一种超薄壁内螺纹TA2钛散热管焊接工艺的制作方法

本发明涉及一种超薄壁内螺纹ta2钛散热管焊接工艺，属于钛内螺纹管制造技术领域，具体涉及冷挤压、冷滚压成型及高频感应焊接技术领域。

背景技术：

我国钛资源十分丰富，是钛资源大国。但是，长久以来，由于提取过程复杂、提取困难，导致钛工业发展的速度一直落后于铁、铝、镁等金属工业。目前，我国的钛及钛合金管件主要应用于工业耐腐蚀和船舶领域，如核电、海水装置、舰船以及盐碱行业等。

目前，钛及钛合金无缝管的主要制作方法为钻孔挤压和斜轧穿孔，但是这两种方法存在工艺废料高和工艺复杂、加工工序多、效率不高、成本高等缺点。而钛及钛合金焊管不仅材料利用率高，同时焊接管生产效率明显高于无缝管，随着人们对钛及钛合金焊接管件的不断了解和焊接技术的不断发展，焊接管的性能不断提高，而且有些焊接管件的质量水平已经到达了无缝管的水平，因此随着钛的普及，焊接管件的需求量会不断增加。

技术实现要素：

针对背景技术所述问题，本发明的目的在于提供一种超薄壁内螺纹ta2钛散热管焊接工艺方法。

本发明的目的通过以下技术方案步骤来实现：一种超薄壁内螺纹ta2钛散热管焊接工艺，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)开卷：将钢带卷在上料工位吊装在双工位高速开卷机的一个涨缩头上涨紧，并将其旋转到工作工位；再将旋转到上料工位的另一个涨缩头上吊装一卷带料备用。在工作工位的带卷，通过自动加装防护转盘和动力驱动能使其以大于等于300m/min的速度开卷，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的变向储料活套减速后延时停机；

(2)剪切对焊：将前卷带料的末端与后卷带料的首段成45°剪切斜口后再通过氩弧焊机在氩气的保护下沿45°切口对焊起来，45°的切边是为了增加焊接长度，提高焊接强度；

(3)速度匹配1：以变向储料活套的储料速度为基准，当开卷机开卷速度有波动时速度匹配调节上的重力调节辊就上下位置波动，通过位置传感器的测位输出信号去控制开卷机的开卷速度的快慢来匹配储料速度；

(4)变向储料活套：带料通过变向储料活套将带料的平行传送变为垂直传送，以大于等于300m/min的速度将带料储存在活套内用于后端制管平台不停机的连续生产，并能有多余6min以上的生产时间用于带料的剪切对焊；带料在变向储料活套输出时又将竖直带料变为平行传输的带料传输出去；

(5)速度匹配2：以一号压纹机的输送速度为基准，当储料速度有波动时速度匹配调节上的重力调节辊就上下位置波动，通过位置传感器的测位输出信号去控制储料速度的快慢来匹配一号压纹机的输送速度；

(6)压纹1：带料在压纹机工位进行带料上表面螺纹齿形的压制(也可以同时进行带料上下表面齿形的同时压制)，压制速度100-200m/min；压制的齿形根据散热管的使用要求，可以压制复杂的w型、vvv型、交叉型以及高低齿型等各种螺纹，用于增加焊管的换热面积提高热交换效率；它的实现是通过三个输出轧辊的配合来完成压纹工艺的：上动力输出轧辊外表面为带有各种螺旋的、具有各种齿形角、齿顶角、齿高和齿数的n条螺纹组成，中间辊为惰性无动力光辊依靠摩檫力传递上下轧辊的旋转力矩，下轧辊为旋转动力输出光辊(也可以与上轧辊一样带有螺纹齿形的轧辊)；带料在从上动力轧辊和惰性光辊中间通过时，被轧制成带有所需斜纹齿形的带料，轧制齿形的高低或深浅由上轧辊前后支撑座上的伺服电机带动各自的执行机构来完成，执行机构中的压力传感器会将实时的压力值显示出来；

(7)速度匹配3：以二号压纹机的输送速度为基准，当一号压纹机的输送速度有波动时速度匹配调节上的重力调节辊就上下位置波动，通过位置传感器的测位输出信号去控制一号压纹机速度的快慢来匹配二号压纹机的输送速度；

(8)压纹2：为了压制一台压纹机无法完成的复杂螺纹，如交叉螺纹(高低齿螺纹等等)一号压纹机上压制一道平行与运动方向上的平行齿形后；在二号压纹机上压制与一号压纹机压制的齿形成一定角度的齿形，叠加后的齿形就是产品所需要的螺纹齿形；

(9)速度匹配4：带料在到达模具孔型成型平台工位前先通过一个无张力速度匹配调节装置将二号压纹机单元与带料模具成型平台输送时的速度差异匹配调节到一定的范围内；它的工作原理是，利用其自带的传动动力或前道工位的传动动力，将带料打入一个储料箱内，带料依靠本身的重力下落到储料箱底部，通过一个或几个光电或位置传感器来检测带料的位置高低，从而调节前个工位的带料传输速度来匹配后个工位的传输速度；

(10)孔型规划：带料在模具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、然后经过五至八组的平辊模具动力成型和五至七组与平辊模具交替布置的无动力立辊模具成型，以100-200m/min的成型速度使带料成圆为焊接做好孔型规划；

(11)v形角成型：做好孔型规划的带料在导向挤压焊接单元使带料通过导向装置上的陶瓷导向条或陶瓷导向辊的调节达到焊接所需要的4-10°的焊接v形角、再通过焊接挤压装置为带料焊接边提供平行的焊接边缘以及合适的焊接挤压力和挤压量；

(12)高频感应焊接：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，达到在顶锻压力下实现焊接边缘的固态焊接，同时沿着焊接边缘的内外两侧将焊缝中的渣质挤出使焊缝获得良好的焊缝组织，钛在熔融状态下，会有大量的氧气、氮气等进入焊接熔池形成氧化物和污染物，进而从焊接金属扩散到母材当中使焊缝产生各种焊接缺陷；为防止空气中的氧气、氮气等杂物混入，焊接过程中还必要通过惰性气体保护焊接面及内外侧面。在焊管内部且在两挤压辊的中心连接线中点处还必须装有带冷却装置的磁棒用来改善焊接工况辅助焊接的顺利进行；

(13)冷却刮疤：将焊接好的高温管子迅速冷却下来，并将焊管外焊缝处的焊渣通过外刮疤刀剔除，根据需要也可以同时通过内刮疤刀剔除焊管内焊缝处的焊渣；

(14)精整管型：将焊接好的管子通过4-6个动力平辊机架模具和与平辊机架模具交替布置的3-5个无动力立辊机架模具的孔型规划使其达到产品要求的外型公差尺寸；

(15)焊缝纠偏：通过垂直于焊管运动方向布置的前后两对立辊机架模具，根据需要使两对立辊模具在垂直于焊管运动的平面上旋转一定的角度使得焊缝被纠偏到焊管的最上方，以便于焊渣的剔除与焊缝的涡流探伤处理；

(16)涡流探伤：对焊管的焊缝进行不间断无差别的探伤处理，并将有问题的焊缝部分进行打标处理，同时产生一个问题信号指令控制后续的不良品剔除装置剔除不良品。

(17)剪切落料：输入需要切断的管长数据后，焊管在经过气动悬浮测长装置时，将由测长光电编码器记录焊管的运行长度，当所测长度达到给定值时光电编码器输出信号给切断执行机构，切断执行机构动作加速跟随到焊管的运行速度，达到同步速度时切断焊管，然后再减速回到原点等待下一次动作的指令；

(18)剔除废料：剔除废料：用于在接收到涡流探伤系统发出的指令信号后，通过一个气缸翻板来剔除不良品焊管；

(19)输送成品及卷曲：输送成品卷曲机单元用于两个料框机构单元交替收集焊接好的五千米左右及以上的超长焊管；其工艺过程是：在飞速剪切落料工位预设卷曲料框需要收集的焊管长度，如目前一号料框工位工作，料框通过滚道将在卸料工位的料框输送到工作工位，由举升机构举起料框到达接料位置，旋转机构带动料框旋转使其接料处的圆周线速度等同于焊管的夹送速度，焊管通过卷取机上的一号夹送机构和弯曲调节机构，将焊管弯曲成与料框接料半径相当的曲率输送到同步线速度的料框中；当一号料框收集的焊管达到飞剪落料设定的长度时，飞剪落料切断，待切断处的断口将要到达一号夹送机构时，弯曲调节机构退出，二号接管套管伸出到一号夹送机构旁(此时的一号料框已经收集完成，旋转机构停止运行，举升机构将料框降到输送滚道上，由输送滚道将料框输送到卸料工位卸料)，将一号夹送机构输送的焊管接应到二号夹送机构，通过二号夹送机构及二号弯曲调节机构将焊管引导到二号同步线速度料框中由二号料框继续收集焊管。当二号料框收集的焊管达到飞剪落料设定的长度时，飞剪落料切断，待切断处的断口将要到达一号夹送机构时，二号接管套管收回，一号弯曲调节机构伸出(此时二号夹送机构将尾管输送到二号料框中，二号夹送机构停止工作，二号旋转机构停止工作，举升机构将二号料框落到输送滚道上，由输送滚道将料框输送到卸料工位卸料)将焊管再次引导到已经在工作工位等待的一号料框中收集焊管，此时输送成品卷取机单元完成了一个循环过程。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：超薄壁内螺纹ta2钛带料的壁厚为0.16-0.5mm。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：剪切对焊的切边为45°。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：变向储料活套的储料速度大于等于300m/min。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：压纹机的压纹速度为100-200m/min，可以压制w型、vvv型以及人字形等螺纹，用于增加管材的换热面积提高管材的热交换效率。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：二号压纹机与一号压纹机的联合使用可压制一台压纹机无法完成的复杂螺纹，如交叉螺纹、高低齿螺纹。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：制成高频焊圆形管的v形角为4-10°。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：高频焊感应焊接速度为80-150m/min，焊机功率为100kw，焊接频率为300-500khz，相对挤压量为0.1-0.5mm。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：内螺纹以100-200m/min速度成型，螺纹规格为-0.22齿高-26o螺旋角。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：内螺纹管以100-200m/min速度成型管型，管型规格为9.52外径*0.28管底厚。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：卷曲机单元收集成品的速度为100-200m/min，收集长度为5000m。

本发明的有益效果是：国内外目前没有可以生产超薄壁内螺纹ta2钛焊管的机组，本发明提供的超薄壁ta2钛焊管生产工艺以及优化参数，相比于钻孔挤压和斜轧穿孔得到的钛无缝管，有益效果在于：工艺方法简单有效，生产效率高，可以实现自动化生产，且生产成本低、连续效率高，可靠性强。相比于其他的焊管工艺方法，有益效果在于：无需焊缝填充料，无焊接飞溅，焊接热影响区窄，焊接成型美观，焊接机械性能良好等优点。因此将在未来的ta2钛散热管的生产中得到广泛应用。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

图2是本发明制成的超薄壁内螺纹ta2钛散热管成品图。

图3是本发明制成的超薄壁内螺纹ta2钛散热管焊缝的金相照片。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施实例对本发明进行进一步说明，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内，本技术方案中未详细述及的，均为公知技术。

按照下述步骤制造本发明所述的超薄壁内螺纹ta2钛散热管：

开卷：不锈钢带料卷以300m/min左右的速度开卷，超薄壁ta2钛带材厚度为0.5mm；

剪切对焊：将前卷带料的尾部与后卷带料的首部剪切45°后沿45°切口处使用氩弧焊焊接；

速度匹配1：以变向储料活套的储料速度为基准，通过重力调节辊来调整开卷机开卷速度；

变向储料活套：将带料的平行传送变为垂直传送，以300m/min左右的速度将带料储存在活套内用于后端制管平台不停机的连续生产，同时变向储料活套又将垂直带料传送转变为平行带料传送；

速度匹配2：以一号压纹机的输送速度为基准，通过重力调节辊来调整储料速度；

压纹1：一号压纹机通过三个输出轧辊的配合压制交叉型内螺纹的一道平行与运动方向上的平行齿形，压制速度150m/min；

速度匹配3：以二号压纹机的输送速度为基准，通过重力调节辊来调整一号压纹机的速度；

压纹2：二号压纹机通过三个输出轧辊的配合压制与一号压纹机压制的齿形成一定角度的交叉型内螺纹，叠加后的齿形就是产品所需要的螺纹齿形，最终联合一号和二号压纹机压制出的螺纹规格为-0.22齿高-26°螺旋角；

速度匹配4：通过一个无张力速度匹配调节装置将二号压纹机单元与带料模具成型平台输送时的速度差异匹配调节；

孔型规划：以150m/min的成型速度使带料成圆为焊接做好孔型规划，管型规格为9.52外径*0.28管底厚；

焊前调整：导向挤压焊接单元使焊接v形角为7度，挤压量为0.2mm；

高频感应焊接：焊接速度为80m/min，焊机功率为56kw，焊接频率为400khz；

冷却刮疤：剔除焊缝处的多余焊渣，根据需要也可剔除内焊缝的焊渣；

管型精整平台：将焊接剔除焊渣后的管材进行精密的外径整形，达到尺寸公差要求；

焊缝纠偏：使两对立辊模具在垂直于焊管运动的平面上旋转一定的角度使得焊缝被纠偏到焊管的最上方；剪切落料：经过飞剪剪切系统、根据所需管长进行剪切落料；

涡流探伤系统：对焊缝进行不间断无差别的探伤处理，并将有问题的部分进行打标并产生问题信号指令控制后续的不良品剔除装置剔除不良品；

剪切落料：在收集焊好的五千米超长卷曲管材后，以焊管运行的同步速度150m/min切断焊管；

剔除废料：在接收到涡流探伤系统发出的指令信号后剔除不良品焊管；

输送成品：筛选出来的超薄壁ta2钛散热管可以直接包装使用。

上述工艺方法生产的超薄壁内螺纹ta2钛散热管，成品如图2所示，焊缝表面成型美观，没有任何宏观缺陷。

上述工艺方法生产的超薄壁内螺纹ta2钛散热管，焊缝横截面的金相照片如图3所示，熔合线宽度合理，无错边、氧化夹杂等缺陷。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。