CN115464333B - 一种ta18钛自行车架无缝焊管及生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于钛合金管制造技术领域，本发明公开了一种TA18钛自行车架无缝焊管及生产工艺。通过带料分条、焊接精整、探伤检测、退火冷拔、成品处理得TA18钛自行车架无缝焊管。本发明所得TA18钛自行车架无缝焊管外观表面焊缝不可见，壁厚和外径均匀，经高倍金相组织检测，焊缝和热影响区组织性能与母材完全一致，晶粒细小均匀，实现了TA18钛自行车架直接由TA18钛合金带焊接和后处理制备的工艺路线，大大简化了工艺环节，降低了生产成本，提高了管材成品率、精度和品质。
Description
技术领域
本发明涉及钛合金管制造技术领域，尤其涉及一种TA18钛自行车架无缝焊管及生产工艺。
背景技术
自行车不仅是一种环保的代步工具，而且是一种健身工具。随着生活水平的提高，人们对自行车的要求也越来越高。自行车尤其是山地车、赛车等，相对于笨重的钢制车架、虽然轻便但强度低的碳纤维车架和铝合金车架，钛合金车架因其重量轻可以提高速度，长距离运动时可以降低体力消耗，因其刚度好有利于驱动力的转换，并提高操纵性能，因其弹性好、抗冲击可以减缓来自地面的冲击，减轻车手的疲劳，因其抗疲劳、耐高温、耐腐蚀可以延长车架的使用寿命，而且目前车架使用较为广泛的TA18(美标Gr9)钛合金具有良好的成形性、较高的屈服强度、良好的工艺塑性和焊接性能。但是，现有钛金属制备车架均采用无缝管，需经过管坯铸锭、表面处理、开坯冷轧、成品管轧制、多道次退火、酸洗和精整，工序十分复杂，工艺难度大，成品率低，生产成本高昂，成为限制钛自行车普及的主要障碍。因此，设计一种钛合金车架的简易、高效和低成本的制备方法，具有重要的意义。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种TA18钛自行车架无缝焊管及生产工艺，解决了现有的钛合金车架制备工艺存在的工序复杂，工艺难度大，成品率低，生产成本高昂的问题。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种TA18钛自行车架无缝焊管的生产工艺，包括如下步骤：
(1)带料分条：根据管径大小对TA18钛合金冷轧带卷进行精密分条，得TA18带料；
(2)焊接精整：将TA18带料进行交替冷挤压成型，带料边缘顺次进行加热、挤压焊接、外型修正，得焊管；
(3)探伤检测：对焊管焊缝进行不间断无差别的在线涡流探伤，定尺切断下线后修头，再进行超声波探伤和气密性水压检测，剔除不良品，得良品管；
(4)退火冷拔：对良品管进行退火，冷拔缩径得到符合管径要求的TA18钛合金管；
(5)成品处理：将符合管径要求的TA18钛合金管进行除油，再进行粗抛和精抛处理，最终得到TA18钛自行车无缝焊管。
作为优选，所述步骤(1)中，TA18钛合金冷轧带卷为名义成分、配比、硬度、延伸率均符合国标要求的TA18钛合金冷轧带卷；TA18带料的毛刺≤0.05mm，长度≥500m。
作为优选，所述TA18钛合金冷轧带卷名义成分为Ti-3Al-2.5V，采用海绵钛和铝钒合金按照2.0％≤Al≤3.5％、1.5％≤V≤3.0％、Fe≤0.25％、C≤0.08％、N≤0.03％、H≤0.015％、O≤0.12％，余量为Ti的质量配比进行熔铸后冷轧退火制成带卷，要求为M态，室温Rm为590～700MPa，端面收缩率A为25％，硬度为15～17HRC。
作为优选，所述步骤(2)中，交替冷挤压成型为在高频感应焊接机组成型平台上经过平辊模具和立辊模具进行；带料边缘进行加热、挤压焊接包括如下步骤：进入惰性气体保护的密闭焊接单元，使用高频感应固态焊机电源对带料边缘进行快速加热，再通过第一组无磁超硬陶瓷挤压辊轮将对准的边缘进行挤压焊接，第二组挤压辊轮使焊接边缘在冷却到300℃以下之前保持紧密连接状态，采用内外刮疤装置将挤压辊轮挤出内外焊缝的焊渣进行切削剔除；所述外型修正包括如下步骤：经由精整辊轮对挤压焊接后的管型进行外型修正，使其达到符合要求的外型公差。
作为优选，所述平辊模具采用超强硬质合金材料制成，平辊模具采用硬铜合金材料制成；所述交替冷挤压成型、挤压焊接、外型修正的速度独立的为不低于60m/min。
作为优选，所述步骤(4)中，退火温度为600～750℃，保温时间为60～90min。
作为优选，所述步骤(4)中，冷拔缩径包括如下步骤：将退火后的良品管通过打头机做头，在液压式直拉机上进行缩径空拉，得到符合管径要求的TA18钛合金管。
作为优选，所述缩径空拉只需定径外模，不需使用内模，每道次缩径幅度为10％～30％；当缩径空拉的缩径幅度大于30％时，每增加一个道次的冷拔缩径需增加一次退火；所述退火温度为600～750℃，保温时间为60～90min。
作为优选，所述步骤(5)中，当步骤(4)的缩径空拉的缩径幅度大于30％时，对TA18钛自行车无缝焊管增加一次真空去应力退火，退火温度为600～750℃，保温时间60～90min，真空度为10～3mmHg。
本发明还提供了所述TA18钛自行车架无缝焊管的生产工艺得到的TA18钛自行车架无缝焊管。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明有益效果如下：
本发明生产的焊管外观表面焊缝不可见，壁厚和外径均匀，经高倍金相组织检测，焊缝和热影响区组织性能与母材完全一致，晶粒细小均匀，突破TA18钛自行车架管仅能通过冷轧轧制生产的局限，实现了TA18钛自行车架直接由TA18钛合金带焊接和后处理制备的工艺路线，大大简化了工艺环节，降低了生产成本，提高了管材成品率(≥95％)、精度和品质；
本发明得到的TA18钛自行车无缝焊管，外径公差≤0.05mm，壁厚公差≤0.05mm，抗拉强度Rm≥600MPa，屈服强度Rp0.2≥620MPa，断后伸长率≥35％，硬度HV1为180～220，扩口率≥50％，管材内外表面无刮伤、刮痕和杂质，无凹坑、裂纹、针眼、起皮、鼓包及波浪纹等肉眼可见缺陷。
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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明生产工艺流程示意图。
具体实施方式
本发明提供一种TA18钛自行车架无缝焊管的生产工艺，包括如下步骤：
(1)带料分条：根据管径大小对TA18钛合金冷轧带卷进行精密分条，得TA18带料；
(2)焊接精整：将TA18带料进行交替冷挤压成型，带料边缘顺次进行加热、挤压焊接、外型修正，得焊管；
(3)探伤检测：对焊管焊缝进行不间断无差别的在线涡流探伤，定尺切断下线后修头，再进行超声波探伤和气密性水压检测，剔除不良品，得良品管；
(4)退火冷拔：对良品管进行退火，冷拔缩径得到符合管径要求的TA18钛合金管；
(5)成品处理：将符合管径要求的TA18钛合金管顺次进行除油，再进行粗抛和精抛处理，最终得到TA18钛自行车无缝焊管。
在本发明中，所述步骤(1)中，TA18钛合金冷轧带卷为名义成分、配比、硬度、延伸率均符合国标要求的TA18钛合金冷轧带卷；TA18带料的毛刺≤0.05mm，长度≥500m。
在本发明中，所述TA18钛合金冷轧带卷名义成分为Ti-3Al-2.5V，采用海绵钛和铝钒合金按照2.0％≤Al≤3.5％、1.5％≤V≤3.0％、Fe≤0.25％、C≤0.08％、N≤0.03％、H≤0.015％、O≤0.12％，余量为Ti的质量配比进行熔铸后冷轧退火制成带卷，要求为M态，室温Rm为590～700MPa，端面收缩率A为25％，硬度为15～17HRC。
在本发明中，所述步骤(2)中，交替冷挤压成型为在高频感应焊接机组成型平台上经过平辊模具和立辊模具进行；
所述平辊模具采用超强硬质合金材料制成，平辊模具采用硬铜合金材料制成；采用上述模具既保证成型充分，又不对TA18带料表面造成损伤。
在本发明中，所述步骤(2)中，带料边缘进行加热、挤压焊接包括如下步骤：进入惰性气体保护的密闭焊接单元，使用高频感应固态焊机电源对带料边缘进行快速加热，再通过第一组无磁超硬陶瓷挤压辊轮将对准的边缘进行挤压焊接，第二组挤压辊轮使焊接边缘在冷却到300℃以下之前保持紧密连接状态，采用内外刮疤装置将挤压辊轮挤出内外焊缝的焊渣进行切削剔除；
在本发明中，所述步骤(2)中，所述高频感应固态焊机通过高频感应电流的集肤效应和邻近效应和导体自身电阻来迅速加热工件，频率越高，熔深越浅；
在本发明中，所述步骤(2)中，外型修正包括如下步骤：经由精整辊轮对挤压焊接后的管型进行外型修正，使其达到符合要求的外型公差。
在本发明中，所述交替冷挤压成型、挤压焊接、外型修正的速度独立的优选为不低于60m/min，进一步优选为不低于70m/min；可保证高频变频电流将TA18带料待焊边缘在极短时间内加热到可焊接的热塑性状态，不显著改变焊缝和热影响区的显微组织和性能。
在本发明中，所述步骤(4)中，退火温度优选为600～750℃，进一步优选为650～725℃；保温时间优选为60～90min，进一步优选为70～80min；
所述退火在真空退火炉中进行，退火的真空度为10～3mmHg。
在本发明中，所述步骤(4)中，冷拔缩径包括如下步骤：将退火后的良品管通过打头机做头，在液压式直拉机上进行缩径空拉，得到符合管径要求的TA18钛合金管；
所述缩径空拉只需定径外模，不需使用内模，每道次缩径幅度为10％～30％；当缩径空拉的缩径幅度大于30％时，每增加一个道次的冷拔缩径需增加一次退火；所述退火温度为600～750℃，保温时间为60～90min。
在本发明中，所述步骤(5)中，当步骤(4)的冷拔缩径变形率大于30％时，对TA18钛自行车无缝焊管增加一次真空去应力退火，退火温度为600～750℃，保温时间60～90min，真空度为10～3mmHg。
在本发明中，所述步骤(5)中，除油包括如下步骤：进行超声波除油清洗，后烘干；粗抛和精抛处理采用双工位抛光机进行。
本发明还提供了所述TA18钛自行车架无缝焊管的生产工艺得到的TA18钛自行车架无缝焊管。
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
(1)带料分条：将TA18钛合金卷带进行精密分条得分条宽度67.4mm，壁厚为0.8mm，长度为1000m的TA18带料；
(2)焊接精整：TA18带料在高频感应焊接机组成型平台上经过平辊模具和立辊模具交替冷挤压成型，进入惰性气体保护的密闭焊接单元，使用高频感应固态焊机电源对带料边缘进行快速加热，再通过第一组无磁超硬陶瓷挤压辊轮将对准的边缘进行挤压焊接，第二组挤压辊轮使焊接边缘在冷却到300℃以下之前保持紧密连接状态，然后内外刮疤装置将挤压辊轮挤出内外焊缝的焊渣进行切削剔除，最后经由精整辊轮对管型进行外型修正，使其达到符合要求的外型公差；其中，交替冷挤压成型、挤压焊接、外型修正的速度为70m/min，管径为22mm；
(3)探伤检测：对焊管焊缝进行不间断无差别的在线涡流探伤，定尺切断下线后修头，再进行超声波探伤和气密性水压检测，剔除不良品；
(4)退火冷拔：采用真空退火炉良品管进行退火，退火温度为600℃，保温时间为60min，真空度为8mmHg，将退火后的钛合金焊管通过打头机做头，在液压式直拉机上进行缩径空拉，得到符合管径要求的TA18钛合金管；其中，缩径空拉，只需定径外模，不需使用内模；
缩径空拉的缩径幅度为13.6％，定径外模孔径为材质为硬质合金，使用钛管专用缩径空拉介质，缩径空拉时将钛管专用缩径空拉介质灌注于模具池内；
(5)成品处理：将空拉缩径后的TA18钛合金管进行超声波除油清洗烘干，再通过双工位抛光机进行粗抛和精抛处理，最终得到TA18钛自行车无缝焊管。经高倍金相组织检测，最终得到TA18钛自行车无缝焊管，晶粒细小均匀，硬度为200～220HV，不需再对成品管去应力退火即符合使用需求。
经检测，最终得到TA18钛自行车无缝焊管，外径公差≤0.05mm，壁厚公差≤0.05mm，抗拉强度Rm≥600MPa，屈服强度Rp0.2≥620MPa，断后伸长率≥35％，硬度为220HV，扩口率≥50％，管材内外表面无刮伤、刮痕和杂质，无凹坑、裂纹、针眼、起皮、鼓包及波浪纹等肉眼可见缺陷。
实施例2
(1)带料分条：将TA18钛合金卷带进行精密分条得分条宽度67.4mm，壁厚为0.8mm，长度为1000m的TA18带料；
(2)焊接精整：TA18带料在高频感应焊接机组成型平台上经过平辊模具和立辊模具交替冷挤压成型，进入惰性气体保护的密闭焊接单元，使用高频感应固态焊机电源对带料边缘进行快速加热，再通过第一组无磁超硬陶瓷挤压辊轮将对准的边缘进行挤压焊接，第二组挤压辊轮使焊接边缘在冷却到300℃以下之前保持紧密连接状态，然后内外刮疤装置将挤压辊轮挤出内外焊缝的焊渣进行切削剔除，最后经由精整辊轮对管型进行外型修正，使其达到符合要求的外型公差；其中，交替冷挤压成型、挤压焊接、外型修正的速度为65m/min，管径为22mm；
(3)探伤检测：对焊管焊缝进行不间断无差别的在线涡流探伤，定尺切断下线后修头，再进行超声波探伤和气密性水压检测，剔除不良品；
(4)退火冷拔：采用真空退火炉良品管进行退火，退火温度为700℃，保温时间为70min，真空度为10mmHg，将退火后的钛合金焊管通过打头机做头，在液压式直拉机上进行缩径空拉，得到符合管径要求的TA18钛合金管；其中，缩径空拉，只需定径外模，不需使用内模；
缩径空拉的缩径幅度为14％，定径外模孔径为材质为硬质合金，使用钛管专用缩径空拉介质，缩径空拉时将钛管专用缩径空拉介质灌注于模具池内；
(5)成品处理：将空拉缩径后的TA18钛合金管进行超声波除油清洗烘干，再通过双工位抛光机进行粗抛和精抛处理，最终得到TA18钛自行车无缝焊管。经高倍金相组织检测，最终得到TA18钛自行车无缝焊管，晶粒细小均匀，硬度为200～220HV，不需再对成品管去应力退火即符合使用需求。
经检测，最终得到TA18钛自行车无缝焊管，外径公差≤0.05mm，壁厚公差≤0.05mm，抗拉强度Rm≥600MPa，屈服强度Rp0.2≥620MPa，断后伸长率≥35％，硬度为210HV，扩口率≥50％，管材内外表面无刮伤、刮痕和杂质，无凹坑、裂纹、针眼、起皮、鼓包及波浪纹等肉眼可见缺陷。
实施例3
(1)带料分条：将TA18钛合金卷带进行精密分条得分条宽度67.4mm，壁厚为0.8mm，长度为1000m的TA18带料；
(2)焊接精整：TA18带料在高频感应焊接机组成型平台上经过平辊模具和立辊模具交替冷挤压成型，进入惰性气体保护的密闭焊接单元，使用高频感应固态焊机电源对带料边缘进行快速加热，再通过第一组无磁超硬陶瓷挤压辊轮将对准的边缘进行挤压焊接，第二组挤压辊轮使焊接边缘在冷却到300℃以下之前保持紧密连接状态，然后内外刮疤装置将挤压辊轮挤出内外焊缝的焊渣进行切削剔除，最后经由精整辊轮对管型进行外型修正，使其达到符合要求的外型公差；其中，交替冷挤压成型、挤压焊接、外型修正的速度为75m/min，管径为22mm；
(3)探伤检测：对焊管焊缝进行不间断无差别的在线涡流探伤，定尺切断下线后修头，再进行超声波探伤和气密性水压检测，剔除不良品；
(4)退火冷拔：采用真空退火炉良品管进行退火，退火温度为750℃，保温时间为85min，真空度为4mmHg，将退火后的钛合金焊管通过打头机做头，在液压式直拉机上进行缩径空拉，得到符合管径要求的TA18钛合金管；其中，缩径空拉，只需定径外模，不需使用内模；
缩径空拉的缩径幅度为15％，定径外模孔径为材质为硬质合金，使用钛管专用缩径空拉介质，缩径空拉时将钛管专用缩径空拉介质灌注于模具池内；
(5)成品处理：将空拉缩径后的TA18钛合金管进行超声波除油清洗烘干，再通过双工位抛光机进行粗抛和精抛处理，最终得到TA18钛自行车无缝焊管。经高倍金相组织检测，最终得到TA18钛自行车无缝焊管，晶粒细小均匀，硬度为200～220HV，不需再对成品管去应力退火即符合使用需求。
经检测，最终得到TA18钛自行车无缝焊管，外径公差≤0.05mm，壁厚公差≤0.05mm，抗拉强度Rm≥600MPa，屈服强度Rp0.2≥620MPa，断后伸长率≥35％，硬度为200HV，扩口率≥50％，管材内外表面无刮伤、刮痕和杂质，无凹坑、裂纹、针眼、起皮、鼓包及波浪纹等肉眼可见缺陷。
本发明制备的TA18钛自行车架管外观表面焊缝不可见，壁厚和外径均匀，经高倍金相组织检测，焊缝和热影响区组织性能与母材完全一致，晶粒细小均匀，突破TA18钛自行车架管仅能通过冷轧轧制生产的局限，实现了TA18钛自行车架直接由TA18钛合金带焊接和后处理制备的工艺路线，大大简化了工艺环节，降低了生产成本，提高了管材成品率(≥95％)、精度和品质。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种TA18钛自行车架无缝焊管的生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1)带料分条：根据管径大小对TA18钛合金冷轧带卷进行精密分条，得TA18带料；
(2)焊接精整：将TA18带料进行交替冷挤压成型，带料边缘顺次进行加热、挤压焊接、外型修正，得焊管；
(3)探伤检测：对焊管焊缝进行不间断无差别的在线涡流探伤，定尺切断下线后修头，再进行超声波探伤和气密性水压检测，剔除不良品，得良品管；
(4)退火冷拔：对良品管进行退火，冷拔缩径得到符合管径要求的TA18钛合金管；
(5)成品处理：将符合管径要求的TA18钛合金管进行除油，再进行粗抛和精抛处理，最终得到TA18钛自行车无缝焊管；
所述步骤(1)中，TA18带料的毛刺≤0.05mm，长度≥500m；所述TA18钛合金冷轧带卷名义成分为Ti-3Al-2.5V，采用海绵钛和铝钒合金按照2.0％≤Al≤3.5％、1.5％≤V≤3.0％、Fe≤0.25％、C≤0.08％、N≤0.03％、H≤0.015％、O≤0.12％，余量为Ti的质量配比进行熔铸后冷轧退火制成带卷，要求为M态，室温Rm为590~700MPa，端面收缩率A为25％，硬度为15~17HRC；
所述步骤(2)中，交替冷挤压成型为在高频感应焊接机组成型平台上经过平辊模具和立辊模具进行；带料边缘进行加热、挤压焊接包括如下步骤：进入惰性气体保护的密闭焊接单元，使用高频感应固态焊机电源对带料边缘进行快速加热，再通过第一组无磁超硬陶瓷挤压辊轮将对准的边缘进行挤压焊接，第二组挤压辊轮使焊接边缘在冷却到300℃以下之前保持紧密连接状态，采用内外刮疤装置将挤压辊轮挤出内外焊缝的焊渣进行切削剔除；所述外型修正包括如下步骤：经由精整辊轮对挤压焊接后的管型进行外型修正，使其达到符合要求的外型公差；
所述步骤(4)中，退火温度为600~750℃，保温时间为60~90min；
所述步骤(4)中，冷拔缩径包括如下步骤：将退火后的良品管通过打头机做头，在液压式直拉机上进行缩径空拉，得到符合管径要求的TA18钛合金管；
所述缩径空拉只需定径外模，不需使用内模，每道次缩径幅度为10％~30％；当缩径空拉的缩径幅度大于30％时，每增加一个道次的冷拔缩径需增加一次退火；所述退火温度为600~750℃，保温时间为60~90min。
2.根据权利要求1所述的TA18钛自行车架无缝焊管的生产工艺，其特征在于，所述平辊模具采用超强硬质合金材料制成；所述交替冷挤压成型、挤压焊接、外型修正的速度独立的为不低于60m/min。
3.根据权利要求1所述的TA18钛自行车架无缝焊管的生产工艺，其特征在于，所述步骤(5)中，当步骤(4)的缩径空拉的缩径幅度大于30％时，对TA18钛自行车无缝焊管增加一次真空去应力退火，退火温度为600~750℃，保温时间60~90min，真空度为10~3mmHg。
4.权利要求1~3任一项所述TA18钛自行车架无缝焊管的生产工艺得到的TA18钛自行车架无缝焊管。
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