CN104475615A - 一种双金属复合翅片管的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双金属复合翅片管的制备方法，属于复合管材制备技术领域。本发明的制备方法首先对内、外管材进行预处理得到表面光亮的金属基体；再将内外管材组合成为套管；然后采用三辊行星轧机将内外套管一次性轧制复合成形，轧制时对套管进行在线感应加热，制得双金属复合光管；最后在复合光管上通过轧制或焊接制备出翅片，得到双金属复合翅片管。利用本发明的方法可以制备外层耐腐蚀的双金属复合翅片管，且复合金属结合强度高；所用生产设备简单、灵活性大、成本低；可应用于制备钛包铜、钛包钢和钛包铝复合翅片管。
Description
技术领域
本发明属于复合管材制备技术领域，特别涉及一种可用于钛包铜、钛包钢和钛包铝双金属复合翅片管的制备方法。
背景技术
翅片管广泛应用于石油、化工、电力、制冷工业等领域的换热器用管，由于环境复杂，翅片管经常在高温和强腐蚀条件下工作，因此翅片管的耐蚀性成为亟待解决的问题。目前常用的方案：一是采用耐蚀合金，但成本较高；二是采用较大壁厚(一般大于5mm)的非耐蚀合金，但需要及时更换，依然要投入较大的后续成本。
而双金属复合翅片管内、外层管材采用不同的金属材料，一种金属满足所需强度要求或具备优良导热性能，另一种金属具有良好的抗腐蚀或耐磨损性能，这样使双金属复合翅片管不仅具有所要求的高强度、高热导率，而且还具有良好的防腐蚀、耐磨损等性能。
制备双金属复合翅片管首先要制备双金属复合光管。目前，双金属复合光管的制备技术主要有冷加工法和热加工法，冷加工法包括拉拔、滚压、旋压、液压胀形、抽真空法等，热加工法主要包括热挤压、热旋锻、热扩散焊接、离心铸造法等。
冷加工法的特点是工艺简单，但存在的问题是：单道次变形量较小，复合管界面基本为机械结合，两种金属间没有原子的扩散，结合强度低。热加工法特点是一般双金属管材在较高的温度下复合成形，两种金属在界面上产生了原子扩散，因此结合强度很高，但热加工复合法的缺点是工艺过于复杂、设备投资大、能耗高，最重要的是双金属在高温下保持时间较长，界面处容易生成脆性金属间化合物，对双金属复合管材的塑性造成不利影响。
发明内容
为了解决上述工艺所存在的问题，本发明提供一种双金属复合翅片管的制备方法。该方法为一次性轧制复合成形，得到的复合光管壁厚均匀、表面光滑、延伸率高，不仅可以获得结合强度高的双金属复合翅片管，而且设备简单、生产灵活、成本低，特别适用于制备钛包铜、钛包钢和钛包铝复合翅片管。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种双金属复合翅片管的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)预处理：对外管的内表面和内管的外表面进行清洁处理(除油、酸洗和打磨)，以除去内、外管表面的油污和氧化物，得到表面光亮的金属基体；
(2)套管组合：将内管套入外管中，将行星轧机的芯棒外插入内管中(见附图1)，内外套管的间隙为0.2～0.8mm，且内管直径比行星轧机的芯棒外径大0.5～1.5mm；
(3)轧制复合：采用三辊行星轧机将内外套管轧制成复合光管，轧制时对套管进行在线感应加热，加热温度由管材的材质确定，轧制速度为1～1.5m/min，轧制后复合光管的壁厚为1～10mm，壁厚减薄率为30～90％，直径为20～50mm；
(4)翅片制备：将复合光管在翅片管轧机上轧制出翅片，翅片高度为1～20mm，厚度为0.5～4mm；或者在复合光管的外侧焊接上与外侧金属材质相同的翅片，翅片高度为4～30mm，厚度为0.5～4mm，制成双金属复合翅片管。
本发明轧制过程采用在线感应加热，管材内高密度感应电流的电能迅速转变为热能，使管材温度升高，从而实现感应加热。感应加热具有加热时间短、效率高、散热损失少、清洁无污染的特点。
本发明双金属复合翅片管的制备方法，可应用于制备钛包铜、钛包钢和钛包铝复合翅片管，其中，铜为纯铜和变形铜合金，钛为纯钛和变形钛合金，铝为纯铝和变形铝合金。
本发明的有益效果：
(1)管坯规格和材质适应范围广，外径规格40～90mm，可适用于多种材质。
(2)轧制时压下量大，延伸率高，使管坯内部的气孔、微裂纹、疏松等缺陷压合，成品内部组织致密度显著提高。
(3)大变形量和高摩擦功转变成大量的热量，促使管坯产生动态再结晶，晶粒得到细化，使轧件尺寸精度提高。
(4)感应加热可以调节加热温度，可以实现高熔点金属的快速轧制，且能够保证界面原子间的扩散，增加结合强度。
(5)该方法能够获得外层耐腐蚀的双金属复合翅片管，且复合金属结合强度高，所用生产设备简单、灵活性大、成本低。
附图说明
图1为三辊行星轧机轧制复合管断面图；
图中：1-外管，2-内管，3-芯棒，4-轧辊；Ⅰ-减径段，Ⅱ-集中变形段，Ⅲ-精整段，Ⅳ-归圆段。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是以下实施例仅用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制。该领域的技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明所做的一些非本质的改进和调整，都不能脱离于本发明的保护范畴。
实施例1
制备纯钛包紫铜双金属复合翅片管。
(1)预处理：纯钛管规格为直径70mm，壁厚5mm，紫铜管规格为直径59.5mm，壁厚5mm，套管间隙为0.5mm，长度为5m，芯棒直径为Φ49mm(材质为模具钢)；用4％NaOH溶液对纯钛管和紫铜管除油，纯钛管用20％HNO3+7％HF溶液进行酸洗，紫铜管用12％HCl溶液进行酸洗；然后用钢丝刷将纯钛管的内表面和紫铜管的外表面打磨出新鲜的金属基体。
(2)套管组合：将打磨好的紫铜管套入纯钛管中，将行星轧机的芯棒外插入紫铜管中。
(3)轧制复合：采用三辊行星轧机将内外套管轧制成复合光管，轧制时对纯钛包紫铜双金属组合管材进行在线感应加热，加热温度为400～450℃，轧制速度为1～1.5m/min，轧制后复合光管的壁厚为4mm，直径为40mm，长度可达20m以上；
(4)翅片轧制：将复合光管在翅片管轧机上轧制出翅片，翅片高度为2mm，厚度为1mm，制成纯钛包紫铜双金属复合翅片管。
由图1三辊行星轧机轧制复合管的断面图可知，轧制过程复合管会经历4个阶段，依次为减径段、集中变形段、精整段和归圆段，最后得到表面光滑、壁厚均匀、结合强度高的复合光管。
实施例2
制备纯钛包20号钢双金属复合翅片管。
(1)前处理：纯钛管规格为直径60mm，壁厚5mm，20号钢管规格为直径为49.5mm，壁厚5mm，套管间隙为0.5mm，长度为3m，芯棒直径为Φ39mm(材质为模具钢)，用4％NaOH溶液对纯钛管和20号钢管除油，纯钛管用20％HNO3+7％HF溶液进行酸洗，20号钢管用10％H2SO4溶液进行酸洗，然后用钢丝刷将纯钛管的内表面和20号钢管的外表面打磨出新鲜的金属基体。
(2)套管组合：将打磨好的20号钢管套入纯钛管中，将行星轧机的芯棒外插入20号钢管中。
(3)轧制复合：采用三辊行星轧机将内外套管轧制成复合光管，轧制时对纯钛包20号钢管双金属组合管材进行在线感应加热，加热温度为700～750℃，轧制速度为1～1.5m/min，轧制后复合光管的壁厚为3mm，直径为30mm，长度可达25m以上；
(4)翅片焊接：用氩弧焊将复合光管外侧焊接上纯钛翅片，翅片高度为10mm，厚度为2mm，制成纯钛包20号钢双金属复合翅片管。
实施例3
制备纯钛包纯铝双金属复合翅片管。
(1)前处理：纯钛管规格为直径65mm，壁厚6mm，纯铝管规格为直径52.5mm，直径6mm，套管间隙为0.5mm，长度为5m，芯棒直径为Φ40mm(材质为模具钢)，用4％NaOH溶液对纯钛管和纯铝管除油，纯钛管用20％HNO3+7％HF溶液进行酸洗，纯铝管用5％HCl溶液进行酸洗，然后用钢丝刷将纯钛管的内表面和纯铝管的外表面打磨出新鲜的金属基体。
(2)套管组合：将打磨好的纯铝管套入纯钛管中，将行星轧机的芯棒外插入纯铝管中。
(3)轧制复合：采用三辊行星轧机将内外套管轧制成复合光管，轧制时对纯钛包纯铝双金属组合管材进行在线感应加热，加热温度为300～350℃，轧制速度为1～1.5m/min，轧制后复合光管的壁厚为3mm，直径为30mm，长度可达20m以上；
(4)翅片轧制：将复合光管在翅片管轧机上轧制出翅片，翅片高度为1.5mm，厚度为0.8mm，制成纯钛包纯铝双金属复合翅片管。
Claims (6)
1.一种双金属复合翅片管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)预处理：对外管的内表面和内管的外表面进行清洁处理，得到表面光亮的金属基体；
(2)套管组合：将内管套入外管中，将行星轧机的芯棒外插入内管中；
(3)轧制复合：采用三辊行星轧机将内外套管轧制成复合光管，轧制时对套管进行在线感应加热，加热温度由管材的材质确定；
(4)翅片制备：将复合光管在翅片管轧机上轧制出翅片，或者在复合光管的外侧焊接上与外侧金属材质相同的翅片。
2.根据权利要求1所述的一种双金属复合翅片管的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述清洁处理为除油、酸洗和打磨。
3.根据权利要求1所述的一种双金属复合翅片管的制备方法，其特征在于，步骤(2)中内外套管的间隙为0.2～0.8mm，且内管直径比行星轧机的芯棒外径大0.5～1.5mm。
4.根据权利要求1所述的一种双金属复合翅片管的制备方法，其特征在于，步骤(3)中轧制的速度为1～1.5m/min，轧制后复合光管的壁厚为1～10mm，壁厚减薄率为30～90％，直径为20～50mm。
5.根据权利要求1所述的一种双金属复合翅片管的制备方法，其特征在于，步骤(4)中轧制翅片的高度为1～20mm，厚度为0.5～4mm。
6.根据权利要求1所述的一种双金属复合翅片管的制备方法，其特征在于，步骤(4)中焊接翅片的高度为4～30mm，厚度为0.5～4mm。
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