CN116079342A - 一种阴极辊用高均匀性及高晶粒度焊接钛筒的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阴极辊用高均匀性及高晶粒度焊接钛筒的制作方法，属于电解铜箔生产设备领域。包括以下步骤：在四辊卷板机上对TA1钛板进行卷制；对TA1钛筒开缝处进行坡口加工及焊前预处理，采用窄间隙激光焊接法，以激光束空间螺旋式摆动模式对TA1钛筒的开缝进行焊接；焊接完成后在TA1钛筒表面涂刷高温水玻璃涂层，进行高、中、低温加热和高、中、低温锻打；对锻打后的TA1钛筒进行热处理；对TA1钛筒内表面和外表面进行粗加工；将TA1钛筒安装到四辊卷板机上进行矫圆处理；卸下TA1钛筒，采用超声波冲击法去除TA1钛筒表面残余应力，对TA1钛筒表面进行精加工。本发明具有焊接效率高、焊缝及焊接热影响区窄、TA1钛筒整体晶粒均匀细小及残余应力低等优点。

Description

一种阴极辊用高均匀性及高晶粒度焊接钛筒的制作方法

技术领域

本发明属于电解铜箔生产设备技术领域，具体而言涉及一种阴极辊用高均匀性及高晶粒度焊接钛筒的制作方法。

背景技术

电解铜箔是覆铜板、印制电路板及锂离子电池等电子产品制造的基础材料之一。随着下游产业领域科技的高速发展，对上游的电解铜箔需求逐年增加，尤其是对铜箔的品质和质量的要求也越来越高。而阴极辊作为电解铜箔之母，铜箔的光面即是钛筒表面的复印，阴极辊用钛筒的质量直接决定铜箔的品质与使用性能。目前，阴极辊表面TAI钛筒的制造主要有旋压和焊接两种成形制造工艺，其中经过旋压工艺制造的无缝钛阴极辊具有表面晶粒度均匀、生产的铜箔均匀致密等优点，但是钛筒环坯在旋压前要经过海绵钛的真空熔炼、分锭、锻造、冲孔、扩孔、轧环、车环、旋压等工艺步骤，工序复杂，工期较长，材料利用率较低。相比之下，焊接阴极辊具有成本较低、生产效率高等优点，但焊接TA1钛筒其弊端在于阴极辊辊面存在明显色差，致使其生产的铜箔出现周期性光亮带，影响铜箔的质量与品质，因此，开发低成本、高效率、高晶粒度及高均匀性阴极辊用TA1钛筒的制备技术迫在眉睫。

中国专利CN102489942B公开了一种阴极辊用无缝钛筒制造方法，选用的钛铸锭块的化学成分(重量百分比)为：Fe＜0.06，O＜0.06，C＜0.02，N＜0.02，H＜0.01，其它杂质元素单个＜0.05，其它元素含量总和＜0.2。对选用的钛铸锭块经过扩孔和拔长后得到钛筒的环轧成型前的毛坯件。将经过车加工的旋压毛坯加热，并经过3～4道次旋压得到初成型的阴极辊钛筒；对初成型的阴极辊钛筒退火热处理，最终得到成型后的阴极辊钛筒。该发明经过合理的参数控制，得到的钛筒的椭圆度≤3mm，直径公差≤2mm，壁厚公差≤0.5mm，微观组织金相检测晶粒度6～8级。但由于阴极辊用无缝钛筒制造过程中需要经历多道工序，包括海绵钛的真空熔炼、分锭、锻造、冲孔、扩孔、轧环、车环、旋压等工艺步骤，工序复杂，工期较长，材料利用率较低。

中国专利CN1740403A公开了一种大规格钛阴极辊筒体的制造方法及用此材料制作的复合型大电流阴极辊，其制造方法是：将钛板两端加热后模压，使之成型出一定高度的凸缘；将钛板卷制成圆筒，使模压成型出的凸缘对接，并对接缝处焊满；将焊缝处加热后进行锻造，将锻造后的焊缝轧制，最后将钛筒整体热处理。用此材料制作的复合型大电流阴极辊的主轴沿轴向位于辊筒内，辊筒通过导电轮、铜导电板与主轴固定连接，辊筒两端采用堵板密封，辊筒由外层钛筒，内层钢包裹铜的钢一铜复合筒通过热装形成。该发明采用端部模压成型的方法加工出可锻造量的高度，简单可行，锻造时不易形成折叠现象，锻造后再经过轧制，可使焊缝组织进一步改善，生产的钛筒成本低，质量高。用此材料制作的阴极辊能保证大电流输入时导电的均匀性，输入电流35000A时辊筒表面不过热，提高了辊面的电流密度及箔材的产量和质量，延长了阴极辊的使用寿命。但由于焊接钛筒会在其表面形成一条纵缝，焊接过程中由于温度的升高，使得焊缝处的晶粒长大，虽然后续的加热锻造处理会改善焊缝组织，但焊缝的晶粒度与母材无法实现完全一致，导致阴极辊辊面存在明显色差，在生成的铜箔表面产生一条光亮带，严重影响铜箔的品质与生产效率。

因此，有必要提供一种阴极辊用高均匀性及高晶粒度焊接钛筒的制备技术以解决上述问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种阴极辊用高均匀性及高晶粒度焊接钛筒的制作方法，利用窄间隙激光焊接法结合激光束空间螺旋式摆动模式，可保证TA1钛筒焊接后，焊缝窄，焊缝组织细小，通过对焊接后的阴极辊用TA1钛筒整体进行三火次高、中、低温锻打再结合制定的热处理工艺，可保证TA1钛筒整体晶粒均匀、细小，采用四辊卷板机矫圆处理结合超声波冲击技术，可保证TA1钛筒优良的直线度、圆度及极低的残余应力。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种阴极辊用高均匀性及高晶粒度焊接钛筒的制作方法，所述制作方法包括以下步骤：

步骤一、对来料TA1纯钛板材进行测量、检测及预处理；

步骤二、在四辊卷板机上安装TA1纯钛板材，对其进行卷圆操作，包括对中、退料、预弯和卷制，得到TA1钛筒，然后卸下筒体；

步骤三、对TA1钛筒开缝处进行坡口加工；

步骤四、对开缝TA1钛筒进行焊前预处理；

步骤五、采用窄间隙激光焊接法，在惰性保护气体的保护下，以激光束空间螺旋式摆动模式对TA1钛筒的开缝进行焊接；

步骤六、第一层焊接结束后，清理焊道，然后重复进行单层单道焊接，直至TA1钛筒开缝处填满，形成整条焊缝，完成焊接，并对TA1钛筒内外焊缝表面进行再次清理，得到焊接后的TA1钛筒；

步骤七、将焊接后的TA1钛筒表面涂刷高温水玻璃涂层，放入井式高温电阻炉内进行第一次高温加热；

步骤八、将高温加热后的焊接TA1钛筒取出，并在其外部套上石棉，同时在锻压机的下砧子表面加垫石棉垫，配合预先预热好的模具，移到锻压机上并通过锻压机的上砧子对其整体进行第一次高温锻打；

步骤九、将经过高温锻打后的TA1钛筒表面涂刷高温水玻璃涂层，放入井式高温电阻炉内进行第二次中温加热；

步骤十、将中温加热后的TA1钛筒取出，并在其外部套上石棉，同时在锻压机的下砧子表面加垫石棉垫，配合预先预热好的模具，移到锻压机上并通过锻压机的上砧子对其整体进行第二次中温锻打；

步骤十一、将经过中温锻打后的TA1钛筒表面涂刷高温水玻璃涂层，放入井式高温电阻炉内进行第三次低温加热；

步骤十二、将低温加热后的TA1钛筒取出，并在其外部套上石棉，同时在锻压机的下砧子表面加垫石棉垫，配合预先预热好的模具，移到锻压机上并通过锻压机的上砧子对其整体进行第三次低温锻打；

步骤十三、将经锻压机三次高、中、低温锻打后的TA1钛筒进行空冷至室温，之后对TA1钛筒进行热处理，以细化TA1钛筒整体的晶粒；

步骤十四、对热处理后的TA1钛筒内表面和外表面进行粗加工，使其内表面的粗糙度Ra≤6.2μm，外表面粗糙度Ra≤4.8μm；

步骤十五、将表面处理后的TA1钛筒安装到四辊卷板机上进行矫圆处理，处理完毕后卸下TA1钛筒；

步骤十六、采用超声波冲击法去除TA1钛筒表面残余应力；

步骤十七、对TA1钛筒表面进行精加工，使其内表面粗糙度Ra≤3.2μm，外表面粗糙度Ra≤0.8μm。

进一步地，所述步骤一中，TA1纯钛板材宽度的不平度为8～10mm/m，板材室温的抗拉强度Rm＝300～310Mpa；板材主要成分的质量分数：Ti≥99.15％，杂质成分：Fe≤0.20％，O≤0.18％，C≤0.08％，N≤0.03％，H≤0.015％，其他单一杂质元素质量分数≤0.10％，总和≤0.40％；板材表面粗糙度Ra＝2.8～3.2μm；所述TA1纯钛板材的测量为对板材的实际尺寸，包括长度、宽度、厚度进行测量；TA1纯钛板材的检测包括外观质量检测、成分检测、超声波无损探伤检测；TA1纯钛板材的预处理为清除板材上的铁屑杂物，以防止压坑或损坏设备。

进一步地，所述步骤二中，所述四辊卷板机主要包括四个工作轴辊，分别为上轴辊、下轴辊、左侧辊、右侧辊；四个工作轴辊的材质均为42CrMo；

所述对中操作时，将下轴辊缓慢上移，使上、下轴辊之间的间距保持在53～58mm，再将右侧辊上移至与下轴辊相同高度，然后将左侧辊中心线上移至上轴辊和下轴辊之间，将TA1纯钛板材移入上轴辊和下轴辊之间直到其顶住左侧辊，此时即完成对中操作；

所述退料操作时，将左侧辊下降至初始高度，上移下轴辊至TA1纯钛板材与上轴辊和下轴辊接触，将上轴辊逆时针转动，利用TA1纯钛板材表面与上轴辊和下轴辊之间的摩擦力带动TA1纯钛板材向右退回，当TA1纯钛板材左端剩余距离为60～95mm时，上轴辊停转，完成退料；

所述预弯操作时，上轴辊和下轴辊将TA1纯钛板材压紧，升起左侧辊施力，使TA1纯钛板材一端端部弯曲，预弯另一端时，TA1纯钛板材不需从设备中取出，将TA1纯钛板材移至另一端，采用相同方法进行预弯即可；

所述卷制操作时，将右侧辊下移至初始位置，调整左侧辊至指定位置，上轴辊转动，通过摩擦力带动TA1纯钛板材运动从而实现连续卷制，使TA1纯钛板材发生等曲率连续弯曲，当TA1纯钛板材右边缘长度为60～95mm时，上轴辊停转，完成第一道次滚弯过程，重复上述操作，直至完成卷制得到TA1钛筒，所述卷制的卷板速度2～4m/min。

进一步地，所述步骤三中，所述坡口的类型为Y型，从TA1钛筒内壁开Y型坡口，坡口的钝边尺寸为4～6mm，单坡口角度为15～20度。

进一步地，所述步骤四中，焊前预处理为先对坡口表面的氧化皮进行打磨，之后用氢氟酸和硝酸的混合溶液对其表面依次进行酸洗、清水冲洗、无水乙醇擦拭、吹干；所述氢氟酸和硝酸的混合溶液中氢氟酸的体积分数为4～6％，硝酸的体积分数为24～36％，余量为水。

进一步地，所述步骤五中，所述窄间隙激光焊接法为，从TA1钛筒内部开始施焊，其激光功率为2500～5500W，离焦量为-10～+20mm，其焊接速度为40～80mm/min，其填充材料为直径2.5～3mm的TA1纯钛焊丝，激光束与TA1钛筒开缝所在的平面的法线呈第一夹角，TA1纯钛焊丝与TA1钛筒开缝所在的平面呈第二夹角，激光束入射点与TA1纯钛焊丝端部无间距设置，所述第一夹角为15～20度，所述第二夹角为35～45度。所述惰性保护气体为99.99-99.999％的高纯氩气，惰性保护气体的气流量为18～25L/min；激光束空间螺旋式摆动模式的摆动频率为150～300HZ，摆动幅度为1～3mm，螺旋升角为15～30度。

进一步地，所述步骤六中，清理焊道及焊接后的TA1钛筒的内外焊缝表面所采用的清理方法为激光清理，即通过激光光束辐照在焊道层表面，在激光能量聚集下，光束辐照在表面巨大的能量击碎焊缝层间的氧化物，使其瞬间剥离基材。

进一步地，所述步骤七中，将焊接后的TA1钛筒放入井式高温电阻炉内加热，其加热工艺为以7℃/min～10℃/min的加热速度加热至540℃～570℃，保温20～30min，再以9℃/min～13℃/min的加热速度加热至830℃～860℃，保温30～40min，最后以9℃/min～13℃/min的加热速度加热至1050℃～1080℃，保温40～50min。

进一步地，所述步骤八中，所述锻压机采用自动控制锻造模式，始锻温度为950～980℃，终锻温度为890～920℃；将焊接后的TA1钛筒制成外径为2700mm，尺寸允许偏差为0～+25mm，宽幅为1200～1350mm，厚度为32～51mm；高温锻打送进量为250～350mm，压下量为160～240mm，高温锻打沿焊接后的TA1钛筒轴线方向进行，由焊接后的TA1钛筒一端锻打至另一端后旋转15～20°重复锻打操作，直至焊接后的TA1钛筒表面均被锻压机的上砧子进行高温锻打，锻打结束，采用空冷的方式将焊接后的TA1钛筒冷却至室温。

进一步地，所述步骤九中，将经过高温锻打后的TA1钛筒放入井式高温电阻炉内加热，其加热工艺为以7℃/min～10℃/min的加热速度加热至530℃～560℃，保温20～30min，再以9℃/min～13℃/min的加热速度加热至830℃～850℃，保温40～50min。

进一步地，所述步骤十中，所述锻压机采用自动控制锻造模式，始锻温度为735～745℃，终锻温度为685～700℃；将TA1钛筒制成外径为2700mm，尺寸允许偏差为0～+25mm，宽幅为1300～1500mm，厚度为25～44mm；中温锻打送进量为150～260mm，压下量为100～170mm，中温锻打沿TA1钛筒环向进行，由TA1钛筒起点锻打一圈后，TA1钛筒沿轴向移动0～20mm，重复锻打操作，直至TA1钛筒表面均被锻压机的上砧子进行中温锻打，锻打结束，采用空冷的方式将TA1钛筒冷却至室温。

进一步地，所述步骤十一中，将经过中温锻打后的TA1钛筒放入井式高温电阻炉内加热，其加热工艺为以7℃/min～10℃/min的加热速度加热至645℃～675℃，保温40～50min。

进一步地，所述步骤十二中，所述锻压机采用自动控制锻造模式，始锻温度为545～575℃，终锻温度为505～515℃，将TA1钛筒制成外径为2700mm，尺寸允许偏差为0～+25mm，宽幅为1400～1600mm，厚度为20～26mm，低温锻打送进量为85～165mm，压下量为55～100mm，低温锻打沿TA1钛筒轴线方向进行，由TA1钛筒一端锻打至另一端后旋转15～20°重复锻打操作，直至TA1钛筒表面均被锻压机的上砧子进行低温锻打，锻打结束，采用空冷的方式将TA1钛筒冷却至室温。

进一步地，所述步骤七、步骤九、步骤十一中，高温水玻璃涂层由玻璃防护润滑剂、玻璃防护润滑剂和水组成，玻璃防护润滑剂、玻璃防护润滑剂和水的质量配比为4:1:8，涂刷过程中保证由TA1钛筒的一端向另一端单方向涂刷，涂刷厚度为0.6～1.2mm。

进一步地，所述步骤八、步骤十、步骤十二中，所述模具的材质为42CrMo，所述模具的预热工艺为将模具放入井式电阻炉内，以10～11℃/min的加热速度加热至500℃～550℃，保温30min。

进一步地，所述步骤十三中，对TA1钛筒进行热处理为，将冷至室温的TA1钛筒放入井式电阻炉内，设置热处理工艺为以5～8℃/min的加热速度加热至300～350摄氏度，再以7～9℃/min的加热速度加热至550～565℃，保温30～40min后打开炉盖，待其冷至室温后取出，之后取样检测其平均晶粒等级。

进一步地，所述步骤十四中，对热处理后的TA1钛筒内表面和外表面进行粗加工，加工时采用数控车床，将TA1钛筒固定至相应工装上后按照程序规划的走刀路径分别对TA1钛筒的内表面和外表面进行车削加工，其中，内外表面加工时需更换不同规格的刀具，最终使其内表面粗糙度Ra≤6.2μm，外表面粗糙度Ra≤4.8μm。

进一步地，所述步骤十五中，将TA1钛筒安装到四辊卷板机上进行矫圆处理主要包括加载、滚圆及卸载三个步骤，其中，加载为将上轴辊和下轴辊位置调到所需的最大矫正曲率所对应的位置；滚圆为将TA1钛筒在矫正曲率下滚卷2～3圈；卸载为逐渐卸除载荷，然后对TA1钛筒进行多次滚卷，达到其筒面直线度≤0.05mm，圆度≤0.05mm。

进一步地，所述步骤十六中，所述超声波冲击去除TA1钛筒筒面的残余应力，其具体工艺为：冲击功率为780～860W，冲击频率为35～45HZ，振幅为35～40μm，冲击速度为0.05～0.10m/min。

进一步地，所述步骤十七中，对TA1钛筒表面进行精加工，包括研磨抛光两步骤，其中研磨为分别使用40目、60目、80目及200目的砂轮对TA1钛筒筒面进行研磨处理，抛光为使用镜面加工设备对筒面进行镜面加工处理，最终筒面粗糙度Ra≤0.8μm。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明提供的一种阴极辊用高均匀性及高晶粒度焊接钛筒的制作方法，具有以下优势：以TA1钛板为原材料，通过四辊卷板机对其进行卷制，采用窄间隙激光焊接法，以激光束空间螺旋式摆动模式对TA1钛筒的开缝进行焊接，该焊接工艺，具有焊接效率高、焊缝及焊接热影响区窄、焊缝晶粒细小的特点；对焊接后的TA1钛筒进行高、中、低温加热，并对其整体进行高、中、低温锻打，使TA1钛筒整体产生均匀变形；锻打后对TA1钛筒进行热处理，保证了TA1钛筒整体的晶粒均匀、细化；热处理后对TA1钛筒进行机加工及矫圆处理，使其具有优良的直线度与椭圆度；采用超声波冲击法去除TA1钛筒表面残余应力，降低TA1钛筒的残余应力，防止随使用时间的延长钛筒的残余应力释放而影响其尺寸精度，综上所述，本发明具有焊接效率高、焊缝及焊接热影响区窄、TA1钛筒整体晶粒均匀细小及残余应力低的特点，解决了阴极辊辊面存在色差且焊缝处和母材处晶粒不均匀致使其生产的铜箔表面产生周期性光亮带的难题。

附图说明

图1为本发明步骤二中的四辊卷板机示意图。

图2为本发明步骤五中的窄间隙激光焊接法焊接过程示意图。

图3为本发明中的高、中、低温锻打过程示意图。

图4为实施例1中制作得到的阴极辊用焊接钛筒的晶粒形貌。

图5为实施例2中制作得到的阴极辊用焊接钛筒的晶粒形貌。

图6为实施例3中制作得到的阴极辊用焊接钛筒的晶粒形貌。

其中：1-上轴辊，2-下轴辊，3-左侧辊，4-右侧辊，5-TA1纯钛板材，6-TA1钛筒，7-TA1纯钛焊丝，8-坡口，9-激光束，10-空间螺旋式摆动模式，11-焊接后的TA1钛筒，12-焊缝，13-模具，14-锻压机的上砧子，15-下砧子。

具体实施方式

下面通过具体实施例来进一步说明本发明。但这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

一种阴极辊用高均匀性及高晶粒度焊接钛筒的制作方法，包括以下步骤：

步骤一、采购材质为TA1的工业纯钛板材。

步骤二、对来料TA1纯钛板材5进行测量、检测及预处理。

步骤三、在四辊卷板机上安装TA1纯钛板材5，对其进行卷圆操作，包括对中、退料、预弯和卷制，然后卸下筒体。

步骤四：对TA1钛筒6开缝处进行坡口加工。

步骤五：对开缝TA1钛筒6进行焊前预处理。

步骤六：采用窄间隙激光焊接法，在惰性保护气体的保护下，以激光束空间螺旋式摆动模式对TA1钛筒6的开缝进行焊接。

步骤七：第一层焊接结束后，清理焊道，然后重复进行单层单道焊接，直至TA1钛筒6开缝处填满，形成整条焊缝，完成焊接，并对TA1钛筒6内外焊缝表面进行再次清理。

步骤八：将焊接后的TA1钛筒表面涂刷高温水玻璃涂层后放入井式高温电阻炉内进行第一次高温加热。

步骤九：将高温加热后的焊接后的TA1钛筒11取出，并在其外部套上石棉，同时在锻压机的下砧子15表面加垫石棉垫，配合预先预热好的模具13，移到锻压机上并通过锻压机的上砧子14对其整体进行第一次高温锻打。

步骤十：将经过高温锻打后的TA1钛筒表面涂刷高温水玻璃涂层后放入井式高温电阻炉内进行第二次中温加热。

步骤十一：将中温加热后的TA1钛筒取出，并在其外部套上石棉，同时在锻压机的下砧子表面加垫石棉垫，配合预先预热好的模具13，移到锻压机上并通过锻压机的上砧子14对其整体进行第二次中温锻打。

步骤十二：将经中温锻打后的TA1钛筒表面涂刷高温水玻璃涂层后放入井式高温电阻炉内进行第三次低温加热。

步骤十三：将低温加热后TA1的钛筒取出，并在其外部套上石棉，同时在锻压机的下砧子表面加垫石棉垫，配合预先预热好的模具13，移到锻压机上并通过锻压机的上砧子14对其整体进行第三次低温锻打。

步骤十四：将经锻压机高、中、低温锻打后的TA1钛筒进行空冷至室温，之后对TA1钛筒进行热处理，以细化TA1钛筒整体的晶粒。

步骤十五：对热处理后的TA1钛筒内表面和外表面进行粗加工，使其内表面的粗糙度Ra≤6.2μm，外表面粗糙度Ra≤4.8μm。

步骤十六：将TA1钛筒安装到四辊卷板机上进行矫圆处理，处理完毕后卸下TA1钛筒。

步骤十七：采用超声波冲击法去除TA1钛筒表面残余应力。

步骤十八：对TA1钛筒表面进行精加工，使其内表面粗糙度Ra≤3.2μm，外表面粗糙度达Ra≤0.8μm。

所述步骤一中的TA1工业纯钛板长度为8485mm，其允许偏差为-25～0mm，宽度为800mm，其允许偏差为0～+20mm，厚度为50～80mm，板材规定宽度的不平度8～10mm/m，板材室温的抗拉强度Rm＝300～310Mpa，板材质量分数：主要成分Ti≥99.15％，杂质成分：Fe≤0.20％，O≤0.18％，C≤0.08％，N≤0.03％，H≤0.015％，其他单一杂质元素质量分数≤0.10％，总和≤0.40％，板材表面粗糙度Ra＝2.8～3.2μm，板材的制造方法为热轧，供货状态为退火状态，板材边部平齐、无裂口、卷边，表面光洁、无裂纹、起皮、氧化皮、碱洗痕迹，四个角为直角。

所述步骤二中的TA1纯钛板材测量为对板材的实际尺寸，包括长度、宽度、厚度进行测量；TA1纯钛板材检测包括外观质量检测、成分检测、超声波无损探伤检测；TA1纯钛板材预处理为清除板材上的铁屑杂物，以防止压坑或损坏设备。

所述步骤三中的四辊卷板机主要包括四个工作轴辊，材质均为42CrMo，如图1所示，上轴辊1、下轴辊2、左侧辊3、右侧辊4，其中上轴辊1辊身长为2300mm，直径为1100mm，下轴辊2辊身长为2120mm，直径为910mm，左侧辊3和右侧辊4辊身长均为1860mm，直径均为760mm。

所述步骤三中的对中操作为使TA1纯钛板材5侧边与上轴辊1中心轴线保持平行，以避免卷制过程中产生偏转、歪扭等现象，对中时，需将下轴辊2缓慢上移，使上轴辊1与下轴辊2之间的间距保持在53～58mm，再将右侧辊4上移至于下轴辊2相同高度，然后将左侧辊3中心线上移至在上轴辊1和下轴辊2之间，将TA1纯钛板材5移入上轴辊1与下轴辊2之间直到其顶住左侧辊3，此时即完成对中操作。

所述步骤三中的退料操作为将左侧辊3下降至初始高度，上移下轴辊2至TA1纯钛板材5与上轴辊1和下轴辊2接触，将上轴辊1逆时针转动，利用TA1纯钛板材5表面与上轴辊1和下轴辊2之间的摩擦力带动TA1纯钛板材5向右退回，当TA1纯钛板材5左端剩余距离为60～95mm时，上轴辊1停转。

所述步骤三中的预弯操作为上轴辊1和下轴辊2将TA1纯钛板材5压紧，升起左侧辊3施力，使TA1纯钛板材5一端端部弯曲，预弯另一端时，TA1纯钛板材5不需从设备中取出，将TA1纯钛板材5移至另一端，采用相同方法进行预弯即可，该操作拟尽量减少剩余直边的长度，提高TA1钛筒的成形精度。

所述步骤三中的卷制操作为将右侧辊4下移至初始位置，调整左侧辊3至指定位置，上轴辊1转动，通过摩擦力带动TA1纯钛板材5运动从而实现连续卷制，使TA1纯钛板材5发生等曲率连续弯曲，当TA1纯钛板材5右边缘长度为60～95mm时上轴辊1停转，完成第一道次滚弯过程，重复上述操作，直至完成卷至外径为2700mm的TA1钛筒，其尺寸允许偏差为0-+25mm，所述卷制的卷板速度2～4m/min。

所述步骤四中的坡口8类型为Y型，从TA1钛筒内壁开Y型坡口8，坡口8的钝边尺寸为4～6mm，单坡口角度为15～20度。

所述步骤五中的焊前预处理为先对坡口8表面的氧化皮进行打磨，之后用氢氟酸和硝酸的混合溶液对其表面进行酸洗，所述氢氟酸和硝酸的混合溶液中氢氟酸的体积分数为4～6％，硝酸的体积分数为24～36％，余量为水。然后用清水冲洗，再用无水乙醇对其坡口表面进行擦拭，并采用吹风筒将其吹干。

所述步骤六中的窄间隙激光焊接法，如图2所示，从TA1钛筒6内部开始施焊，其激光功率为2500～5500W，离焦量为-10～+20mm，其焊接速度为40～80mm/min，其填充材料为TA1纯钛焊丝7，TA1纯钛焊丝7直径为2.5～3mm，激光束9与TA1钛筒6开缝所在的平面的法线呈第一夹角，TA1纯钛焊丝7与TA1钛筒6开缝所在的平面呈第二夹角，激光束9入射点与TA1纯钛焊丝7端部无间距设置，所述第一夹角为15～20度，所述第二夹角为35～45度。

所述步骤六中的惰性保护气体为99.99-99.999％的高纯氩气，保护气的气流量为18～25L/min。

所述步骤六中的激光束空间螺旋式摆动模式10的摆动频率为150～300HZ，摆动幅度为1～3mm，螺旋升角为15～30度。

所述步骤七中的清理焊道及焊接后的TA1钛筒11的内外焊缝12表面所采用的清理方法为激光清理，即通过激光光束辐照在焊道层表面，在激光能量聚集下，光束辐照在表面巨大的能量击碎焊缝层间的氧化物，使其瞬间剥离基材。

所述步骤八中的将焊接后的TA1钛筒11放入井式高温电阻炉内加热，其加热工艺为以7℃/min～10℃/min的加热速度加热至540℃～570℃，保温20～30min，再以9℃/min～13℃/min的加热速度加热至830℃～860℃，保温30～40min，最后以9℃/min～13℃/min的加热速度加热至1050℃～1080℃，保温40～50min。

所述步骤九中的锻压机采用自动控制锻造模式，预先设定锻造工艺、压下量、压下速率，始锻温度为950～980℃，终锻温度为890～920℃，将焊接后的TA1钛筒11制成外径为2700mm，尺寸允许偏差为0～+25mm，宽幅为1200～1350mm，厚度为32～51mm，高温锻打送进量250～350mm，压下量160～240mm，锻打沿焊接后的TA1钛筒11轴线方向进行，由TA1钛筒一端锻打至另一端后旋转15～20°重复锻打操作，直至焊接后的TA1钛筒11表面均被锻压机的上砧子14进行高温锻打，锻打结束，采用空冷的方式将TA1钛筒冷却至室温。

所述步骤十中的将经高温锻打后的TA1钛筒放入井式高温电阻炉内加热，其加热工艺为以7℃/min～10℃/min的加热速度加热至530℃～560℃，保温20～30min，再以9℃/min～13℃/min的加热速度加热至830℃～850℃，保温40～50min。

所述步骤十一中的锻压机采用自动控制锻造模式，预先设定锻造工艺、压下量、压下速率，始锻温度为735～745℃，终锻温度为685～700℃，将TA1钛筒制成外径为2700mm，尺寸允许偏差为0～+25mm，宽幅为1300～1500mm，厚度为25～44mm，中温锻打送进量150～260mm，压下量100～170mm，锻打沿TA1钛筒环向进行，由TA1钛筒起点锻打一圈后，钛筒沿轴向移动0～20mm，重复锻打操作，直至TA1钛筒表面均被锻压机的上砧子14进行中温锻打，锻打结束，采用空冷的方式将TA1钛筒冷却至室温。

所述步骤十二中的将经中温锻打后的TA1钛筒放入井式高温电阻炉内加热，其加热工艺为以7℃/min～10℃/min的加热速度加热至645℃～675℃，保温40～50min。

所述步骤十三中的锻压机采用自动控制锻造模式，如图3所示，预先设定锻造工艺、压下量、压下速率，始锻温度为545～575℃，终锻温度为505～515℃，将TA1钛筒制成外径为2700mm，尺寸允许偏差为0～+25mm，宽幅为1400～1600mm，厚度为20～26mm，中温锻打送进量85～165mm，压下量55～100mm，锻打沿TA1钛筒轴线方向进行，由钛筒一端锻打至另一端后旋转15～20°重复锻打操作，直至TA1钛筒表面均被锻压机的上砧子14进行低温锻打，锻打结束，采用空冷的方式将TA1钛筒冷却至室温。

所述步骤八、步骤十、步骤十二中的高温水玻璃涂层为玻璃防护润滑剂、玻璃防护润滑剂和水，三种原料的质量配比为4:1:8，涂刷过程中保证由钛筒的一端向另一端单方向涂刷，涂刷厚度为0.6～1.2mm。

所述步骤九、步骤十一、步骤十三中的钛筒表面及锻压机的下砧子15表面加石棉的作用为保温，所述模具13材质为42CrMo，高度为2000mm，其尺寸偏差为0～+20mm，外径为2610mm，其尺寸偏差为±1mm，其内径为1500mm，其尺寸偏差为0～+10mm，所述模具的预热工艺为将模具放入井式电阻炉内，以10～11℃/min的加热速度加热至500℃～550℃，保温30min。

所述步骤十四的对TA1钛筒进行热处理为将冷至室温的TA1钛筒放入井式电阻炉内，设置热处理工艺为以5～8℃/min的加热速度加热至300～350摄氏度，再以7～9℃/min的加热速度加热至550～565℃，保温30～40min后打开炉盖，待其冷至室温后取出，之后取样检测其平均晶粒等级。

所述步骤十五的对热处理后的TA1钛筒内表面和外表面进行粗加工，加工时采用数控车床，将钛筒固定至相应工装上后按照程序规划的走刀路径分别对TA1钛筒的内表面和外表面进行车削加工，其中，内外表面加工时需更换不同规格的刀具，最终使其内表面粗糙度Ra≤6.2μm，外表面粗糙度Ra≤4.8μm，TA1钛筒的外径为2700mm，其允许偏差为3～5mm，宽幅1350～1580mm，厚度13～15mm。

所述步骤十六的将TA1钛筒安装到四辊卷板机上进行矫圆处理主要包括加载、滚圆及卸载三个步骤，其中，加载为根据经验将轴辊位置调到所需的最大矫正曲率所对应的位置，滚圆为将TA1钛筒在矫正曲率下滚卷2～3圈，卸载为逐渐卸除载荷，然后对钛筒进行多次滚卷，保证其筒面直线度≤0.05mm，圆度≤0.05mm。

所述步骤十七的超声波冲击去除TA1钛筒筒面的残余应力，其具体工艺为：冲击功率为780～860W，冲击频率为35～45HZ，振幅为35～40μm，冲击速度为0.05～0.10m/min。

所述步骤十八的对TA1钛筒表面进行精加工，包括研磨抛光两步骤，其中研磨为分别使用40目、60目、80目及200目的砂轮对TA1钛筒筒面进行研磨处理，抛光为使用镜面加工设备对筒面进行镜面加工处理，最终筒面粗糙度Ra≤0.8μm。

实施例1

一种直径为2700mm，宽幅为1380mm，壁厚为13mm，平均晶粒度为11级的阴极辊用焊接钛筒的制作方法，包括以下步骤：

步骤一、采购热轧、退火态TA1工业纯钛；

步骤二、测量TA1板材实际尺寸，长度、宽度、厚度分别为8482mm、800mm，52mm，检测TA1板材外观质量，板材边部平齐、无卷边，表面光洁、无起皮、氧化皮、碱洗痕迹，四个角为直角，检测TA1板材成分，主要成分Ti＝99.35％，杂质成分：Fe＝0.16％，O＝0.15％，C＝0.04％，N＝0.022％，H＝0.010％，其他单一杂质元素质量分数总和为0.25％，对板材进行超声波无损探伤检测，无裂纹、夹杂等缺陷，测试板材表面粗糙度Ra为3.1μm，清除板材上的铁屑杂物，以防止压坑或损坏设备；

步骤三、在四辊卷板机上安装TA1纯钛板材，对其进行卷圆操作，如图1所示，首先使TA1纯钛板材5侧边与上轴辊(1)中心轴线保持平行，以避免卷制过程中产生偏转、歪扭等现象，对中时，需将下轴辊2缓慢上移，使上、下轴辊2之间的间距保持在54mm，再将右侧辊4上移至于下轴辊2相同高度，然后将左侧辊3中心线上移至在上轴辊1和下轴辊2之间，将TA1纯钛板材5移入上轴辊1和下轴辊2之间直到其顶住左侧辊3，此时即完成对中操作。之后将左侧辊3下降至初始高度，上移下轴辊2至TA1纯钛板材5与上轴辊1和下轴辊2接触，将上轴辊1逆时针转动，利用TA1纯钛板材5表面与轴辊之间的摩擦力带动TA1纯钛板材5向右退回，当TA1纯钛板材5左端剩余距离为65mm时，上轴辊1停转。然后上轴辊1和下轴辊2将TA1纯钛板材5压紧，升起左侧辊3施力，使TA1纯钛板材5一端端部弯曲，预弯另一端时，TA1纯钛板材5不需从设备中取出，将TA1纯钛板材5移至另一端，采用相同方法进行预弯即可，该操作拟尽量减少剩余直边的长度，提高TA1钛筒的成形精度。最后将右侧辊4下移至初始位置，调整左侧辊3至指定位置，上轴辊1转动，通过摩擦力带动TA1纯钛板材5运动从而实现连续卷制，使TA1纯钛板材5发生等曲率连续弯曲，当TA1纯钛板材5右边缘长度为65mm时上轴辊1停转，完成第一道次滚弯过程，重复上述操作，直至卷圆完成，TA1钛筒外径为2700.5mm，所述卷制的卷板速度3m/min。

步骤四、对TA1钛筒开缝处进行坡口加工，从钛筒内壁开Y型坡口8，坡口8的钝边尺寸为4mm，单坡口角度为15度。

步骤五、对开缝TA1钛筒的坡口8表面的氧化皮进行打磨，之后用氢氟酸和硝酸的混合溶液对其表面进行酸洗，所述氢氟酸和硝酸的混合溶液中氢氟酸的体积分数为5％，硝酸的体积分数为30％，余量为水。然后用清水冲洗，再用无水乙醇对其坡口表面进行擦拭，并采用吹风筒将其吹干。

步骤六、如图2所示，采用窄间隙激光焊接法，在纯度为99.999％、气流量为22L/min的高纯氩气的保护下，以激光束空间螺旋式摆动模式10对TA1钛筒的开缝进行焊接，摆动频率为180HZ，摆动幅度为1.5mm，螺旋升角为25度，从TA1钛筒6内部开始施焊，其激光功率为3800W，离焦量为+5mm，其焊接速度为55mm/min，采用直径为2.5mm的TA1纯钛焊丝7为填充材料，激光束9与TA1钛筒6开缝所在的平面的法线呈20度，TA1纯钛焊丝7与TA1钛筒6开缝所在的平面呈40度，激光束9入射点与TA1纯钛焊丝7端部无间距设置。

步骤七、每一层焊接结束后，采用激光清理法清理焊道，当TA1钛筒开缝处填满，形成整条焊缝，完成焊接，并对TA1钛筒内外焊缝表面进行再次清理。

步骤八、将焊接后的TA1钛筒表面涂刷上由玻璃防护润滑剂、玻璃防护润滑剂和水按照4:1:8的质量比配置的高温水玻璃，涂刷过程中保证由钛筒的一端向另一端单方向涂刷，涂刷厚度为1.2mm，涂层后放入井式高温电阻炉内进行第一次高温加热，其加热工艺为以10℃/min的加热速度加热至560℃，保温22min，再以12℃/min的加热速度加热至850℃，保温32min，最后以12℃/min的加热速度加热至1060℃，保温42min。

步骤九、将材质为42CrMo，高度为2000mm，外径为2610mm，其内径为1500mm的模具放入井式电阻炉内，以10℃/min的加热速度加热至540℃，保温30min，将高温加热后的焊接TA1钛筒取出，并在其外部套上石棉，同时在锻压机的下砧子表面加垫石棉垫，配合预先预热好的模具，移到自动控制锻造模式锻压机上并通过锻压机的上砧子14对其整体进行第一次高温锻打，始锻温度为955℃，终锻温度为890℃，将焊接后的TA1钛筒11制成外径为2701mm，宽幅为1200mm，厚度为32mm，高温锻打送进量265mm，压下量165mm，锻打沿焊接后的TA1钛筒11轴线方向进行，由钛筒一端锻打至另一端后旋转18°重复锻打操作，直至焊接后的TA1钛筒11表面均被锻压机的上砧子(14)进行高温锻打，锻打结束，采用空冷的方式将TA1钛筒冷却至室温。

步骤十、将经高温锻打后的TA1钛筒表面涂刷上由玻璃防护润滑剂、玻璃防护润滑剂和水按照4:1:8的质量比配置的高温水玻璃，涂刷过程中保证由钛筒的一端向另一端单方向涂刷，涂刷厚度为1.0mm，涂层后放入井式高温电阻炉内进行第二次中温加热，其加热工艺为以10℃/min的加热速度加热至545℃，保温22min，再以12℃/min的加热速度加热至845℃，保温42min。

步骤十一、将材质为42CrMo，高度为2000mm，外径为2610mm，其内径为1500mm的模具放入井式电阻炉内，以10℃/min的加热速度加热至540℃，保温30min，将中温加热后的焊接TA1钛筒取出，并在其外部套上石棉，同时在锻压机的下砧子表面加垫石棉垫，配合预先预热好的模具，移到自动控制锻造模式锻压机上并通过锻压机的上砧子14对其整体进行第二次中温锻打，始锻温度为735℃，终锻温度为685℃，将TA1钛筒制成外径为2702mm，宽幅为1300mm，厚度为25mm，中温锻打送进量195mm，压下量100mm，锻打沿TA1钛筒环向进行，直至TA1钛筒表面均被锻压机的上砧子(14)进行中温锻打，锻打结束，采用空冷的方式将TA1钛筒冷却至室温。

步骤十二、将经中温锻打后的TA1钛筒表面涂刷上由玻璃防护润滑剂、玻璃防护润滑剂和水按照4:1:8的质量比配置的高温水玻璃，涂刷过程中保证由钛筒的一端向另一端单方向涂刷，涂刷厚度为0.8mm，涂层后放入井式高温电阻炉内进行第三次低温加热，其加热工艺为以10℃/min的加热速度加热至655℃，保温42min。

步骤十三、将材质为42CrMo，高度为2000mm，外径为2610mm，其内径为1500mm的模具放入井式电阻炉内，以10℃/min的加热速度加热至540℃，保温30min，将低温加热后的焊接TA1钛筒取出，并在其外部套上石棉，同时在锻压机的下砧子表面加垫石棉垫，配合预先预热好的模具，移到自动控制锻造模式锻压机上并通过锻压机的上砧子14对其整体进行第三次低温锻打，始锻温度为545℃，终锻温度为505℃，将TA1钛筒制成外径为2702mm，宽幅为1380mm，厚度为21mm，低温锻打送进量85mm，压下量55mm，锻打沿焊接后的TA1钛筒11轴线方向进行，由钛筒一端锻打至另一端后旋转18°重复锻打操作，直至TA1钛筒表面均被锻压机的上砧子(14)进行低温锻打，锻打结束，采用空冷的方式将TA1钛筒冷却至室温。

步骤十四、将经锻压机三次高、中、低温锻打后的TA1钛筒进行空冷至室温，之后对TA1钛筒进行热处理，以细化TA1钛筒整体的晶粒，热处理工艺为以8℃/min的加热速度加热至350摄氏度，再以9℃/min的加热速度加热至555℃，保温32min后打开炉盖，待其冷至室温后取出，之后取样检测其平均晶粒等级为11级，如图4所示。

步骤十五、采用数控车床，将钛筒固定至相应工装上后按照程序规划的走刀路径分别对TA1钛筒的内表面和外表面进行车削加工，最终其内表面粗糙度Ra＝6.0μm，外表面粗糙度Ra＝4.5μm，TA1钛筒的外径为2701mm，宽幅1380mm，厚度14mm。

步骤十六、将TA1钛筒安装到四辊卷板机上进行矫圆处理，首先根据经验将轴辊位置调到所需的最大矫正曲率所对应的位置，之后将TA1钛筒在矫正曲率下滚卷2圈，再逐渐卸除载荷，然后对钛筒进行多次滚卷，其筒面直线度为0.03mm，圆度为0.03mm，处理完毕后卸下TA1钛筒。

步骤十七、采用超声波冲击法去除TA1钛筒表面残余应力，其冲击功率为820W，冲击频率为38HZ，振幅为36μm，冲击速度为0.06m/min。

步骤十八、对TA1钛筒表面进行精加工，首先分别使用40目、60目、80目及200目的砂轮对TA1钛筒筒面进行研磨处理，然后使用镜面加工设备对筒面进行镜面加工处理，最终筒面粗糙度Ra＝0.6μm。

实施例2

一种直径为2700mm，宽幅为1450mm，壁厚为14mm，平均晶粒度为11.5级的阴极辊用焊接钛筒的制作方法，包括以下步骤：

步骤一、采购热轧、退火态TA1工业纯钛；

步骤二、测量TA1板材实际尺寸，长度、宽度、厚度分别为8483mm、809mm，63mm，检测TA1板材外观质量，板材边部平齐、无卷边，表面光洁、无起皮、氧化皮、碱洗痕迹，四个角为直角，检测TA1板材成分，主要成分Ti＝99.48％，杂质成分：Fe＝0.13％，O＝0.16％，C＝0.04％，N＝0.018％，H＝0.011％，其他单一杂质元素质量分数总和为0.26％，对板材进行超声波无损探伤检测，无裂纹、夹杂等缺陷，测试板材表面粗糙度Ra为3.1μm，清除板材上的铁屑杂物，以防止压坑或损坏设备；

步骤三、在四辊卷板机上安装TA1纯钛板材，对其进行卷圆操作，如图1所示，首先使TA1纯钛板材5侧边与上轴辊(1)中心轴线保持平行，以避免卷制过程中产生偏转、歪扭等现象，对中时，需将下轴辊2缓慢上移，使上、下轴辊2之间的间距保持在55mm，再将右侧辊4上移至于下轴辊2相同高度，然后将左侧辊3中心线上移至在上轴辊1和下轴辊2之间，将TA1纯钛板材5移入上轴辊1和下轴辊2之间直到其顶住左侧辊3，此时即完成对中操作。之后将左侧辊3下降至初始高度，上移下轴辊2至TA1纯钛板材5与上轴辊1和下轴辊2接触，将上轴辊1逆时针转动，利用TA1纯钛板材5表面与轴辊之间的摩擦力带动TA1纯钛板材5向右退回，当TA1纯钛板材5左端剩余距离为74mm时，上轴辊1停转。然后上轴辊1和下轴辊2将TA1纯钛板材5压紧，升起左侧辊3施力，使TA1纯钛板材5一端端部弯曲，预弯另一端时，TA1纯钛板材5不需从设备中取出，将TA1纯钛板材5移至另一端，采用相同方法进行预弯即可，该操作拟尽量减少剩余直边的长度，提高TA1钛筒的成形精度。最后将右侧辊4下移至初始位置，调整左侧辊3至指定位置，上轴辊1转动，通过摩擦力带动TA1纯钛板材5运动从而实现连续卷制，使TA1纯钛板材5发生等曲率连续弯曲，当TA1纯钛板材5右边缘长度为74mm时上轴辊1停转，完成第一道次滚弯过程，重复上述操作，直至卷圆完成，TA1钛筒外径为2701mm，所述卷制的卷板速度3m/min。

步骤四、对TA1钛筒开缝处进行坡口加工，从钛筒内壁开Y型坡口8，坡口8的钝边尺寸为5mm，单坡口角度为18度。

步骤五、对开缝TA1钛筒的坡口8表面的氧化皮进行打磨，之后用氢氟酸和硝酸的混合溶液对其表面进行酸洗，所述氢氟酸和硝酸的混合溶液中氢氟酸的体积分数为5％，硝酸的体积分数为30％，余量为水。然后用清水冲洗，再用无水乙醇对其坡口表面进行擦拭，并采用吹风筒将其吹干。

步骤六、如图2所示，采用窄间隙激光焊接法，在纯度为99.999％、气流量为22L/min的高纯氩气的保护下，以激光束空间螺旋式摆动模式10对TA1钛筒的开缝进行焊接，摆动频率为220HZ，摆动幅度为2mm，螺旋升角为20度，从TA1钛筒6内部开始施焊，其激光功率为4200W，离焦量为+6mm，其焊接速度为58mm/min，采用直径为2.5mm的TA1纯钛焊丝7为填充材料，激光束9与TA1钛筒6开缝所在的平面的法线呈20度，TA1纯钛焊丝7与TA1钛筒6开缝所在的平面呈40度，激光束9入射点与TA1纯钛焊丝7端部无间距设置。

步骤七、每一层焊接结束后，采用激光清理法清理焊道，当TA1钛筒开缝处填满，形成整条焊缝，完成焊接，并对TA1钛筒内外焊缝表面进行再次清理。

步骤八、将焊接后的TA1钛筒11表面涂刷上由玻璃防护润滑剂、玻璃防护润滑剂和水按照4:1:8的质量比配置的高温水玻璃，涂刷过程中保证由钛筒的一端向另一端单方向涂刷，涂刷厚度为1.2mm，涂层后放入井式高温电阻炉内进行第一次高温加热，其加热工艺为以8℃/min的加热速度加热至560℃，保温24min，再以10℃/min的加热速度加热至850℃，保温34min，最后以10℃/min的加热速度加热至1060℃，保温44min。

步骤九、将材质为42CrMo，高度为2000mm，外径为2610mm，其内径为1500mm的模具放入井式电阻炉内，以10℃/min的加热速度加热至540℃，保温30min，将高温加热后的焊接TA1钛筒取出，并在其外部套上石棉，同时在锻压机的下砧子15表面加垫石棉垫，配合预先预热好的模具，移到自动控制锻造模式锻压机上并通过锻压机的上砧子14对其整体进行第一次高温锻打，始锻温度为965℃，终锻温度为905℃，将焊接后的TA1钛筒11制成外径为2701mm，宽幅为1300mm，厚度为38mm，高温锻打送进量295mm，压下量195mm，锻打沿焊接后的TA1钛筒11轴线方向进行，由钛筒一端锻打至另一端后旋转18°重复锻打操作，直至焊接后的TA1钛筒11表面均被锻压机的上砧子(14)进行高温锻打，锻打结束，采用空冷的方式将TA1钛筒冷却至室温。

步骤十、将经高温锻打后的TA1钛筒表面涂刷上由玻璃防护润滑剂、玻璃防护润滑剂和水按照4:1:8的质量比配置的高温水玻璃，涂刷过程中保证由钛筒的一端向另一端单方向涂刷，涂刷厚度为1.0mm，涂层后放入井式高温电阻炉内进行第二次中温加热，其加热工艺为以8℃/min的加热速度加热至545℃，保温24min，再以10℃/min的加热速度加热至845℃，保温44min。

步骤十一、将材质为42CrMo，高度为2000mm，外径为2610mm，其内径为1500mm的模具放入井式电阻炉内，以10℃/min的加热速度加热至540℃，保温30min，将中温加热后的焊接TA1钛筒取出，并在其外部套上石棉，同时在锻压机的下砧子15表面加垫石棉垫，配合预先预热好的模具，移到自动控制锻造模式锻压机上并通过锻压机的上砧子14对其整体进行第二次中温锻打，始锻温度为740℃，终锻温度为695℃，将TA1钛筒制成外径为2702mm，宽幅为1400mm，厚度为28mm，中温锻打送进量235mm，压下量135mm，锻打沿TA1钛筒环向进行，直至TA1钛筒表面均被锻压机的上砧子(14)进行中温锻打，锻打结束，采用空冷的方式将TA1钛筒冷却至室温。

步骤十二、将经中温锻打后的TA1钛筒表面涂刷上由玻璃防护润滑剂、玻璃防护润滑剂和水按照4:1:8的质量比配置的高温水玻璃，涂刷过程中保证由钛筒的一端向另一端单方向涂刷，涂刷厚度为0.8mm，涂层后放入井式高温电阻炉内进行第三次低温加热，其加热工艺为以8℃/min的加热速度加热至655℃，保温44min。

步骤十三、将材质为42CrMo，高度为2000mm，外径为2610mm，其内径为1500mm的模具放入井式电阻炉内，以10℃/min的加热速度加热至540℃，保温30min，将低温加热后的焊接TA1钛筒取出，并在其外部套上石棉，同时在锻压机的下砧子15表面加垫石棉垫，配合预先预热好的模具，移到自动控制锻造模式锻压机上并通过锻压机的上砧子14对其整体进行第三次低温锻打，始锻温度为555℃，终锻温度为510℃，将TA1钛筒制成外径为2702mm，宽幅为1450mm，厚度为23mm，低温锻打送进量125mm，压下量75mm，锻打沿焊接后的TA1钛筒11轴线方向进行，由钛筒一端锻打至另一端后旋转18°重复锻打操作，直至TA1钛筒表面均被锻压机的上砧子(14)进行低温锻打，锻打结束，采用空冷的方式将TA1钛筒冷却至室温。

步骤十四、将经锻压机三次高、中、低温锻打后的TA1钛筒进行空冷至室温，之后对TA1钛筒进行热处理，以细化TA1钛筒整体的晶粒，热处理工艺为以7℃/min的加热速度加热至350摄氏度，再以8℃/min的加热速度加热至555℃，保温34min后打开炉盖，待其冷至室温后取出，之后取样检测其平均晶粒等级为11.5级，如图5所示。

步骤十五、采用数控车床，将钛筒固定至相应工装上后按照程序规划的走刀路径分别对TA1钛筒的内表面和外表面进行车削加工，最终其内表面粗糙度Ra＝5.8μm，外表面粗糙度Ra＝4.2μm，TA1钛筒的外径为2702mm，宽幅1450mm，厚度14mm。

步骤十六、将TA1钛筒安装到四辊卷板机上进行矫圆处理，首先根据经验将轴辊位置调到所需的最大矫正曲率所对应的位置，之后将TA1钛筒在矫正曲率下滚卷3圈，再逐渐卸除载荷，然后对钛筒进行多次滚卷，其筒面直线度为0.02mm，圆度为0.02mm，处理完毕后卸下TA1钛筒。

步骤十七、采用超声波冲击法去除TA1钛筒表面残余应力，其冲击功率为825W，冲击频率为40HZ，振幅为37μm，冲击速度为0.07m/min。

步骤十八、对TA1钛筒表面进行精加工，首先分别使用40目、60目、80目及200目的砂轮对TA1钛筒筒面进行研磨处理，然后使用镜面加工设备对筒面进行镜面加工处理，最终筒面粗糙度Ra＝0.6μm。

实施例3

一种直径为2700mm，宽幅为1550mm，壁厚为14.5mm，平均晶粒度为11级的阴极辊用焊接钛筒的制作方法，包括以下步骤：

步骤一、采购热轧、退火态TA1工业纯钛；

步骤二、测量TA1板材实际尺寸，长度、宽度、厚度分别为8484mm、800mm，77mm，检测TA1板材外观质量，板材边部平齐、无卷边，表面光洁、无起皮、氧化皮、碱洗痕迹，四个角为直角，检测TA1板材成分，主要成分Ti＝99.50％，杂质成分：Fe＝0.12％，O＝0.11％，C＝0.03％，N＝0.013％，H＝0.009％，其他单一杂质元素质量分数总和为0.21％，对板材进行超声波无损探伤检测，无裂纹、夹杂等缺陷，测试板材表面粗糙度Ra为3.0μm，清除板材上的铁屑杂物，以防止压坑或损坏设备；

步骤三、在四辊卷板机上安装TA1纯钛板材，对其进行卷圆操作，如图1所示，首先使TA1纯钛板材5侧边与上轴辊(1)中心轴线保持平行，以避免卷制过程中产生偏转、歪扭等现象，对中时，需将下轴辊2缓慢上移，使上下轴辊2之间的间距保持在58mm，再将右侧辊4上移至于下轴辊2相同高度，然后将左侧辊3中心线上移至在上轴辊1和下轴辊2之间，将TA1纯钛板材5移入上轴辊1和下轴辊2之间直到其顶住左侧辊3，此时即完成对中操作。之后将左侧辊3下降至初始高度，上移下轴辊2至TA1纯钛板材5与上轴辊1和下轴辊2接触，将上轴辊1逆时针转动，利用TA1纯钛板材5表面与轴辊之间的摩擦力带动TA1纯钛板材5向右退回，当TA1纯钛板材5左端剩余距离为93mm时，上轴辊1停转。然后上轴辊1和下轴辊2将TA1纯钛板材5压紧，升起左侧辊3施力，使TA1纯钛板材5一端端部弯曲，预弯另一端时，TA1纯钛板材5不需从设备中取出，将TA1纯钛板材5移至另一端，采用相同方法进行预弯即可，该操作拟尽量减少剩余直边的长度，提高TA1钛筒的成形精度。最后将右侧辊4下移至初始位置，调整左侧辊3至指定位置，上轴辊1转动，通过摩擦力带动TA1纯钛板材5运动从而实现连续卷制，使TA1纯钛板材5发生等曲率连续弯曲，当TA1纯钛板材5右边缘长度为93mm时上轴辊1停转，完成第一道次滚弯过程，重复上述操作，直至卷圆完成，TA1钛筒外径为2701mm，所述卷制的卷板速度2m/min。

步骤四、对TA1钛筒开缝处进行坡口加工，从钛筒内壁开Y型坡口8，坡口8的钝边尺寸为6mm，单坡口角度为20度。

步骤五、对开缝TA1钛筒的坡口8表面的氧化皮进行打磨，之后用氢氟酸和硝酸的混合溶液对其表面进行酸洗，所述氢氟酸和硝酸的混合溶液中氢氟酸的体积分数为5％，硝酸的体积分数为30％，余量为水。然后用清水冲洗，再用无水乙醇对其坡口表面进行擦拭，并采用吹风筒将其吹干。

步骤六、如图2所示，采用窄间隙激光焊接法，在纯度为99.999％、气流量为22L/min的高纯氩气的保护下，以激光束空间螺旋式摆动模式10对TA1钛筒的开缝进行焊接，摆动频率为280HZ，摆动幅度为2.5mm，螺旋升角为20度，从TA1钛筒6内部开始施焊，其激光功率为4500W，离焦量为+6mm，其焊接速度为60mm/min，采用直径为2.5mm的TA1纯钛焊丝7为填充材料，激光束9与TA1钛筒6开缝所在的平面的法线呈20度，TA1纯钛焊丝7与TA1钛筒6开缝所在的平面呈40度，激光束9入射点与TA1纯钛焊丝7端部无间距设置。

步骤七、每一层焊接结束后，采用激光清理法清理焊道，当TA1钛筒开缝处填满，形成整条焊缝，完成焊接，并对TA1钛筒内外焊缝表面进行再次清理。

步骤八、将焊接后的TA1钛筒11表面涂刷上由玻璃防护润滑剂、玻璃防护润滑剂和水按照4:1:8的质量比配置的高温水玻璃，涂刷过程中保证由钛筒的一端向另一端单方向涂刷，涂刷厚度为1.2mm，涂层后放入井式高温电阻炉内进行第一次高温加热，其加热工艺为以7℃/min的加热速度加热至560℃，保温28min，再以9℃/min的加热速度加热至850℃，保温38min，最后以9℃/min的加热速度加热至1060℃，保温48min。

步骤九、将材质为42CrMo，高度为2000mm，外径为2610mm，其内径为1500mm的模具放入井式电阻炉内，以10℃/min的加热速度加热至540℃，保温30min，将高温加热后的焊接TA1钛筒取出，并在其外部套上石棉，同时在锻压机的下砧子15表面加垫石棉垫，配合预先预热好的模具，移到自动控制锻造模式锻压机上并通过锻压机的上砧子14对其整体进行第一次高温锻打，始锻温度为980℃，终锻温度为920℃，将焊接后的TA1钛筒11制成外径为2701mm，宽幅为1400mm，厚度为41mm，高温锻打送进量345mm，压下量235mm，锻打沿焊接后的TA1钛筒11轴线方向进行，由钛筒一端锻打至另一端后旋转18°重复锻打操作，直至焊接后的TA1钛筒11表面均被锻压机的上砧子(14)进行高温锻打，锻打结束，采用空冷的方式将TA1钛筒冷却至室温。

步骤十、将经高温锻打后的TA1钛筒表面涂刷上由玻璃防护润滑剂、玻璃防护润滑剂和水按照4:1:8的质量比配置的高温水玻璃，涂刷过程中保证由钛筒的一端向另一端单方向涂刷，涂刷厚度为1.0mm，涂层后放入井式高温电阻炉内进行第二次中温加热，其加热工艺为以7℃/min的加热速度加热至545℃，保温28min，再以9℃/min的加热速度加热至845℃，保温48min。

步骤十一、将材质为42CrMo，高度为2000mm，外径为2610mm，其内径为1500mm的模具放入井式电阻炉内，以10℃/min的加热速度加热至540℃，保温30min，将中温加热后的焊接TA1钛筒取出，并在其外部套上石棉，同时在锻压机的下砧子15表面加垫石棉垫，配合预先预热好的模具，移到自动控制锻造模式锻压机上并通过锻压机的上砧子14对其整体进行第二次中温锻打，始锻温度为745℃，终锻温度为700℃，将焊接后的TA1钛筒11制成外径为2702mm，宽幅为1500mm，厚度为30mm，中温锻打送进量260mm，压下量170mm，中温锻打沿TA1钛筒环向进行，由TA1钛筒起点锻打一圈后，TA1钛筒沿轴向移动10mm，重复锻打操作，直至焊接后的TA1钛筒11表面均被锻压机的上砧子(14)进行中温锻打，锻打结束，采用空冷的方式将TA1钛筒冷却至室温。

步骤十二、将经中温锻打后的TA1钛筒表面涂刷上由玻璃防护润滑剂、玻璃防护润滑剂和水按照4:1:8的质量比配置的高温水玻璃，涂刷过程中保证由钛筒的一端向另一端单方向涂刷，涂刷厚度为0.8mm，涂层后放入井式高温电阻炉内进行第三次低温加热，其加热工艺为以7℃/min的加热速度加热至655℃，保温48min。

步骤十三、将材质为42CrMo，高度为2000mm，外径为2610mm，其内径为1500mm的模具放入井式电阻炉内，以10℃/min的加热速度加热至540℃，保温30min，将低温加热后的焊接TA1钛筒取出，并在其外部套上石棉，同时在锻压机的下砧子15表面加垫石棉垫，配合预先预热好的模具，移到自动控制锻造模式锻压机上并通过锻压机的上砧子14对其整体进行第三次低温锻打，始锻温度为570℃，终锻温度为515℃，将焊接后的TA1钛筒11制成外径为2702mm，宽幅为1550mm，厚度为24mm，低温锻打送进量165mm，压下量100mm，锻打沿焊接后的TA1钛筒11轴线方向进行，由钛筒一端锻打至另一端后旋转18°重复锻打操作，直至焊接后的TA1钛筒11表面均被锻压机的上砧子(14)进行低温锻打，锻打结束，采用空冷的方式将TA1钛筒冷却至室温。

步骤十四、将经锻压机三次高、中、低温锻打后的TA1钛筒进行空冷至室温，之后对TA1钛筒进行热处理，以细化TA1钛筒整体的晶粒，热处理工艺为以6℃/min的加热速度加热至350摄氏度，再以7℃/min的加热速度加热至555℃，保温336min后打开炉盖，待其冷至室温后取出，之后取样检测其平均晶粒等级为11级，如图6所示。

步骤十五、采用数控车床，将钛筒固定至相应工装上后按照程序规划的走刀路径分别对TA1钛筒的内表面和外表面进行车削加工，最终其内表面粗糙度Ra＝5.9μm，外表面粗糙度Ra＝4.3μm，TA1钛筒的外径为2702mm，宽幅1550mm，厚度15mm。

步骤十六、将TA1钛筒安装到四辊卷板机上进行矫圆处理，首先根据经验将轴辊位置调到所需的最大矫正曲率所对应的位置，之后将TA1钛筒在矫正曲率下滚卷3圈，再逐渐卸除载荷，然后对钛筒进行多次滚卷，其筒面直线度为0.04mm，圆度为0.03mm，处理完毕后卸下TA1钛筒。

步骤十七、采用超声波冲击法去除TA1钛筒表面残余应力，其冲击功率为835W，冲击频率为44HZ，振幅为39μm，冲击速度为0.09m/min。

步骤十八、对TA1钛筒表面进行精加工，首先分别使用40目、60目、80目及200目的砂轮对TA1钛筒筒面进行研磨处理，然后使用镜面加工设备对筒面进行镜面加工处理，最终筒面粗糙度Ra＝0.6μm。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (21)

1.一种阴极辊用高均匀性及高晶粒度焊接钛筒的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括以下步骤：

步骤一、对来料TA1纯钛板材进行测量、检测及预处理；

步骤二、在四辊卷板机上安装TA1纯钛板材，对其进行卷圆操作，包括对中、退料、预弯和卷制，得到TA1钛筒，然后卸下筒体；

步骤三、对TA1钛筒开缝处进行坡口加工；

步骤四、对开缝TA1钛筒进行焊前预处理；

步骤五、采用窄间隙激光焊接法，在惰性保护气体的保护下，以激光束空间螺旋式摆动模式对TA1钛筒的开缝进行焊接；

步骤六、第一层焊接结束后，清理焊道，然后重复进行单层单道焊接，直至TA1钛筒开缝处填满，形成整条焊缝，完成焊接，并对TA1钛筒内外焊缝表面进行再次清理，得到焊接后的TA1钛筒；

步骤七、将焊接后的TA1钛筒表面涂刷高温水玻璃涂层，放入井式高温电阻炉内进行第一次高温加热；

步骤八、将高温加热后的焊接TA1钛筒取出，并在其外部套上石棉，同时在锻压机的下砧子表面加垫石棉垫，配合预先预热好的模具，移到锻压机上并通过锻压机的上砧子对其整体进行第一次高温锻打；

步骤九、将经过高温锻打后的TA1钛筒表面涂刷高温水玻璃涂层，放入井式高温电阻炉内进行第二次中温加热；

步骤十、将中温加热后的TA1钛筒取出，并在其外部套上石棉，同时在锻压机的下砧子表面加垫石棉垫，配合预先预热好的模具，移到锻压机上并通过锻压机的上砧子对其整体进行第二次中温锻打；

步骤十一、将经过中温锻打后的TA1钛筒表面涂刷高温水玻璃涂层，放入井式高温电阻炉内进行第三次低温加热；

步骤十二、将低温加热后的TA1钛筒取出，并在其外部套上石棉，同时在锻压机的下砧子表面加垫石棉垫，配合预先预热好的模具，移到锻压机上并通过锻压机的上砧子对其整体进行第三次低温锻打；

步骤十三、将经锻压机三次高、中、低温锻打后的TA1钛筒进行空冷至室温，之后对TA1钛筒进行热处理，以细化TA1钛筒整体的晶粒；

步骤十四、对热处理后的TA1钛筒内表面和外表面进行粗加工，使其内表面的粗糙度Ra≤6.2μm，外表面粗糙度Ra≤4.8μm；

步骤十五、将表面处理后的TA1钛筒安装到四辊卷板机上进行矫圆处理，处理完毕后卸下TA1钛筒；

步骤十六、采用超声波冲击法去除TA1钛筒表面残余应力；

步骤十七、对TA1钛筒表面进行精加工，使其内表面粗糙度Ra≤3.2μm，外表面粗糙度Ra≤0.8μm。

2.如权利要求1所述的一种阴极辊用高均匀性及高晶粒度焊接钛筒的制作方法，其特征在于：所述步骤一中，TA1纯钛板材宽度的不平度为8～10mm/m，板材室温的抗拉强度Rm＝300～310Mpa；板材主要成分的质量分数：Ti≥99.15％，杂质成分：Fe≤0.20％，O≤0.18％，C≤0.08％，N≤0.03％，H≤0.015％，其他单一杂质元素质量分数≤0.10％，总和≤0.40％；板材表面粗糙度Ra＝2.8～3.2μm；所述TA1纯钛板材的测量为对板材的实际尺寸，包括长度、宽度、厚度进行测量；TA1纯钛板材的检测包括外观质量检测、成分检测、超声波无损探伤检测；TA1纯钛板材的预处理为清除板材上的铁屑杂物，以防止压坑或损坏设备。

3.如权利要求1所述的一种阴极辊用高均匀性及高晶粒度焊接钛筒的制作方法，其特征在于：所述步骤二中，所述四辊卷板机主要包括四个工作轴辊，分别为上轴辊(1)、下轴辊(2)、左侧辊(3)、右侧辊(4)；四个工作轴辊的材质均为42CrMo；

所述对中操作时，将下轴辊(2)缓慢上移，使上、下轴辊之间的间距保持在53～58mm，再将右侧辊(4)上移至与下轴辊(2)相同高度，然后将左侧辊(3)中心线上移至上轴辊(1)和下轴辊(2)之间，将TA1纯钛板材(5)移入上轴辊(1)和下轴辊(2)之间直到其顶住左侧辊(3)，此时即完成对中操作；

所述退料操作时，将左侧辊(3)下降至初始高度，上移下轴辊(2)至TA1纯钛板材(5)与上轴辊(1)和下轴辊(2)接触，将上轴辊(1)逆时针转动，利用TA1纯钛板材(5)表面与上轴辊(1)和下轴辊(2)之间的摩擦力带动TA1纯钛板材(5)向右退回，当TA1纯钛板材(5)左端剩余距离为60～95mm时，上轴辊(1)停转，完成退料；

所述预弯操作时，上轴辊(1)和下轴辊(2)将TA1纯钛板材(5)压紧，升起左侧辊(3)施力，使TA1纯钛板材(5)一端端部弯曲，预弯另一端时，TA1纯钛板材(5)不需从设备中取出，将TA1纯钛板材(5)移至另一端，采用相同方法进行预弯即可；

所述卷制操作时，将右侧辊(4)下移至初始位置，调整左侧辊(3)至指定位置，上轴辊(1)转动，通过摩擦力带动TA1纯钛板材(5)运动从而实现连续卷制，使TA1纯钛板材(5)发生等曲率连续弯曲，当TA1纯钛板材(5)右边缘长度为60～95mm时，上轴辊(1)停转，完成第一道次滚弯过程，重复上述操作，直至完成卷制得到TA1钛筒(6)，所述卷制的卷板速度2～4m/min。

4.如权利要求1所述的一种阴极辊用高均匀性及高晶粒度焊接钛筒的制作方法，其特征在于：所述步骤三中，所述坡口(8)的类型为Y型，从TA1钛筒(6)内壁开Y型坡口，坡口(8)的钝边尺寸为4～6mm，单坡口角度为15～20度。

5.如权利要求1所述的一种阴极辊用高均匀性及高晶粒度焊接钛筒的制作方法，其特征在于：所述步骤四中，焊前预处理为先对坡口(8)表面的氧化皮进行打磨，之后用氢氟酸和硝酸的混合溶液对其表面依次进行酸洗、清水冲洗、无水乙醇擦拭、吹干；所述氢氟酸和硝酸的混合溶液中氢氟酸的体积分数为4～6％，硝酸的体积分数为24～36％，余量为水。

6.如权利要求1所述的一种阴极辊用高均匀性及高晶粒度焊接钛筒的制作方法，其特征在于：所述步骤五中，所述窄间隙激光焊接法为，从TA1钛筒(6)内部开始施焊，其激光功率为2500～5500W，离焦量为-10～+20mm，其焊接速度为40～80mm/min，其填充材料为直径2.5～3mm的TA1纯钛焊丝(7)，激光束(9)与TA1钛筒(6)开缝所在的平面的法线呈第一夹角，TA1纯钛焊丝(7)与TA1钛筒(6)开缝所在的平面呈第二夹角，激光束(9)入射点与TA1纯钛焊丝(7)端部无间距设置，所述第一夹角为15～20度，所述第二夹角为35～45度。

7.如权利要求1所述的一种阴极辊用高均匀性及高晶粒度焊接钛筒的制作方法，其特征在于：所述步骤五中，所述惰性保护气体为99.99-99.999％的高纯氩气，惰性保护气体的气流量为18～25L/min；激光束空间螺旋式摆动模式(10)的摆动频率为150～300HZ，摆动幅度为1～3mm，螺旋升角为15～30度。

8.如权利要求1所述的一种阴极辊用高均匀性及高晶粒度焊接钛筒的制作方法，其特征在于：所述步骤六中，清理焊道及焊接后的TA1钛筒(11)的内外焊缝(12)表面所采用的清理方法为激光清理，即通过激光光束辐照在焊道层表面，在激光能量聚集下，光束辐照在表面巨大的能量击碎焊缝层间的氧化物，使其瞬间剥离基材。

9.如权利要求1所述的一种阴极辊用高均匀性及高晶粒度焊接钛筒的制作方法，其特征在于：所述步骤七中，将焊接后的TA1钛筒(11)放入井式高温电阻炉内加热，其加热工艺为以7℃/min～10℃/min的加热速度加热至540℃～570℃，保温20～30min，再以9℃/min～13℃/min的加热速度加热至830℃～860℃，保温30～40min，最后以9℃/min～13℃/min的加热速度加热至1050℃～1080℃，保温40～50min。

10.如权利要求1所述的一种阴极辊用高均匀性及高晶粒度焊接钛筒的制作方法，其特征在于：所述步骤八中，所述锻压机采用自动控制锻造模式，始锻温度为950～980℃，终锻温度为890～920℃；将焊接后的TA1钛筒(11)制成外径为2700mm，尺寸允许偏差为0～+25mm，宽幅为1200～1350mm，厚度为32～51mm；高温锻打送进量为250～350mm，压下量为160～240mm，高温锻打沿焊接后的TA1钛筒(11)轴线方向进行，由焊接后的TA1钛筒(11)一端锻打至另一端后旋转15～20°重复锻打操作，直至焊接后的TA1钛筒(11)表面均被锻压机的上砧子(14)进行高温锻打，锻打结束，采用空冷的方式将焊接后的TA1钛筒(11)冷却至室温。

11.如权利要求1所述的一种阴极辊用高均匀性及高晶粒度焊接钛筒的制作方法，其特征在于：所述步骤九中，将经过高温锻打后的TA1钛筒放入井式高温电阻炉内加热，其加热工艺为以7℃/min～10℃/min的加热速度加热至530℃～560℃，保温20～30min，再以9℃/min～13℃/min的加热速度加热至830℃～850℃，保温40～50min。

12.如权利要求1所述的一种阴极辊用高均匀性及高晶粒度焊接钛筒的制作方法，其特征在于：所述步骤十中，所述锻压机采用自动控制锻造模式，始锻温度为735～745℃，终锻温度为685～700℃；将TA1钛筒制成外径为2700mm，尺寸允许偏差为0～+25mm，宽幅为1300～1500mm，厚度为25～44mm；中温锻打送进量为150～260mm，压下量为100～170mm，中温锻打沿TA1钛筒环向进行，由TA1钛筒起点锻打一圈后，TA1钛筒沿轴向移动0～20mm，重复锻打操作，直至TA1钛筒表面均被锻压机的上砧子(14)进行中温锻打，锻打结束，采用空冷的方式将TA1钛筒冷却至室温。

13.如权利要求1所述的一种阴极辊用高均匀性及高晶粒度焊接钛筒的制作方法，其特征在于：所述步骤十一中，将经过中温锻打后的TA1钛筒放入井式高温电阻炉内加热，其加热工艺为以7℃/min～10℃/min的加热速度加热至645℃～675℃，保温40～50min。

14.如权利要求1所述的一种阴极辊用高均匀性及高晶粒度焊接钛筒的制作方法，其特征在于：所述步骤十二中，所述锻压机采用自动控制锻造模式，始锻温度为545～575℃，终锻温度为505～515℃，将TA1钛筒制成外径为2700mm，尺寸允许偏差为0～+25mm，宽幅为1400～1600mm，厚度为20～26mm，低温锻打送进量为85～165mm，压下量为55～100mm，低温锻打沿TA1钛筒轴线方向进行，由TA1钛筒一端锻打至另一端后旋转15～20°重复锻打操作，直至TA1钛筒表面均被锻压机的上砧子(14)进行低温锻打，锻打结束，采用空冷的方式将TA1钛筒冷却至室温。

15.如权利要求1所述的一种阴极辊用高均匀性及高晶粒度焊接钛筒的制作方法，其特征在于：所述步骤七、步骤九、步骤十一中，高温水玻璃涂层由玻璃防护润滑剂、玻璃防护润滑剂和水组成，玻璃防护润滑剂、玻璃防护润滑剂和水的质量配比为4:1:8，涂刷过程中保证由TA1钛筒的一端向另一端单方向涂刷，涂刷厚度为0.6～1.2mm。

16.如权利要求1所述的一种阴极辊用高均匀性及高晶粒度焊接钛筒的制作方法，其特征在于：所述步骤八、步骤十、步骤十二中，所述模具(13)的材质为42CrMo，所述模具(13)的预热工艺为将模具(13)放入井式电阻炉内，以10～11℃/min的加热速度加热至500℃～550℃，保温30min。

17.如权利要求1所述的一种阴极辊用高均匀性及高晶粒度焊接钛筒的制作方法，其特征在于：所述步骤十三中，对TA1钛筒进行热处理为，将冷至室温的TA1钛筒放入井式电阻炉内，设置热处理工艺为以5～8℃/min的加热速度加热至300～350℃，再以7～9℃/min的加热速度加热至550～565℃，保温30～40min后打开炉盖，待其冷至室温后取出，之后取样检测其平均晶粒等级。

18.如权利要求1所述的一种阴极辊用高均匀性及高晶粒度焊接钛筒的制作方法，其特征在于：所述步骤十四中，对热处理后的TA1钛筒内表面和外表面进行粗加工，加工时采用数控车床，将TA1钛筒固定至相应工装上后按照程序规划的走刀路径分别对TA1钛筒的内表面和外表面进行车削加工，其中，内外表面加工时需更换不同规格的刀具，最终使其内表面粗糙度Ra≤6.2μm，外表面粗糙度Ra≤4.8μm。

19.如权利要求1所述的一种阴极辊用高均匀性及高晶粒度焊接钛筒的制作方法，其特征在于：所述步骤十五中，将TA1钛筒安装到四辊卷板机上进行矫圆处理主要包括加载、滚圆及卸载三个步骤，其中，加载为将上轴辊(1)和下轴辊(2)位置调到所需的最大矫正曲率所对应的位置；滚圆为将TA1钛筒在矫正曲率下滚卷2～3圈；卸载为逐渐卸除载荷，然后对TA1钛筒进行多次滚卷，达到其筒面直线度≤0.05mm，圆度≤0.05mm。

20.如权利要求1所述的一种阴极辊用高均匀性及高晶粒度焊接钛筒的制作方法，其特征在于：所述步骤十六中，所述超声波冲击去除TA1钛筒筒面的残余应力，其具体工艺为：冲击功率为780～860W，冲击频率为35～45HZ，振幅为35～40μm，冲击速度为0.05～0.10m/min。

21.如权利要求1所述的一种阴极辊用高均匀性及高晶粒度焊接钛筒的制作方法，其特征在于：所述步骤十七中，对TA1钛筒表面进行精加工，包括研磨抛光两步骤，其中研磨为分别使用40目、60目、80目及200目的砂轮对TA1钛筒筒面进行研磨处理，抛光为使用镜面加工设备对筒面进行镜面加工处理，最终筒面粗糙度Ra≤0.8μm。

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