CN1170953C - 高精密薄壁管热浸镀合金生产方法及其设备 - Google Patents

Abstract

一种高精密薄壁管热浸镀锌或锌铝合金生产方法及其设备。该方法包括：除油、水洗、助焊、预热、热镀合金、风刀均化、冷却、定径规圆等工序。其中，预热温度为100±20℃，熔融合金炉的进口温度为440±5℃，出口温度为460±5℃，浸润时间为8-16秒，待处理时间为0.5-1.5秒，并用几组风刀吹出不同压力的压缩空气，进行均化处理。可以精确地控制合金镀层的厚度。

Description

高精密薄壁管热浸镀锌或锌铝合金生产方法及其设备

本发明涉及一种在盘状的有足够长度的高精密焊管表面进行精密热镀熔融锌、锌铝合金的方法，及其设备。

在高精密薄壁管材的表面进行热镀锌、锌铝合金已有很多应用。但所有运用的方法中，只是用来如何完成热镀的功能，并不能有效地控制合金镀层的厚度及管材的外形尺寸。即对涂层的形成过程并无精确的控制。而目前对涂层厚度及表面质量进行控制的有效方法就是电镀。但电镀又有其局限性和对环境造成污染。例如别克轿车所用的高精密锌铝合金外涂层管，利用电镀方法就无法实现。

本发明的目的是提供一种高精密薄壁管热浸镀锌或锌铝合金生产方法及其设备，该方法可以精确控制合金镀层的厚度及有效地控制管材的外形尺寸，其设备配合该方法可以保证涂层厚度及表面质量。

为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：一种高精密薄壁管热浸镀锌或锌铝合金生产方法，该方法是将盘状的薄壁管矫直，成为直线管材，并通过恒张力阻尼机构与牵引机构使管材形成恒张力，并依次通过下述工序：

(1)除油工序、水洗工序；

(2)助焊工序；

(3)预热工序；

(4)热镀合金工序；

(5)用风刀均化处理工序；

(6)冷却工序；

(7)用被动式定径规圆机进行定径规圆处理工序；

在预热工序中，将管材的表面温度预热到100±20℃；在热镀合金工序中，管材进入熔融合金炉中的进口温度为440℃±5℃，出口温度为460±5℃，管材在熔融金属中的浸润时间为8秒-16秒，在从热镀合金工序到用风刀均化处理工序之间，控制一段待处理的时间为0.5秒-1.5秒，在用风刀均化处理工序中，是采用几组压力大小不同的风刀同时向管材吹出不同压力的压缩空气，位于下部的风刀吹出压力为0.5-0.6mPa压缩空气，位于上部的位置的风刀吹出压力为0.3-0.4mPa压缩空气，所述热浸的熔融金属为锌或锌铝合金。

本发明的方法就是根据高精密薄壁管材热镀合金层的形成过程，对影响合金镀层质量的各个参数进行精密控制，达到对涂层的厚度精密控制的目的。

热镀金属(锌、锌铝合金)涂层的形成是一个结晶的过程，有以下几个因素的制约。

1、管材表面温度：100±20℃

2、熔融金属的温度；熔融合金炉的进口温度为440℃±5℃，出口温度为460℃±5℃。

3、工件在熔融金属中的浸润时间：8-16S

4、工件移出熔融金属及合金的待处理时间：0.5-1.5S

5、用几组压力不同的风刀对管材表面进行后处理。

这五种方法同时应用，才能完成热镀合金涂层的高精度控制。使其达到电镀锌及其合金的工艺方法的外观质量。

本发明的高精密薄壁管热浸镀锌或锌铝合金生产方法由于采用了上述的高精度控制，因此对所使用的管材有以下的要求。

1、高精度的尺寸公差；

2、管壁薄、不适应太大的牵引和外力作用，不能用垂直拉出方法，象线材一样由合金锅中引出；

3、要求的防腐性能高(即外涂层厚度要厚)。

4、成品要进行深加工，即成品的深加工性能好(如外径公差、附着力，可弯曲性等)。

在本发明中，所述热浸的熔融金属为锌或锌铝合金。

本发明的方法所用的设备，该设备包括：放料机、矫直机、恒张力阻尼机、除油槽、水洗槽、助焊槽、预热箱、熔融合金炉、均化风刀机构，水冷却槽、被动式定径规圆机、牵引机、收料机，并按上述前后顺序线性排列，所述均化风刀机构是由风刀体和密封体组成，在风刀体上设有若干个进气口，风刀体的前部为锥面状，锥面上均布若干个与进气口相对应的储气槽，每个储气槽都分别与若干个位于锥面前部的条状导气槽相通，密封体罩盖在风刀体上，密封体的中心出气孔与风刀体的每个导气槽相通。每个进气口、与所对应的储气槽、以及所相通的若干个条状导气槽构成一组风刀。均化风刀机构是由几组压力大小不同的风刀组成。在上述设备中，除均化风刀机构都可以采用常规设备。

在本发明的方法中，恒张力阻尼机构可以采用两种方法，摩擦阻力阻尼、电磁阻力阻尼。也可以采用本发明的恒张力阻尼机构。所述恒张力阻尼机构是在机架上装设两排且相互对应的压力轮，及其所对应的两个张紧轮，两个被动轮，上下两排压力轮分别通过皮带两个张紧轮、两个被动轮传动连接，被动轮与增速机构传动连接，增速机构的输出轮与液压油箱的液压泵传动连接。通过压力轮带动被动轮、增速机构，液压泵，调整液压泵输出压力，以使恒张力阻尼机构与牵引机之间形成恒张力，使管材平稳运行。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1为本发明设备示意图

图2为本发明熔融合金炉和均化风刀机构示意图

图3为风刀体的主视图

图4为风刀体的侧视图

图5为均化风刀机构结构图

图6为矫直机、恒张力阻尼机构示意图

图7为图6的侧视图

图8为定径规圆机构示意图

图9为预热工序的电阻加热方式示意图

如图1所示，将盘状的高精密薄壁管放入一可旋转的放料机1内，经过矫直机2后，使其成为直线管材，通过恒张力阻尼机构12(两种方法，磨擦阻力阻尼，电磁阻力阻尼)与牵引机10之间形成恒张力，使管材平衡地通过除油槽3、水洗槽4、助焊槽5、预热箱6、熔融合金炉7，均化风刀机构8、水冷却槽9，被动式定径规圆机13，分别进行除油、水洗、助焊、预热、热镀合金，用风刀均化处理、冷却、定径规圆处理各工序。保证管材不产生拉伸变形，然后由收料机11收成盘状物料。

在本发明中，拖动部分是由可调速牵引机构、恒张力制动阻尼机构组成，形成恒张力，用来确定浸润时间及运行平稳。形成恒张力阻尼的方法有两种，一种是直接摩擦阻尼，一种是电磁阻尼。也可以采用本发明的恒张力阻尼机构，如图6、图7所示，该机构是在机架14上装设两排且相互对应的压力轮15，及其所对应的两个张紧轮36、两个被动轮16，上下两排压力轮15分别通过皮带17与两个张紧轮36、两个被动轮16传动连接，被动轮16与增速机构18传动连接，增速机构18的输出轮与液压油箱19的液压泵20传动连接。管材经矫直机2，使其成为直线管材后，由牵引机的牵引进入恒张力阻尼机构，通过压力轮15带动被动轮16，增速机构18，液压泵20，以使恒张力阻尼机构与牵引机之间形成恒张力，使管材平稳运行。

在本发明中，助焊槽中的助焊剂是采用常规方法配制。

在本发明中，预热工序是采用电阻加热方法，如图9所示，变压器的次级绕组的两输出端分别连接电极轮55、56，它们之间的电压为0-50V，使管材37通过电极轮55、56，将管材由室温加热到100±20℃，以控制管材进入熔融合金炉前的预热温度。由于使用微机闭环控制，无论管材运行速度和直径如何变化，设定温度与管材表面的预热温度误差可达±1℃。

在本发明中，熔融合金炉的结构如图2所示，熔融合金炉是使用密闭陶瓷炉(耐火砖砌成)，配置上电加热盖23，可调式压下装置24，该炉的炉身长度根据精密薄壁管的不发生塑性变形的曲率半径设计，其长度为4-6m，由于采用了耐火砖砌成，没有各种渣体产生。因为是密封设计，熔融合金的氧化可大大减少。该熔融合金炉加热采用自动温度控制，设定温度与熔融合金炉内的实际温度误差可达±3℃。该炉的进口温度为440℃±5℃。为了管材在引出该炉后进行均化风刀机构的高精密控制提供前提条件，在该炉的出口内设置了温度补偿装置25，使该炉的出口温度为460℃±5℃。如图2所示，在实际生产中，管材经导向轮21、支撑轮22进入熔融合金炉7，并在可调式压下装置24的下压下浸入熔融金属液中，进行热浸镀，并经导向轮27由熔融合金炉7中导出，并在均化风刀机构8的作用下，进行均化处理。

如图2所示，均化风刀机构8是装设在熔融合金炉7的外炉壁上。均化风刀机构8是由几组压力不同的风刀组成，每组风刀都包括若干方向不同的条状导气槽所组成。

如图3、图4、图5所示，所述均化风刀机构是由风刀体38和密封体39组成，在风刀体38上设有若干个进气口43，风刀体38的前部为锥面状，锥面上均布若干个与进气口43相对应的储气槽42，每个储气槽42都分别与若干个位于锥面前部的条状导气槽44相通，密封体39通过螺栓41罩盖在风刀体38上，密封体39的中心出气孔45与风刀体38的每个导气槽44相通。每个进气口43、与所对应的储气槽42、以及所相通的若干个条状导气槽44构成一组风刀。均化风刀机构是由几组压力大小不同的风刀组成。本发明是采用三组压力大小不同的风刀。位于下部的一组风刀吹出高压压缩空气，压力为0.5-0.6mPa，位于上部两组风刀吹出次高压压缩空气，压力为0.3-0.4mPa。进气孔43分别通过气压调节控制机构与各自对应的压缩空气泵的出口连接。各组风刀的布置也是充分考虑到管材从熔融合金炉中引出后，熔融合金尚未固化，在重力作用下，必定由上向下流动，从而使大量的熔融合金堆积在管材下部，影响管材镀层的均匀度(实践证明，上下表面误差可达0.01mm)。根据流体力学及重力作用的有关理论，以及工艺的实际情况。将几组风刀分为不同的几个部分。工作时下部的风刀处于高压状态，上部左右对称分布的风刀处于次高压状态。各部分吹出不同压力的压缩空气。三部分组合在一起，由相对管材的密封体39的中心出气孔45导出。在管材处理表面产生螺旋风，在这种组合螺旋风的作用下，管材表面尚未凝固的熔融合金均匀地涂镀在管材表面，同时冷却结晶，得到高质量的表面镀层，所吹落的合金落入收集槽内。

均化风刀机构是装在风刀移动装置上，风刀移动装置可使风刀沿管材运行方向前后移动，调节管材从熔融合金炉中引出后到进行风刀处理的时间，以便于尽可能地增加风刀的使用范围，得到最佳的涂层厚度及表面质量。

在本发明中，定径规圆装置13是采用被动式定径规圆机，用来消除热浸镀合金过程中造成的径向变形。同时确保产品的最终公差。如图8所示，该装置主要是由一排有环沟槽51的定径规圆轮52组成，管材通过定规圆轮52上的环沟槽51，进行定径规圆。

综上所述，本发明的方法通过精密控制影响合金镀层质量的各个参数，可以达到精确控制合金镀层的厚度及有效地控制管材的外形尺寸的目的，本发明的设备，如均化风刀机构可以对管材表面进行后处理，恒张力阻尼机构以使管材平稳运行，这些设备配合本发明的方法进一步达到控制合金镀层的厚度及表面质量的目的。

Claims (3)

1、一种高精密薄壁管热浸镀锌或锌铝合金生产方法，该方法是将盘状的薄壁管矫直，成为直线管材，并通过恒张力阻尼机构与牵引机构使管材形成恒张力，并依次通过下述工序：

(1)除油工序、水洗工序；

(2)助焊工序；

(3)预热工序；

(4)热镀合金工序；

(5)用风刀均化处理工序；

(6)冷却工序；

(7)用被动式定径规圆机进行定径规圆处理工序；

其特征在于：在预热工序中，将管材的表面温度预热到100±20℃；在热镀合金工序中，管材进入熔融合金炉中的进口温度为440℃±5℃，出口温度为460±5℃，管材在熔融金属中的浸润时间为8秒-16秒，在从热镀合金工序到用风刀均化处理工序之间，控制一段待处理的时间为0.5秒-1.5秒，在用风刀均化处理工序中，是采用几组压力大小不同的风刀同时向管材吹出不同压力的压缩空气，位于下部的风刀吹出压力为0.5-0.6mPa压缩空气，位于上部的位置的风刀吹出压力为0.3-0.4mPa压缩空气，所述热浸的熔融金属为锌或锌铝合金。

2、根据权利要求1所述的生产方法所用的设备，其特征在于：该设备包括：放料机、矫直机、恒张力阻尼机、除油槽、水洗槽、助焊槽、预热箱、熔融合金炉、均化风刀机构，水冷却槽、被动式定径规圆机、牵引机、收料机，并按上述前后顺序线性排列，所述均化风刀机构是由风刀体和密封体组成，在风刀体上设有若干个进气口，风刀体的前部为锥面状，锥面上均布若干个与进气口相对应的储气槽，每个储气槽都分别与若干个位于锥面前部的条状导气槽相通，密封体罩盖在风刀体上，密封体的中心出气孔与风刀体的每个导气槽相通。

3、根据权利要求2所述的设备，其特征在于：所述恒张力阻尼机构是在机架上装设两排且相互对应的压力轮，及其所对应的两个张紧轮、两个被动轮，上下两排压力轮分别通过皮带与两个张紧轮、两个被动轮，传动连接，被动轮与增速机构传动连接，增速机构的输出轮与液压油箱的液压泵传动连接。

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