CN114273457A - 一种超硬钛合金高频感应焊管的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及焊管生产领域，具体为一种超硬钛合金高频感应焊管的生产方法。其包括如下步骤：S1、带料开卷：将超硬钛合金卷带带料在上料工位吊装在开卷机涨缩头上涨紧；S2、冷滚压成形：经过八组动力平辊模具和七组与平辊模具交替布置的无动力立辊模具成形；S3、冷挤压焊接：使用变频高频感应焊接电源来实现高频电流与电压的输入，将待焊边缘加热到热塑性状态，通过冷挤压装置将待焊边缘平行对齐，并施加焊接挤压力和挤压量；S4、冷挤压保形：在焊缝温度降低之前，冷挤压保形装置保持稳定的挤压力和挤压量；S5、冷却刮疤；S6、精整管型；S7、涡流探伤。本发明使得薄壁和超薄壁超硬钛合金管直接由原料带卷通过焊接制备，降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及焊管生产领域，特别是涉及一种超硬钛合金高频感应焊管的生产方法。
背景技术
TA18为低合金化近α型的α+β型钛合金，不仅具有良好的室温、高温力学性能和耐蚀性能，而且具有优异的冷、热加工工艺塑性、成型性和焊接性能，是制作管材的理想材料，被广泛的应用在航空航天领域。TC4为α+β型钛合金，抗蚀性好，比强度高，塑性变形能力强，广泛应用于航空航天、汽车、化工和船舶等行业。
但TA18、TC4钛合金管目前仅能生产无缝管，投入大，产能低，减壁难，制造成本居高不下，应用场景受到很大限制。目前我国的高强度的TA18和TC4钛合金管材轧制工艺还不够成熟，这种类型的管材还需要依靠进口。由于熔融焊接工艺精度低，还存在最薄壁厚下限，高温造成焊缝区、热影响区过宽，金相显微组织与母材存在较大差异，而且焊接速度低，不能快速降温实现凝固连接和增加挤压保形装置，无法实现超硬钛合金焊管直接使用钛卷带制备的工艺路线。
发明内容
本发明目的是针对背景技术中存在的问题，提出一种使得薄壁和超薄壁超硬钛合金管直接由原料带卷通过焊接制备的超硬钛合金高频感应焊管的生产方法。
本发明的技术方案，一种超硬钛合金高频感应焊管的生产方法，包括如下步骤：
S1、带料开卷：将超硬钛合金卷带带料在上料工位吊装在开卷机涨缩头上涨紧，通过自动加装防护转盘和动力驱动能使卷带带料开卷速度与焊接速度相匹配，并通过带料测厚传感器实时监控带卷的余量，以控制开卷机和后道工序；
S2、冷滚压成形：带料在模具孔型成型平台通过带料精密导向装置，使带料平行对中第一架平辊模具孔型，然后经过八组动力平辊模具和七组与平辊模具交替布置的无动力立辊模具成形，以60-150m/min的成形速度使带料成形；
S3、冷挤压焊接：成形带料通过导向装置达到焊接所需要的4-10°的焊接V形角，在惰性气体对焊接面及内外侧面施加保护的环境下，使用变频高频感应焊接电源来实现高频电流与电压的输入，将待焊边缘加热到热塑性状态，通过冷挤压装置将待焊边缘平行对齐，并施加焊接挤压力和挤压量，实现焊接边缘的固态焊接，同时在内外两侧将焊缝中的渣质挤出，获得良好的焊缝组织；
S4、冷挤压保形：在焊缝温度降低之前，冷挤压保形装置保持稳定的挤压力和挤压量，使焊缝保持良好连接；
S5、冷却刮疤：在惰性气体保护环境下将焊接成形的焊管温度迅速冷却，并将焊管内外焊缝处的焊渣通过内外刮疤刀剔除；
S6、精整管型：通过6个动力平辊机架模具和与平辊机架模具交替布置的5个无动力立辊机架模具对焊接成形的焊管进行外型修正，使其达到符合要求的外型公差；
S7、涡流探伤：对焊管焊缝进行不间断无差别的探伤处理，对有问题的焊缝打标处理，同时产生一个问题信号指令，控制后续装置剔除不良品。
优选的，还包括S8、剪切落料及后处理：输入所需的管长数据，焊管在经过气动悬浮测长装置时，测长光电编码器记录焊管运行长度，高速锯切机根据指令定尺切断焊管，被切断的焊管进入后续焊缝打磨、热处理、超声波检测和气密性检测环节。
优选的，步骤S8中，热处理为在氩气气氛下进行退火，不同材质的超硬钛合金的退火温度和保温时间不同，TA18的退火温度控制在700～750℃，保温时间为60～90分钟，TC4的退火温度控制在600～650℃，保温时间为30～90分钟。
优选的，步骤S1中，超硬钛合金卷带带料根据管径规格分条成相应宽度，壁厚0.5mm～2.0mm，长度大于500m，对带料边沿要求分条毛刺不大于0.05mm。
优选的，步骤S2中，前三组动力平辊模具采用超强硬质合金材料制造。
优选的，步骤S3中，使用的变频高频感应焊接电源需要根据材质、管径、壁厚等调整功率、速度和相应焊接参数，以获得稳定的焊缝质量，在焊管内部两挤压辊的中心连接线中点处装有带冷却装置的磁棒改善焊接工况，辅助焊接顺利进行。
优选的，步骤S4中，冷挤压保形辊和冷挤压焊接辊均采用超硬、无磁、耐瞬间高温冲击的陶瓷材料制成。
与现有技术相比，本发明具有如下有益的技术效果：
本发明生产的超硬钛合金高频感应焊管壁厚和外径非常均匀，焊缝和热影响区组织与性能良好，实现了薄壁和超薄壁超硬钛合金管直接由原料带卷通过焊接制备的工艺路线，大大降低了生产成本。
附图说明
图1为本发明实施例的工艺流程图；
图2为冷滚压成形、冷挤压焊接和冷挤压保形结构示意图。
附图标记：1、带料开卷；2、冷滚压成形；3、冷挤压焊接；4、冷挤压保形；5、冷却刮疤；6、精整管型；7、涡流探伤；8、剪切落料及后处理；9、钛合金焊管；10、焊缝；11、热影响区。
具体实施方式
实施例一
如图1-2所示，本发明提出的一种TA18钛合金焊管的生产方法(TA18，国标近α型的α+β型钛合金，美标GR9，名义成分Ti-3AI-2.5V，硬度HRC15～17)，包括如下步骤：
S1、带料开卷：将TA18钛合金卷带带料在上料工位吊装在开卷机涨缩头上涨紧，通过自动加装防护转盘和动力驱动能使卷带带料开卷速度与焊接速度相匹配，并通过带料测厚传感器实时监控带卷的余量，以控制开卷机和后道工序。
S2、冷滚压成形：带料在模具孔型成型平台通过带料精密导向装置，使带料平行对中第一架平辊模具孔型，然后经过八组动力平辊模具和七组与平辊模具交替布置的无动力立辊模具成形，以80m/min的成形速度使带料成形，其中，前三组动力平辊模具采用超强硬质合金材料制造。
S3、冷挤压焊接：成形带料通过导向装置达到焊接所需要的8°的焊接V形角，在惰性气体对焊接面及内外侧面施加保护的环境下，使用变频高频感应焊接电源来实现高频电流与电压的输入，将待焊边缘加热到热塑性状态，通过冷挤压装置将待焊边缘平行对齐，并施加焊接挤压力和挤压量，实现焊接边缘的固态焊接，同时在内外两侧将焊缝中的渣质挤出，获得良好的焊缝组织。使用的变频高频感应焊接电源需要根据材质、管径、壁厚等调整功率、速度和相应焊接参数，以获得稳定的焊缝质量，在焊管内部两挤压辊的中心连接线中点处装有带冷却装置的磁棒改善焊接工况，辅助焊接顺利进行。
S4、冷挤压保形：TA18超硬钛合金屈强比(抗拉强度/屈服强度)高，成形时塑性变形差，屈服极限与弹性模量的比值大，成形时的回弹能力大，焊缝处温度高于300℃时，焊缝随时会发生崩裂，在焊缝温度降低之前，冷挤压保形装置保持稳定的挤压力和挤压量，使焊缝保持良好连接，冷挤压保形辊和冷挤压焊接辊均采用超硬、无磁、耐瞬间高温冲击的陶瓷材料制成。
S5、冷却刮疤：在惰性气体保护环境下将焊接成形的焊管温度迅速冷却，并将焊管内外焊缝处的焊渣通过内外刮疤刀剔除。
S6、精整管型：通过6个动力平辊机架模具和与平辊机架模具交替布置的5个无动力立辊机架模具对焊接成形的焊管进行外型修正，使其达到符合要求的外型公差。
S7、涡流探伤：对焊管焊缝进行不间断无差别的探伤处理，对有问题的焊缝打标处理，同时产生一个问题信号指令，控制后续装置剔除不良品。
S8、剪切落料及后处理：输入所需的管长数据9000mm，焊管在经过气动悬浮测长装置时，测长光电编码器记录焊管运行长度，高速锯切机根据指令定尺切断焊管，被切断的焊管进入后续焊缝打磨、热处理、超声波检测和气密性检测环节。其中，热处理为在氩气气氛下进行退火，TA18的退火温度控制在700～750℃，具体选择为750℃，保温时间为60～90分钟，具体选择为90分钟。
本实施例生产的TA18超硬钛合金高频感应焊管由冷滚压成形、冷挤压焊接、冷挤压保形及高频感应焊接技术加工而成。生产工艺流程主要包括：带料开卷1、冷滚压成形2、冷挤压焊接3、冷挤压保形4、冷却刮疤5、精整管型6、涡流探伤7和剪切落料及后处理8，生产的薄壁和超薄壁超硬钛合金焊管9外观表面焊缝10抛光后不可见，壁厚和外径非常均匀，焊缝10、热影响区11组织与性能良好，接近或同等于母材，均为等轴状晶粒，壁厚和外径非常均匀，实现了薄壁TA18钛合金管直接由TA18钛合金卷带通过焊接进行无缝化制备的工艺路线，大大降低了生产成本。
本实施例用以生产外径为34mm，壁厚为0.8mm，长度为9000mm的TA18钛合金管，TA18钛合金卷带带料宽度105.4mm、壁厚为0.8mm、长度为1000m。
实施例二
如图1-2所示，本发明提出的一种TC4钛合金焊管的生产方法(TC4，国标α+β型钛合金，美标GR5，名义成分Ti-6AI-4V，硬度HRC33～35)，主要步骤与实施例一相同，区别在于，步骤S2中，本实施例以60m/min的成形速度使带料成形；步骤S8中，TC4的退火温度控制在600～650℃，具体选择为650℃，保温时间为30～90分钟，具体选择为90分钟。
本实施例制备的TC4钛合金焊管9外观表面焊缝10不可见，壁厚和外径均匀，焊缝10和热影响区11组织和性能均与母材一致，为α相和β相两相共存组织，壁厚和外径非常均匀，实现了薄壁TC4钛合金管直接由TC4钛合金卷带通过焊接进行无缝化制备的工艺路线，大大降低了生产成本。
本实施例用以生产外径为50mm，壁厚为2.0mm，长度为9000mm的TC4钛合金管，TC4钛合金卷带带料宽度151.5mm，壁厚为2.0mm，长度为600m。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于此，在所属技术领域的技术人员所具备的知识范围内，在不脱离本发明宗旨的前提下还可以作出各种变化。
Claims (7)
1.一种超硬钛合金高频感应焊管的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、带料开卷：将超硬钛合金卷带带料在上料工位吊装在开卷机涨缩头上涨紧，通过自动加装防护转盘和动力驱动能使卷带带料开卷速度与焊接速度相匹配，并通过带料测厚传感器实时监控带卷的余量，以控制开卷机和后道工序；
S2、冷滚压成形：带料在模具孔型成型平台通过带料精密导向装置，使带料平行对中第一架平辊模具孔型，然后经过八组动力平辊模具和七组与平辊模具交替布置的无动力立辊模具成形，以60-150m/min的成形速度使带料成形；
S3、冷挤压焊接：成形带料通过导向装置达到焊接所需要的4-10°的焊接V形角，在惰性气体对焊接面及内外侧面施加保护的环境下，使用变频高频感应焊接电源来实现高频电流与电压的输入，将待焊边缘加热到热塑性状态，通过冷挤压装置将待焊边缘平行对齐，并施加焊接挤压力和挤压量，实现焊接边缘的固态焊接，同时在内外两侧将焊缝中的渣质挤出，获得良好的焊缝组织；
S4、冷挤压保形：在焊缝温度降低之前，冷挤压保形装置保持稳定的挤压力和挤压量，使焊缝保持良好连接；
S5、冷却刮疤：在惰性气体保护环境下将焊接成形的焊管温度迅速冷却，并将焊管内外焊缝处的焊渣通过内外刮疤刀剔除；
S6、精整管型：通过6个动力平辊机架模具和与平辊机架模具交替布置的5个无动力立辊机架模具对焊接成形的焊管进行外型修正，使其达到符合要求的外型公差；
S7、涡流探伤：对焊管焊缝进行不间断无差别的探伤处理，对有问题的焊缝打标处理，同时产生一个问题信号指令，控制后续装置剔除不良品。
2.根据权利要求1所述的一种超硬钛合金高频感应焊管的生产方法，其特征在于，还包括S8、剪切落料及后处理：输入所需的管长数据，焊管在经过气动悬浮测长装置时，测长光电编码器记录焊管运行长度，高速锯切机根据指令定尺切断焊管，被切断的焊管进入后续焊缝打磨、热处理、超声波检测和气密性检测环节。
3.根据权利要求2所述的一种超硬钛合金高频感应焊管的生产方法，其特征在于，步骤S8中，热处理为在氩气气氛下进行退火，不同材质的超硬钛合金的退火温度和保温时间不同，TA18的退火温度控制在700～750℃，保温时间为60～90分钟，TC4的退火温度控制在600～650℃，保温时间为30～90分钟。
4.根据权利要求1所述的一种超硬钛合金高频感应焊管的生产方法，其特征在于，步骤S1中，超硬钛合金卷带带料根据管径规格分条成相应宽度，壁厚0.5mm～2.0mm，长度大于500m，对带料边沿要求分条毛刺不大于0.05mm。
5.根据权利要求1所述的一种超硬钛合金高频感应焊管的生产方法，其特征在于，步骤S2中，前三组动力平辊模具采用超强硬质合金材料制造。
6.根据权利要求1所述的一种超硬钛合金高频感应焊管的生产方法，其特征在于，步骤S3中，使用的变频高频感应焊接电源需要根据材质、管径、壁厚等调整功率、速度和相应焊接参数，以获得稳定的焊缝质量，在焊管内部两挤压辊的中心连接线中点处装有带冷却装置的磁棒改善焊接工况，辅助焊接顺利进行。
7.根据权利要求1所述的一种超硬钛合金高频感应焊管的生产方法，其特征在于，步骤S4中，冷挤压保形辊和冷挤压焊接辊均采用超硬、无磁、耐瞬间高温冲击的陶瓷材料制成。
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