结构，并分段单独加工；再将每段扁管进行翻边组装焊接，致使冷却扁管组件整体形成多段焊缝结构，对整体结构具有加强筋作用，同时设计顶部拱形的异型截面结构，增加冷却扁管顶板1区域的强度，最终提升冷却段整体的装备可靠性。

其中，翻边的焊接过程中，焊接采用自熔焊的方式，将翻边3进行熔化焊接，最终的焊缝厚度至少需达到板材厚度的3倍以上，根据需要可适当添加焊丝满足厚度要求。采用反变形法实施，用于进一步控制扁管变形程度和方向。

综上所述，本发明提供了一种基板玻璃铂金通道的冷却段扁管及其制备方法，可防止铂金冷却扁管变形的方法，属于TFT-LCD基板玻璃行业。本发明的方法包括将扁管设计多段结构进行组装，每段采用异形椭圆模具制造，且各段之间采用翻边焊接组装，由于翻边焊接相比普通对接焊强度更高，且较厚的焊缝对于大面积焊接区域具有支撑和加强作用，可以满足铂金通道在运行过程中的结构和工艺稳定性。相比现有铂金通道冷却扁管，本发明通过设计多段式扁管结构，分开加工再进行组装焊接，并针对扁管截面进行全新设计，采用扁管顶板的拱形结构，可进一步提升扁管结构稳定性。

由于基板玻璃的制造工艺具有特殊性，其通道装备对于高质量玻璃熔液要具有一定的承载和控制能力，铂铑是目前行业普遍使用的最佳合金材料，其具有抗高温蠕变和抗玻璃熔液侵蚀的优越性能。但由于Pt元素高温下易与含碳物质发生结合反应，形成低熔点共熔物，因此对于铂铑合金的制造加工需特别注意含碳杂质的引入，目前已经增加多个关键加工节点的超声波清洗工艺，保证铂金通道的洁净度。同时对铂金通道内表面光洁度提出要求，需控制在Ra≤0.05um以内，改善高温玻璃熔液对铂金内表面的侵蚀程度。因此，在整体铂铑合金扁管的加工焊接及组装过程中，需对工艺细节实施全面管控。

长期以来扁管的焊接组装都面临着较为严重的材料变形问题，主要由于扁状的特殊结构导致的上下面表面积较大，并且没有相应的加强结构增加上下面的结构强度。在短时间高温氩弧焊接过程中，材料由于焊接热应力导致局部温度不均匀，形成区域范围的热应力变形。尽管目前已经在焊接过程中增加扁管内部的支撑机构，但变形量仅有2mm左右的改善，上下面整体焊接变形量仍达10mm以上。因此，设计一种全新的增强结构及对应的组装工艺对于提升扁管结构强度和高温稳定性具有重要意义。

本发明可以通过结构和焊接方法的改进提高冷却扁管的结构稳定性，减小加工变形量。通过上表面的上拱结构，增加顶部的机械强度，避免在焊接和表面处理过程中上顶面的塌陷变形。同时多段焊接，增加了翻边焊缝，每一个焊缝都是一个加强筋，进一步对冷却扁管顶部及整体实现了加强。

请参阅图1，本发明一种防止铂金冷却扁管变形方法的扁管总装示意图。采用多段对接的扁管结构，包括每两组扁管之间的翻边3焊接加强筋，以及单个扁管零件的上下对接焊缝2，和具有高光洁度和高洁净度要求的内表面。

参阅图2所示，对扁管的截面形状进行了全新的设计，其上部与下部分别通过设计专用的异形模具制造而成，并且对于模具外表面采用优质无污染棉纸包裹，预防模具对扁管内表面的擦划和污染。由于冷却区域工艺温度在1400℃以下，相比澄清降温区域的温度有所降低，但扁管结构导致其顶部大面积在焊接过程中出现热变形，甚至可能在产线正常生产中诱发局部的塌陷。因此，本发明针对这种大尺寸截面积冷却扁管采用多段加强筋结构，将有效解决这一问题。

本发明相比现有方案，在实施过程中，首先按照单节尺寸制造顶板和底板，其中底板由于放置于耐火材料平面上而设计安装平面，而顶板采用拱形结构，总宽度为600-800mm，拱形结构高度为200mm，实际尺寸与基板玻璃引出量有关，根据不同引出量设计不同尺寸级别，同时上拱形弧度可根据加工进行调整；对于底板采用平底设计，底边宽度450mm，两边翻起后总宽度与顶板相同，在加工这两组异型曲面过程中，需设计专用的不锈钢异型模具，在压制过程中对不锈钢模具表面要进行绵纸包裹，避免与铂金本体相互摩擦而导致内表面产生刮痕。对上下部分进行对接焊，并添加一定量的PtRh10焊料，焊接完成以后对焊缝进行处理，通过局部压制使焊缝厚度与材料厚度相近，待上下部件焊接完成后，开始对异型管体两端进行翻边处理，翻边3高度为5mm，保证焊接的加强筋尺寸，单个组件制造完成，长度为70mm。而后通过同样方法制造4件相同尺寸的组件，将组件头尾相接，使翻边3相互贴合，开始对翻边3进行自熔焊接，并且在焊接过程中采用反变形的方法操作，防止出现单向的较大变形。本发明所制造的冷却扁管可根据生产线引出量和代数要求，相应按比例调整尺寸，旨在满足整体的使用要求。

综上所述，本发明实施例针对目前经常出现冷却扁管加工过程中焊缝附近表面的变形和顶部的凹陷，在加工完成以后上表面会有接近15mm左右的变形量，与装备能力要求的技术指标存在较大差距的问题；在焊接过程中增加了内部的木质支撑装置，但依然无法彻底解决变形问题，提出了一种基板玻璃铂金通道的冷却段扁管结构。本发明的基板玻璃铂金通道的冷却段扁管与现有铂金扁管结构相比，其上部设置为拱形结构，强度具有明显优势，可保证在1300℃条件下的稳定使用而不变形；本发明通过重新布局扁管组装方式，通过设计多段结构并实施翻边焊接，通过增加焊接缝来起到多段加强筋的作用，能够进一步提高扁管整体结构的稳定性，防止在生产和使用过程中，扁管顶部的塌陷和变形。

本发明中，基板玻璃属于高温行业，其相关的设备材料多具有抗高温侵蚀和抗蠕变的能力。其中铂金通道是对高温玻璃熔液进行澄清均化和温度调控的关键设备之一，其中冷却段属于铂金通道的末段工艺区域，其主要作用是冷却降温和流量调控，因此在铂金冷却扁管的外部仅用大量氧化铝材料进行支撑，去掉了相较前端更高温度区的大量保温材料，旨在对内部玻璃熔液的降温，因此其管道截面结构设多计为扁平状，可以有效散除内部中心区域玻璃的热量，使其尽快达到后端成型工艺所需的温度和粘度要求。但在降温的过程中还需预防降温速率过快，出现流量失控，因此在铂金通道外围的氧化铝材料多设计为辅助加热装备，其通过在氧化铝砖上绕制铂金丝，来实现对冷却扁管内部玻璃液的适度加热保温，即所谓的温度双向调控。

有关冷却段的扁平状截面结构，早期开展了多项环境温度模拟研究，最终发现在外围360°辅助加热保温条件不变的情况下，扁管结构对于内部玻璃热量的散发基本可以做到均匀性。因此，后续的冷却扁管多采用上下对称的扁平结构。由于铂铑合金材料属于贵金属材料，因此在做管体材料时，其厚度一般会根据基本机械强度和费用两方面综合考虑，目前行业铂金通道设备的厚度基本都控制在1mm至2mm之间，这样在满足机械性能保障的前提下，能将成本控制在最小。

扁管结构目前主要厚度控制在1mm至1.2mm左右，但随着产线代数的不断提升，大流量大管径要求也不断提升，其截面积也会随之增大，这将会对扁平状截面的基本结构造成威胁。目前的截面宽度已经达到了600mm至800mm，高度达到了150mm至250mm的范围，再加上其内部并无支撑结构，在正常的扁管成型和焊接加工过程中，由于自重和热影响会导致冷却扁管的上表面出现塌陷和变形，并随着后续的表面处理工艺会进一步加大。再加上生产线使用过程中1300℃高温的长时间作用，顶部塌陷会进一步加大。因此本发明需重新考虑截面的基本结构，使冷却扁管从加工制造开始到正常生产中，都能保持结构的稳定，不发生塌陷和变形问题。

本发明实施例中，通过对截面的全新设计，即扁管下表面继续采用平面结构，主要用于在耐火材料内的的放置，而其上表面采用一定的拱形结构，同时两侧弧面也许有所调整，配合顶部的上拱结构，形成两侧和顶部强度的最大化。但由于内部散热的原因，在此截面范围内上拱的高度不能超过20mm，否则将会影响到中心区域玻璃的正常散热，此散热是根据玻璃在扁管的流速结合截面形状共同计算，同时其外部360°方向的辅助加热器可根据扁管截面形状同步调整。因此本发明所设计的截面顶部拱形结构，其是根据多系列参数的模拟，所计算出的最佳尺寸范围，可有效满足扁管内部各区域玻璃散热的基本一致性，这也是不能采用圆管结构的原因，圆管结构中心温度很难降低。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于基板玻璃生产过程铂金通道的冷却段扁管，其特征在于，包括：N段扁管组件；

相邻的扁管组件通过翻边焊接相连接，翻边(3)用于形成加强筋；

每个扁管组件均包括：扁管顶板(1)和扁管底板(4)；所述扁管顶板(1)为拱形，所述扁管底板(4)为平板且两侧边向上弯折，用于与所述扁管顶板(1)焊接；所述扁管顶板(1)与所述扁管底板(4)通过对接焊接相连接；

其中，N为大于等于3的整数，所述冷却段扁管的材料为铂铑合金。

2.根据权利要求1所述的一种用于基板玻璃生产过程铂金通道的冷却段扁管，其特征在于，所述冷却段扁管的材料为PtRh10，且杂质质量在0.05％以下。

3.根据权利要求1所述的一种用于基板玻璃生产过程铂金通道的冷却段扁管，其特征在于，所述扁管顶板(1)和所述扁管底板(4)的厚度均为1.0～1.2mm。

4.根据权利要求1所述的一种用于基板玻璃生产过程铂金通道的冷却段扁管，其特征在于，所述扁管顶板(1)的宽度为600～800mm，拱形高度为150～250mm；所述扁管底板(4)的水平部分宽度为400～500mm，所述扁管底板(4)的总宽度与所述扁管顶板(1)的宽度相同。

5.根据权利要求1所述的一种用于基板玻璃生产过程铂金通道的冷却段扁管，其特征在于，翻边焊接时，翻边(3)高度为3～7mm。

6.根据权利要求1所述的一种用于基板玻璃生产过程铂金通道的冷却段扁管，其特征在于，所述扁管组件的内表面Ra≤0.05um。

7.根据权利要求1所述的一种用于基板玻璃生产过程铂金通道的冷却段扁管，其特征在于，每个扁管组件的长度为700mm。

8.一种权利要求1所述的用于基板玻璃生产过程铂金通道的冷却段扁管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)分段单独加工预设数量的扁管组件：将扁管底板(4)的两侧边向上弯折，并与扁管顶板(1)对接焊接，形成对接焊缝使得所述扁管底板(4)与所述扁管顶板(1)固定连接；

2)相邻扁管组件翻边焊接连接：将相邻扁管组件进行翻边组装焊接，使扁管组件整体形成多段焊缝结构，完成冷却段扁管的制备；

其中，翻边(3)形成加强筋结构；翻边焊接过程中，焊接采用自熔焊的方式。

9.根据权利要求8所述的一种用于基板玻璃生产过程铂金通道的冷却段扁管的制备方法，其特征在于，翻边焊接中，焊缝厚度在扁管组件壁厚的3倍以上。

10.根据权利要求8所述的一种用于基板玻璃生产过程铂金通道的冷却段扁管的制备方法，其特征在于，翻边焊接采用反变形法实施。