專利名稱:鈦-鋁復(fù)合翅片管及制造工藝的制作方法

　　本發(fā)明屬于雙金屬復(fù)合管。

　　目前國內(nèi)沿海電廠一般采用銅-鋁復(fù)合翅片管作為空氣冷卻器的傳熱元件。這種管子具有良好的傳熱特性，但內(nèi)層黃銅在污染的冷卻水介質(zhì)(例海水)中，由于應(yīng)力腐蝕而產(chǎn)生開裂、泄漏，使用壽命較短，據(jù)調(diào)查，一般使用三、四年管子即開始泄漏，嚴(yán)重的使用一、二年后就開始泄漏(1)，工業(yè)純鈦具有優(yōu)良的耐蝕性能，在國外，已在石油、化工等領(lǐng)域獲廣泛應(yīng)用，日、美等國一些發(fā)電廠海水冷卻系統(tǒng)中也大量采用鈦管(2)，但純鈦管的價(jià)格較貴。

　　雙金屬復(fù)合管的制造方法有軋制法和拉拔法，軋制法由于軋輥的下壓力和管壁厚度的偏差而容易引起管體長方向復(fù)合力不均勻，一般說，軋制成形法即使提高軋輥的下壓力也不能得到充分的復(fù)合力，拉拔法要取得很高復(fù)合力比較困難，但復(fù)合力比較均勻，穩(wěn)定。兩種方法有一個(gè)共同缺點(diǎn)是不能將壓縮殘余應(yīng)力留在復(fù)合管內(nèi)，所以復(fù)合力不可能長期保留在較高的壓應(yīng)力下，這樣在翅片軋制后其復(fù)合力就明顯下降。

　　本發(fā)明的目的是提供一種熱交換器用雙金屬復(fù)合翅片管，它既具有銅-鋁翅片管那樣良好的傳熱特性，又有鈦材的優(yōu)良耐蝕性，而制造成本要比純鈦管便宜;本發(fā)明的另一個(gè)目的是提出一種由熱膨脹系數(shù)差別較大的兩種金屬(鈦-鋁)構(gòu)成的雙金屬復(fù)合翅片管的制造工藝，采用這種工藝，復(fù)合層能保持較高的復(fù)合力，從而具有良好的傳熱特性。

　　本發(fā)明為一種雙金屬復(fù)合管，由內(nèi)層鈦管，外層鋁質(zhì)翅片管構(gòu)成。作熱交換器傳熱元件用，其實(shí)質(zhì)是內(nèi)層為耐蝕性優(yōu)良的鈦管，因而該傳熱元件用于污染的冷卻介質(zhì)中時(shí)不產(chǎn)生由于應(yīng)力腐蝕造成的開裂，泄漏現(xiàn)象，可延長使用壽命。

　　本發(fā)明提出一種鈦-鋁復(fù)合翅片管的制造工藝，其工藝流程為來料檢驗(yàn)-鋁管打頭-清洗-校直-冷拔-復(fù)合-切頭-清洗-退火-校直-軋制翅片-清洗-定尺-包裝。

　　該工藝的實(shí)質(zhì)是使復(fù)合介面維持高的復(fù)合力，從而減小復(fù)合層的熱阻，提高傳熱元件的傳熱效率，其關(guān)鍵措施是(1)復(fù)合管坯在軋制翅片前進(jìn)行退火熱處理，熱處理?xiàng)l件溫度200-400℃，時(shí)間1～2小時(shí)。

　　(2)采用軋輥上裝有不同外徑的刀片的軋機(jī)軋制翅片，通過調(diào)整刀片外徑和角度，不同外徑的刀片產(chǎn)生不同的線速度，使復(fù)合管坯受到一個(gè)附加的“扭曲”應(yīng)力。從而避免復(fù)合管坯在軋翅時(shí)復(fù)合力的下降，軋輥數(shù)為3，刀片數(shù)9～23，刀片外徑80-66毫米。

　　發(fā)明詳細(xì)敘述如下鈦-鋁復(fù)合翅片管圖1為鈦-鋁復(fù)合翅片管，縱剖視圖。

　　由內(nèi)層鈦管1，外層鋁翅片管2構(gòu)成。

　　鈦-鋁復(fù)合翅片管制造工藝(按制造工序順次)1、來料檢驗(yàn)鈦管質(zhì)量應(yīng)符合“冷凝管用無縫鈦管”國家標(biāo)準(zhǔn)要求，管材表面無嚴(yán)重擦傷、劃傷;鋁管表面，在低倍金相顯微鏡下觀察時(shí)不得有疏松、裂紋、減層、縮尾、夾渣，及金屬間化合物和粗大的光亮結(jié)晶，以免翅片產(chǎn)生開裂等現(xiàn)象，復(fù)合前鋁管外徑按經(jīng)驗(yàn)推導(dǎo)，一般比復(fù)合后的鋁管截面積大10-15%。

　　2、鋁管打頭，供拉撥夾鉗。

　　3、為保證復(fù)合牢固，鈦管和鋁管復(fù)合表面應(yīng)無灰塵和油污，用YB-5清洗劑配制成5%水溶液清洗，然后立即在60℃水中沖洗干凈。

　　4、校直機(jī)校直。

　　5、在一般冷拔機(jī)上冷拔復(fù)合成鈦-鋁復(fù)合管坯，拉拔時(shí)鋁管和鈦管的外徑斷面減小率分別為11-15%和1-3%，復(fù)合速度4-10米/分，潤滑劑汽缸油。

　　6、復(fù)合管坯切頭、清洗7、復(fù)合管坯退火熱處理該工序是使翅片管具有高的復(fù)合力的關(guān)鍵措施之一，是作用是①消除冷拔過程中晶粒長大，避免復(fù)合管因時(shí)效現(xiàn)象而產(chǎn)生的復(fù)合力明顯下降，②利用內(nèi)管(鈦)具有較大加工回彈性特點(diǎn)，提高復(fù)合層的復(fù)合力，熱處理?xiàng)l件溫度200-400℃，時(shí)間1～2小時(shí)，真空氣氛8、管坯校直9、軋制翅片該工序?yàn)殁?鋁復(fù)合翅片管制造工藝的關(guān)鍵之一，翅片軋制在冷軋機(jī)上進(jìn)行，每一軋輥上裝有直徑不同的刀片，圖2為三輥軋機(jī)軋制翅片示意圖。設(shè)備由動(dòng)力電機(jī)供給，經(jīng)變速傳遞給三根互為120°的軋輥，軋輥上裝有三組刀片，復(fù)合管坯受刀片切向力作用而螺旋運(yùn)動(dòng)，隨著刀片逐漸壓入，迫使金屬進(jìn)入塑性狀態(tài)，并強(qiáng)迫金屬沿著刀片的二側(cè)面向上流動(dòng)，刀片的設(shè)計(jì)是將變形量逐步分配在各把刀片上，因此管坯在軋輥?zhàn)饔孟伦髀菪\(yùn)動(dòng)前進(jìn)，經(jīng)過刀片組，即形成產(chǎn)品所要求的翅片。

　　軋翅成形的主要因素(1)刀片與金屬接觸的摩擦系統(tǒng)，當(dāng)軋制時(shí)潤滑不足或刀片光潔度較差時(shí)，金屬向翅高方向流動(dòng)阻力增大，造成金屬的表層有明顯的粘滯區(qū)，從而使翅片高度軋制不足，外形呈多邊形，嚴(yán)重情況，會(huì)使復(fù)合層完全松馳。為此，管坯表面應(yīng)涂潤滑脂，并使用乳化油冷卻潤滑，同時(shí)保證刀片光潔度△。以上;(2)軋制刀片的調(diào)整要使管坯在經(jīng)過軋輥后逐步軋制成形刀片在調(diào)整時(shí)，三根軋輥上相應(yīng)同一號(hào)刀片要調(diào)整到同一條螺旋線上，其螺距應(yīng)與翅片管螺距一致，并且三根軋輥中心相對于中心線應(yīng)偏同一角度，這個(gè)角度的數(shù)值應(yīng)與翅片管中徑的螺旋角一致(近似標(biāo)法)，各組刀片間隙應(yīng)保持一致，從而保證管坯螺旋角按下式計(jì)算tgα＝ (t)/(πD2) ，式中α-螺旋角，t-螺距，D2-翅片管中徑;(3)管坯尺寸軋制前管坯外徑由產(chǎn)品規(guī)格確定，根據(jù)塑性變形體積不變原理，管坯外徑可按下式計(jì)算d =Vt ×π4+D21×(1 + μ )]]>式中d-管坯外徑，D1-產(chǎn)品翅片底徑，V-翅片體積，t-翅片螺距，μ-延伸系數(shù)。

　　V＝ (πh)/4 〔2(B+b)D1+ 8/3 hB+ 4/3 hb〕+πr2D1(2- (π)/2 )式中 h-翅片高度，B-翅片根部寬度，b-翅片頂部寬度，r-翅片根部園弧半徑。

　　10、*后，翅片管經(jīng)清洗、定尺、包裝。

　　用本工藝制造的鈦-鋁復(fù)合翅片管，用秦山污染海水作耐應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)，經(jīng)恒載荷、恒變形和慢應(yīng)變率試驗(yàn)二個(gè)月，不發(fā)生應(yīng)力腐蝕，應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)條件介質(zhì)成份原始秦山海水(Cl

　　5996PPM，PH8.37，導(dǎo)電率16.0×103MV/cm)，再外加NaCl、NaS、NH4Cl，配制成含NaCl 3.5%，S.1Mg/L，NH+42mg/L水溶液，*終PH＝7.6;試驗(yàn)溫度50℃(燈芯試驗(yàn)試樣，表面溫度為100±10℃)，試驗(yàn)方法橫向加力。

　　在翅片管幾何尺寸、冷熱流體條件相同的條件下，對鈦-鋁復(fù)合翅片管與銅-鋁復(fù)合翅片管作了傳熱特性對比試驗(yàn)，試驗(yàn)表明鈦-鋁翅片管具有銅-鋁翅片管同樣的良好傳熱特性。

　　傳熱特性對比試驗(yàn)鈦-鋁復(fù)合翅片管 銅-鋁復(fù)合翅片管肋管外徑(毫米) 43.93 43.38基管外徑(毫米) 24.73 24.94內(nèi)管內(nèi)徑(毫米) 19.1 18.44鋁管壁厚(毫米) 2.02 2.25內(nèi)管壁厚(毫米) 0.8 1.0復(fù)合力(kg/cm2) 50 16傳熱系數(shù)-Kl 17.5u0.48∞15.5u0.48∞生產(chǎn)單位 上海異型鋼管廠 上海電機(jī)廠試件長度582毫米，平均翅片厚0.45毫米，翅片間距2.5毫米。

　　該鈦-鋁復(fù)合翅片管用于電站冷卻器中，可以避免應(yīng)力腐蝕產(chǎn)生的內(nèi)管開裂，泄漏，不但可確保安全發(fā)電，而且可省去停產(chǎn)、換管、維修等大量費(fèi)用和時(shí)間。也可作為熱交換器用傳熱元件。用于石油、化工、船舶等領(lǐng)域。

　　圖1為鈦-鋁復(fù)合翅片管縱剖視圖其中 1-內(nèi)層鈦管，2-外層鋁翅片管圖2為三輥軋機(jī)軋制翅片示意圖。其中，3-復(fù)合管坯，4-軋輥軸，5-刀片，6、翅片管，7-鍵。

　　實(shí)施例內(nèi)管鈦管(AT2)，外徑φ21mm，壁厚0.8mm，外管鋁管(L2)，外徑φ33mm，壁厚5mm，鋁管打頭，然后將鋁管、鈦管清洗、校直后，于拉拔機(jī)上冷拉復(fù)合，拉拔速度6米/分。

　　模具孔徑φ31mm 道次1次得到鈦-鋁復(fù)合管坯，外徑為31mm，經(jīng)切頭，清洗后，于真空爐內(nèi)退火熱處理，300℃保溫1小時(shí)，此時(shí)復(fù)合管坯的復(fù)合力為173kg/cm2，經(jīng)校直后，在三輥輥機(jī)上軋翅，軋制刀片每組23把，刀片外徑φ80～86mm*終得到翅片管尺寸外徑44mm，翅高10mm，翅距2.5mm，內(nèi)孔19.4mm，復(fù)合力143kg/cm2。

　　權(quán)利要求

　　1.一種雙金屬復(fù)合管，外層為鋁質(zhì)翅片管，其特征是內(nèi)層為鈦管。

　　2.鈦-鋁復(fù)合翅管的制造工藝，包括來料檢驗(yàn)，鋁管打頭、清洗、校直、冷拔復(fù)合，切頭、定尺，其特征在于(1)復(fù)合管坯在軋制翅片前進(jìn)行退火熱處理，熱處理?xiàng)l件為溫度200-400℃，時(shí)間1～2小時(shí)。(2)采用軋輥上裝有不同外徑的刀片的軋機(jī)軋制翅片。

　　3.按照權(quán)利要求

　　2所述工藝，軋輥數(shù)為3。

　　4.按照權(quán)利要求

　　2或3所述工藝，每一軋輥上裝有9～23把刀片。

　　5.按照權(quán)利要求

　　2或3或4所述工藝，刀片的外徑為80～86毫米。

　　專利摘要

　　熱交換器用鈦—鋁雙金屬復(fù)合翅片管及其制造工藝，內(nèi)層為鈦管，外層為鋁翅片管，用冷拔法制得的鈦—鋁復(fù)合管坯，經(jīng)200—400℃，1～2小時(shí)真空熱處理，用軋輥上裝有不同直徑刀片的軋機(jī)軋制翅片，刀片直徑80～86毫米，刀片數(shù)9～23巴，具有銅—鋁復(fù)合翅片管一樣良好的導(dǎo)熱性能和純鈦的耐蝕性能，可用作使用腐蝕性介質(zhì)的熱交換器的傳熱元件，延長熱交換器使用壽命。

　　文檔編號(hào)B21D53/06GKSQ

　　公開日1988年7月6日 申請日期1986年12月13日

　　***顧一新, 蔡維江 申請人:上海異型鋼管廠導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan