一种焊拉一体化生产超长耐蚀铝复合管的方法与流程

1.本发明涉及金属管材加工技术领域，特别是一种焊拉一体化生产超长耐蚀铝复合管的方法。


背景技术：

2.耐蚀铝复合管可以用作空调蒸发器和冷凝器、空调连接管及太阳能集热器用管等。铝复合管中的内铝层用于传输流体，铝复合管锌铝合金外层与大气、水汽及可能的腐蚀介质接触。从铝合金手册和大量的实践中得知，锌铝合金的腐蚀是平面均匀腐蚀，而3系铝锰合金很容易出现穿孔腐蚀（点蚀）。为保护做为基体的3系铝锰合金不发生穿孔腐蚀，业内的做法是想办法在铝锰合金表面复合上一层锌层或锌铝合金层。锌铝合金外层与内层的3系铝合金相比，锌铝合金具有较低的电极电位，这两种合金相接触，锌铝合金作为牺牲阳极可对3系的铝锰合金提供保护，使管材外表面优先腐蚀，从而避免了内层铝锰合金发生点蚀现象。这种内外铝层一体化的结构，可以起到最佳功能性材料作用。
3.对于空调两器（蒸发器和冷凝器）用管，业内的做法是在挤压机出口对挤压的铝内齿管外表面喷锌，从而达到管材耐蚀作用。但内齿管是一种直齿，流体在其中运动时不能形成湍流效应，换热能力比内螺纹铝管差很多。因此导致空调的能效比下降很多。而在内螺纹铝管的表面喷锌又是一个成本极高、效率极差的生产方式。
4.日本的uacj公司曾经采用复合挤压的方法生产耐蚀铝复合管。做法是将7072连铸在3003铝棒上，然后进挤压机反向挤压，由于铝棒要穿孔后挤压，因此铝棒长度很短，单重很轻，后续生产效率很低。由于表面的7072层在挤压时的金属流动不规律，因此挤压后的表层厚度不均，经过深度拉拔后的管材表面有时7072层是缺失的，影响后续的使用和是否是合格品的判断。发明以来一直没有规模化生产和使用。
5.为生产超长铝复合管，业内把7072与3003铝带复合轧制在一起，纵剪后用高频焊管机组进行焊接，生产外表7072内层3003的铝复合管。但复合带材在焊接成管时，要用刮刀将对缝焊接产生的毛刺刮掉。而外层的7072层在焊接时被挤压在毛刺中，刮掉毛刺后，焊缝处的基体上都是3003材质，整个焊缝没有7072铝合金的存在。虽然焊缝附近的7072对基体3003依然有一些防护效应，但在一些恶劣腐蚀环境下，保护力度下降。最大的问题是，管内输送的是高压流体和气体，而焊缝又是最容易产生缺陷和泄漏的地方，因此空调行业拒绝使用，目前仅仅在汽车水箱扁管中使用。但调研表明，汽车厂家一直盼望能有带防护层的无缝管出现，使用焊管是无奈之举。
6.铝复合管的另一种用途就是用于微通道换热器的集流管。用作集流管的铝复合管，其外层采用钎料层，如4045,4343等4系铝硅合金，其内层使用3003铝合金管。钎焊时，外层的铝硅钎料熔化，但内层的3003铝合金管因熔点高并不熔化，熔化的钎料靠毛细作用及重力作用填满基体铝合金管与所焊接的管件及配件的间隙。
7.目前市场上使用的集流管是沿用了数十年的高频焊接工艺和机组，这是一种采用加工工艺复杂的铝复合带，经管成形后进行高频焊接形成的铝复合管。但在高频对缝焊接
时为保障焊接质量，就必须对焊缝施加较大挤压力，因此不可避免地在焊缝的内外表面出现焊接毛刺。该毛刺可以被在线刮除，形成光滑的内外表面。但就集流管而言，由于外包覆层厚度一般只有总壁厚的10%，在刮除外毛刺时，会将外包覆层金属也同时刮掉大部分或全部刮除，从而造成焊缝外表面的包覆层减薄或缺失现象。焊接换热器组件时，往往会在该处形成漏焊点造成整体部件报废。因此在焊接现场，不得不花费大量的人力物力对焊缝进行标注，让焊缝处于冲压孔或主要焊接工作面的对面来避免出现可能的缺陷，这是困扰热交换器行业多年的难题。另一方面，由于集流管是焊管，焊缝的焊接质量受多种因素的影响很难一直稳定，因此带来复合管的抗爆破压力不足，也容易发生泄漏。
8.如何研发出工艺流程短、设备投资少、包覆层均匀、生产成本低、生产效率高的铝复合管生产方法，一直是本领域技术人员的攻关方向。


技术实现要素：

9.本发明需要解决的技术问题是提供一种焊拉一体化生产超长耐蚀铝复合管的方法，使用这种方法具有加工成本低、工艺流程短、占地面积小、复合材料厚度均匀的特点。
10.为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种焊拉一体化生产超长耐蚀铝复合管的方法，具体步骤如下：步骤一，将挤压后的铝合金管收卷在料筐内，即内层，将功能性铝合金带材包覆于铝合金管外侧，即外层；步骤二，在成形包覆的过程中用金属刷分别刷所述内层和外层的接触面及带材的搭接接触面，使接触面粗糙化并露出新鲜金属表面；步骤三，对外层带材的圆周搭接接头用超声波滚焊轮焊接；步骤四，复合管的管头出焊接包覆机后，中止包覆焊接，在线向管头内注润滑油、装游动芯棒、装牵引杆；牵引杆送入1#履带拉拔机组牵引铝复合管过拉拔模具进行减径减壁拉伸，同时启动铝复合管的包覆焊接并在运行速度上形成同步；步骤五，管头出1#履带拉伸机后，中止包覆焊接和第一道拉拔，切掉管头，在线向管头内注润滑油、装游动芯棒、装牵引杆；牵引杆送入2#履带拉拔机组牵引铝复合管过拉拔模具进行减径减壁拉伸，同时启动铝复合管的包覆焊接和1#履带拉拔机组并在运行速度上形成同步；连焊连拉后的铝复合管收卷在直径ф5-ф8米料筐内，单根管重300kg
‑‑
1500kg。
11.作为本发明进一步的方案，所述步骤一铝合金管为为3系铝合金管，直径为φ30-70mm，所述料筐直径为ф5-8m。
12.作为本发明进一步的方案，所述步骤三焊接速度为2-5m/min。
13.作为本发明进一步的方案，所述步骤四减径减壁拉伸的延伸系数为1.4-1.7。
14.作为本发明进一步的方案，所述步骤五减径减壁拉伸的延伸系数为1.4-1.7。
15.作为本发明进一步的方案，所述铝合金带材的材质为7072铝合金或含锌量为0.5%-2.5%的3系铝合金或4045或4343或含锌量为1%的4045和4343铝合金。
16.作为本发明进一步的方案，所述外层厚度与总厚度比为5%-15%。
17.由于本发明采用如上技术方案，本发明具有的优点和积极效果是：1、可以生产超长超重的铝复合管采用焊拉一体化生产铝复合管，可以生产单根重达1500公斤的铝复合管，超长管
坯非常适合后道的深加工和内螺纹成型，适合进行高速拉伸，也减少了很多注油、装芯、打头、引导进入拉拔机等动作和步骤，这对于提高生产效率和降低生产成本是非常显著的；2、减少了对生产场地的占用采用焊拉一体化的铝复合管生产机组后，仅需要50米长度的车间就可以生产1000米长度的复合管坯，短流程和大盘到大盘的生产方式非常方便组织生产和管理；3、更容易实现铝接触面的冶金结合收在盘中的超长复合管，可以在后续拉伸加工中采用高速拉伸，铝复合管在高速通过拉拔模时会瞬间产生很大的变形热，这有助于内外层间通过拉拔暴露出的新鲜接触面的金属相互扩散、压力焊接并形成牢固的原子间金属键结合的冶金结合层；4、优化了工艺流程，减少了管材生产中转运的磕碰伤，成材率大幅度提高。从挤压机出口到成品的成材率可达90%以上，而复合挤压生产的铝复合管成材率只有60%；5、由于超长，特别适合进行连续接触式退火和感应退火，为高效率地生产内螺纹铝管奠定有利基础。
具体实施方式
18.本发明的一种焊拉一体化生产超长耐蚀铝复合管的方法，具体步骤如下：步骤一，将挤压后规格为φ50
×
4.5mm的3003的铝合金管收卷在直径为ф5m料筐内，单重约1500kg，0.45
×
162mm的4045铝合金带材做为外层，将功能性铝合金带材包覆于铝合金管；步骤二，在成形包覆的过程中用金属刷分别刷所述内层和外层的接触面及带材的搭接接触面，使接触面粗糙化并露出新鲜金属表面；步骤三，对外层带材的圆周搭接接头用超声波滚焊轮焊接，焊接速度为2m/min，形成直径为φ51mm
×
4.95mm铝复合管；步骤四，复合管的管头出焊接包覆机后，中止包覆焊接，在线向管头内注润滑油、装游动芯棒、装牵引杆；牵引杆送入1#履带拉拔机组牵引铝复合管过拉拔模具进行延伸系数为1.4的减径减壁拉伸，同时启动铝复合管的包覆焊接并在运行速度上形成同步；步骤五，管头出1#履带拉伸机后，中止包覆焊接和第一道拉拔，切掉管头，在线向管头内注润滑油、装游动芯棒、装牵引杆；牵引杆送入2#履带拉拔机组牵引铝复合管过拉拔模具进行延伸系数为1.4的减径减壁拉伸，同时启动铝复合管的包覆焊接和1#履带拉拔机组并在运行速度上形成同步；连焊连拉后的铝复合管收卷在直径ф5米料筐内，单根管重300kg。
19.实施例2一种焊拉一体化生产超长耐蚀铝复合管的方法，实施步骤如下：步骤一，挤压后规格为φ50
×
4.5mm的3003铝合金管收卷在直径ф6米的料筐内做为复合管的内层，单重约1500kg，0.35
×
162mm的7072铝合金带材做为外层；步骤二，外层带材包覆内层铝合金管，在成形包覆的过程中用金属刷分别刷所述内层和外层的接触面及带材的搭接接触面使之粗糙化并露出新鲜金属表面；步骤三，对外层带材的圆周搭接接头用超声波滚焊轮焊接，焊接速度为3米/分，形成直径为φ50.7
×
4.85mm铝复合管；
步骤四，复合管的管头出焊接包覆机后，中止包覆焊接，在线向管头内注润滑油、装游动芯棒、装牵引杆；牵引杆送入1#履带拉拔机组牵引铝复合管过拉拔模具进行延伸系数为1.7的减径减壁拉伸，同时启动铝复合管的包覆焊接并在运行速度上形成同步；步骤五，管头出1#履带拉伸机后，中止包覆焊接和第一道拉拔，切掉管头，在线向管头内注润滑油、装游动芯棒、装牵引杆；牵引杆送入2#履带拉拔机组牵引铝复合管过拉拔模具进行延伸系数为1.6的减径减壁拉伸，同时启动铝复合管的包覆焊接和1#履带拉拔机组并在运行速度上形成同步；连焊连拉后的铝复合管收卷在直径ф6米料筐内，单根管重1500kg。
20.实施例3一种焊拉一体化生产超长耐蚀铝复合管的方法，具体步骤如下：步骤一，将挤压后为φ50
×
4.5mm的3003的铝合金管收卷在直径为ф8m料筐内，单重约1500kg，0.45
×
162mm的4343铝合金带材包覆于铝合金管；步骤二，在成形包覆的过程中用金属刷分别刷所述内层和外层的接触面及带材的搭接接触面，使接触面粗糙化并露出新鲜金属表面；步骤三，对外层带材的圆周搭接接头用超声波滚焊轮焊接，焊接速度为5m/min，形成直径为φ51mm
×
4.95mm铝复合管；步骤四，复合管的管头出焊接包覆机后，中止包覆焊接，在线向管头内注润滑油、装游动芯棒、装牵引杆；牵引杆送入1#履带拉拔机组牵引铝复合管过拉拔模具进行延伸系数为1.5的减径减壁拉伸，同时启动铝复合管的包覆焊接并在运行速度上形成同步；步骤五，管头出1#履带拉伸机后，中止包覆焊接和第一道拉拔，切掉管头，在线向管头内注润滑油、装游动芯棒、装牵引杆；牵引杆送入2#履带拉拔机组牵引铝复合管过拉拔模具进行延伸系数为1.7的减径减壁拉伸，同时启动铝复合管的包覆焊接和1#履带拉拔机组并在运行速度上形成同步；连焊连拉后的铝复合管收卷在直径ф8米料筐内，单根管重1000kg。
21.为具体说明，本发明对焊拉一体化铝复合管生产机组进行了相关生产实验，实验如下：实验1内层采用ф49.8
×
4.5mm的3003铝合金盘管，单根卷重900公斤。外层采用厚度为0.5
㎜
的4045铝硅合金带。
22.将4045铝硅合金带和3003铝合金盘管的接触面刷毛去除氧化膜；然后4045铝硅合金带包覆3003铝合金管，并用超声波焊轮对铝硅合金带搭接接头进行焊接，焊接速度为3.5m/min。配两台拉拔机形成连焊连拉机组。当管头到达第一台拉拔机组前，暂时停止复合管的焊接和运动，回退包覆焊点到焊轮入口前，向管头内注油、装游芯、打头并导入拉拔机内进行减径减壁拉伸，同时恢复复合管的焊接和运动并在速度上形成同步。当管头到达第二台拉拔机前，暂时停止复合管的焊接和运动，回退包覆焊点到焊轮入口前，向管头内注油、装游芯、打头并导入拉拔机内进行减径减壁拉伸，同时恢复复合管的焊接和运动并在速度上形成同步。连焊连拉后规格为ф35mm
×
2.75mm的铝复合管收在ф6米直径的料筐内。收卷后的复合管坯再经4道次拉拔至ф20
×
1.15mm，成为合格的内外一体化、单重1000公斤的集流管。该集流管的内外层界面冶金结合良好，可取代高频焊管的集流管作为空调、热交换
器的集流管使用。这种铝铝复合管单根管材超长,生产效率极高。比高频焊管集流管的成本下降20%以上。因为前述3003铝合金盘管是使用分流模挤压工艺所制造的铝管，其抗爆破压力比焊管显著提高。由于外层焊料层比高频焊管的均匀，避免了换热器制造过程中人工选择焊缝方向的麻烦，减少了产生缺陷的几率。
23.实验2内管采用ф35
×
3mm的3003挤压铝盘管，单根卷重600公斤。外层采用厚度为0.3
㎜
的7072铝合金带。
24.将7072铝合金带和3003挤压铝盘管的接触面刷毛；然后7072铝合金带包覆3003挤压铝盘管，并用超声波焊轮对搭接接头进行焊接，焊接速度为4m/min。配1台拉拔机与之形成连焊连拉机组。当管头到达拉拔机前，暂时停止复合管的焊接和运动并将焊点回退到焊轮入口前，向管头内注油、装游芯、打头并导入拉拔机内进行减径减壁拉伸，同时恢复复合管的焊接和运动并在速度上形成同步。经过连焊连拉的ф28
×
2.2mm直径的复合管收在ф3米直径的料筐内。收卷后的复合管坯再经5道次拉拔至ф12.7
×
1.0mm，成为合格的内外一体化、单重约660公斤的耐蚀铝复合管。外层7072铝合金带和3003挤压铝盘管之间实现了冶金结合，成为合格的一体化的铝铝复合管。实现冶金结合后的复合管可以上盘拉机进行高速拉伸到各种规格的成品，主要用于生产耐蚀高齿内螺纹铝管及各种需要耐表面腐蚀的换热器用管。
25.实验3内管采用ф63.5
×
5.85mm的3003分流模挤压的铝盘管，单根卷重1500公斤。外层采用厚度为0.6
㎜
的4343 1%zn铝硅合金带。
26.将4343 1%zn铝硅合金带和3003挤压铝盘管的接触面刷毛，该铝硅合金带包覆3003挤压铝盘管，并用超声波焊轮对搭接接头进行焊接，焊接速度为5m/min。配三台拉拔机形成连焊连拉机组。当管头到达第一台拉拔机组前，暂时停止复合管的焊接和运动并将焊点回退到焊轮入口前，向管头内注油、装游芯、打头并导入拉拔机内进行减径减壁拉伸，同时恢复复合管的焊接和运动并在速度上形成同步。当管头到达第二台拉拔机前，暂时停止复合管的焊接和运动并将焊点回退到焊轮入口前并重复第一台拉拔机时的操作。当管头到到达第三台拉拔机前，暂时停止复合管的焊接和运动并将焊点回退到焊轮入口前同时停止1号拉拔机和2号拉拔机，切管头的打头部分，然后向管头内注油、装游芯、打头并导入3号拉拔机内进行减径减壁拉伸，同时恢复复合管的焊接和运动及2号、3号的拉拔，并在速度上形成同步。经过连焊连拉的ф35mm直径的复合管收在6米直径的料筐内。收卷后的复合管坯再经3道次高速拉拔至ф25
×
1.5mm，成为合格的内外一体化的集流管。该集流管的内外层界面冶金结合良好，在圆周上焊料层均匀，可取代高频焊管的集流管作为微通道热交换器的集流管使用。这种集流管单根管材超长,生产效率高。比高频焊管集流管的成本下降25%左右。因为3003挤压铝盘管是分流模挤压的类无缝管，其抗爆破压力比高频焊管显著提高。
27.虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域熟练技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对本实施方式作出多种变更或修改，而不背离本发明的原理和实质，本发明的保护范围仅由所附权利要求书限定。