无缝内螺纹铜管生产及其过程质量控制.doc

中色奥博特铜铝业有限公司无缝内螺纹铜管生产及其过程质量控制冯成桂，黑红娟，任喆，靳亚南，宋太斌【摘要】本文阐述了无缝内螺纹铜管生产工艺流程及其质量标准，论述了无缝内螺纹铜管生产的关键质量控制环节及工艺措施，提出了无缝内螺纹铜管产品、生产技术和装备的发展方向。【关键词】无缝内螺纹铜管，质量控制一、无缝内螺纹铜管生产工艺流程以及质量标准无缝内螺纹铜管是空调器生产的主要耗材之一，是空调器制冷剂流通的金色血脉，具有节材、高效、节能、环保的特性。无缝内螺纹铜管做为目前应用量最大的高精密铜管产品，今后随着空调制冷行业新技术、新工艺的不断发展，围绕不断提高换热效率、节能节材的核心目标，新型高效内螺纹管品种将不断优化，应用将越来越普及。目前，国内无缝内螺纹铜管生产企业普遍采用了铸轧+钢球高速旋压为主体的无缝内螺纹铜管生产工艺流程。中色奥博特铜铝业有限公司隶属于中国有色矿业集团，是国内知名的高精度无缝内螺纹铜管生产企业之一，生产的“奥”牌高精度无缝内螺纹铜管被评为中国名牌产品并通过了中国有色金属产品实物质量认定，具有较高的知名度和美誉度，目前已经同格力、美的、海信、志高、奥克斯等国内著名的制冷空调生产企业建立了良好的合作关系。中色奥博特铜铝业有限公司采用自主研发的以在线连续感应退火为纽带的“高精度内螺纹铜管连续化”生产技术，结合国际流行的铸轧生产工艺，形成了水平连铸铣面行星轧制三联拉倒立式圆盘拉伸在线连续感应退火组合芯头钢球高速旋压成型精整复绕+全长无损检测光亮退火的无缝内螺纹铜管连续化生产技术，取消了热加工和中间退火工序，缩短了工艺流程，提高了生产效率和产品质量，真正实现了无缝内螺纹铜管生产的“节能、环保、高效”。我国2000年制定的YS/T4402001内螺纹铜管标准是世界第一个通用技术规范，2007根据国内外内螺纹铜管技术的发展，制定了GB/T20928-2007无缝内螺纹铜管，该标准是当前国际唯一的无缝内螺纹铜管产品标准，代表了我国内螺纹铜管生产的先进技术水平。我国内螺纹铜管技术标准的发展情况见表1，国内外内螺纹铜管技术指标对比情况见表2。表一：我国内螺纹铜管技术标准的发展表二：国内外内螺纹铜管技术指标对比二、无缝内螺纹铜管生产过程质量控制无缝内螺纹成型质量是高精内螺纹铜管生产技术的关键，也是影响产品品质及成品率等技术经济指标的重要因素，其质量控制涉及坯料制备、轧制、拉伸、退火、润滑、成型、成品精整复绕、质检等各个环节，需要严格、精密的工艺和全面的质量控制体系保证。各工序主要影响因素及控制工艺措施如下： 中色奥博特铜铝业有限公司选用无油、干燥、洁净的高纯阴极铜做原材料，采用熔化炉、保温炉一体化设计的水平连铸炉，铜液直接由熔化炉潜流进入保温炉，温度和成分更加均匀，避免了传统的熔化炉铜液经流槽过渡到保温炉时产生的吸气现象。铸造时彻底捞渣并作炉前分析，控制浇铸温度、浇铸速度、冷却水压力及流量，煅烧木炭有效覆盖熔体，减少夹灰夹杂、气孔、疏松等铸造缺陷产生，减少后工序出现断管、线伤、泄露、超点等质量缺陷的出现概率。采用拉停反退拉铸工艺及小节距高频率的拉铸原则，减少拉坯阻力，提高了铸坯的组织致密度。水平连铸工艺较传统的半连续铸造工艺，明显的减少了头尾切除的损失并改善了生产环境。采用旋转式铣削，一次铣削360 圆周，与国外铜管120圆周铣削工艺比较，减少了铣削次数，铣削后管坯表面光滑，无刀痕、偏心大、氧化皮、气孔等影响后工序加工的表面缺陷。采用经过特殊设计的铣刀，减轻了铣削痕迹，并减少了铣削表面损失。 铸坯铣净外表面氧化皮、气孔等缺陷后进入三辊行星轧机轧制。三辊行星轧制通过大于93%的大变形量， 使主变形区温度瞬时达到再结晶温度以上，随之急速冷却，实现轧制过程中的完全动态再结晶。采用高转速小截距的新型轧制工艺，轧制管坯纹路均匀，壁厚偏心度控制在0.35mm以内，晶粒均匀至0.0150.025mm。为了防止收卷过程产生严重的擦划伤、磕碰伤，摒弃了传统的水平收卷，轧制管坯采用上收卷并在收卷前涂油保护。三辊行星轧制工艺较传统的挤压冷轧工艺，缩短了工艺流程，取消了均匀化退火和热加工工序，工模具消耗少，运行和生产成本低，单重大，易连续化生产。为了避免行星轧制后的软态管坯在倒立式盘拉过程中产生磕碰伤并提高壁厚均匀一致性，设计了三联拉伸工艺，提高了制品的表面硬度，生产效率高，运行成本低。三连拉伸工艺采用大加工率直线拉拔，结合可调式模座设计和精矫直系统，可以有效的纠正管坯偏心，供坯偏心度（同一截面最大壁厚与最小壁厚之差）可以稳定的控制在0.15以内。目前，中色奥博特铜铝业有限公司三联拉伸供坯规格251.1，平均道次延伸系数达到了1.70，为目前国内最高效的三联拉伸供坯工艺。采用倒立式圆盘拉伸，结合可调式模座和科学合理的盘拉工艺、优质工模具，生产的内螺纹母管壁厚偏差可以稳定的控制在0.015 mm，为高精度内螺纹成型提供高质量的坯管。特殊设计的双模串联拉伸工艺，一道次实现两次拉伸变形，道次加工率高且减少了拉拔道次，减少了铜管表面与矫直辊、减震论、排料环、大盘、落料位置的摩擦，提高了铜管表面质量。采用在线连续感应退火，退火组织均匀细小，晶粒度可以稳定的控制在0.0100.015，抗拉强度均匀至5MPa以下，进一步提高了内螺纹成型的均匀性，缩短了内螺纹生产工艺流程；筐到筐供坯实现了大盘重生产，单筐坯管重量达到了1200，提高了成品率和生产效率。在线感应退火设备和工艺技术，简化了了工艺流程，取代了传统的“盘管精整复绕光亮退火”工艺，减少了擦划伤、磕碰伤以及头尾损失，明显降低了生产运行成本提高了劳动生产率，真正发挥了无缝内螺纹铜管短流程高效率生产工艺的纽带作用。坯管的机械性能达到所需要求，强度高塑性好，为后续的无缝内螺纹铜管成型提供了壁厚均匀、性能优良的优质管坯。采用履带式内螺纹成型设备，管材成直线进入收卷装置，无弯曲，压扁小，椭圆度小，适合9.52以下内螺纹铜管的生产。35000rpm高速电机，拉拔速度达到了90m/min，结合生产实践设计使用了剖分式旋压环、钢球、组合芯头高速旋压工艺和工模具，依据最小阻力原则优化了减径-旋压-定径各段变形区加工率的分配，成型后的内螺纹铜管齿型饱满美观，纹路均匀，外表面光滑。采用双卷曲复绕机，在线全长旋转式+穿过式复合涡流探伤，能对线状伤、划伤和点、坑等缺陷进行有效的检测，并对缺陷点进行不少于3/4圆周的深黑色喷墨覆盖，方便客户使用中剔除缺陷铜管，提高了质量保证能力，大大降低了无缝内螺纹铜管交付客户使用时扩口开裂、泄漏等缺陷的产生概率。采用辊底式连续退火炉在残氧量不大于5ppm的氮气保护气氛下对铜管进行退火热处理，高效循环风机和PLC加热控制系统保证退火温度均匀至5，机械性能和晶粒尺寸得到有效控制，外表面清洁光亮。稳定可靠的扩口式硬连接，结合入炉前的连接气密性试吹扫验证，确保保护气体连续有效内壁吹扫，保证内螺纹铜盘管内壁高清洁度，得到最佳的内表面质量，能够适用于新型制冷剂。内螺纹管成品退火后进行力学性能、晶粒度、清洁度、内壁残油、扩口、维氏硬度检测，充分保证其成品质量。 采用恒温包装间进行铜盘管的包装，严格控制包装间温湿度和包装材料的酸碱度、含水率，先进的包装工艺结合合理安全的储存、物流控制，避免铜盘管外表面氧化变色。特殊的无芯包装设计和使用，铜盘管单重超过了200，减少了客户上料的时间和频次，传统的悬挂式放卷变为水平放卷，方便了客户使用。三、无缝内螺纹铜管生产主要检测设备中色奥博特铜铝业有限公司配置了ARL3460光电直读光谱仪、万能拉力试验机对化学成分、力学性能、扩口性能进行有效地检测和控制；配置了金相显微镜、齿型检测仪、油份检测仪、旋转探伤仪、维氏硬度检测仪等先进的检测设备，对晶粒度、齿型参数、内壁残油量、缺陷点数、维氏硬度等进行监视和控制。四、无缝内螺纹铜管生产过程质量管理中色奥博特铜铝业有限公司通过了ISO9001质量管理体系和ISO14001环境管理体系认证。主要采用了下述质量管理方法：1、 统计分析表：统计产品不良原因，便于发现主要问题并采取措施来控制不合格的再发生。 2、因果分析图：以结果作特性，以原因作因素，发动大家集思广益查找主要原因，然后采取措施解决问题。3、 控制图：测定和监控过程质量的稳定性，突出了以预防为主的过程控制管理模式。对主要化学成分、母管偏心度、内螺纹铜管米克重、抗拉强度、断后伸长率等的控制使过程质量始终处于监控状态，较好地稳定了产品质量。五、无缝内螺纹铜管生产发展方向展望为进一步提高换热效率，内螺纹铜管趋向细径薄壁化，齿形向高齿、小齿顶角、大螺旋角方向发展，降低了空调两器用无缝内螺纹铜管的每米克重，提高了传热效率，具有显著节能、节材、高效传热的效果。中色奥博特铜铝业有限公司开发生产的5系列超细薄壁无缝内螺纹铜管产品，底壁厚减小到了0.20，每米克重减少到了34g，已经通过了美的、志高公司的试用，目前正在进一步推广中。近年来超高速电机技术发展迅速，采用超高速磁悬浮电机，可实现转轴的非接触旋转，旋转速度目前已经达到45000rpm，拉拔速度可以提高到120m/min。这种超高速电机对于拉制细径内螺纹铜管具有显著的技术优势，并可大幅度提高生产效率，是目前内螺纹成型装置发展的主要方向。无缝内螺纹铜管作为目前最大的高精密铜管产品，随着相关行业新技术、新工艺的不断发展，围绕不断提高换热效率、环保、节能节材的核心目标，相应的生产技术和装备将向着信息化、自动化、高速化发展，工艺流程将向着连续化、短流程方向发展，大坯重、高效率、低能耗、高成品率、无污染的生产方式将成为未来无缝内螺纹铜管生产技术及装备的发展主流。目前，中色奥博特铜铝业有限公司已经形成了10万吨高精度空调与制冷用无缝内螺纹铜管和6万吨高精铜板带的产能，铜管四期工程正在建设中，铜板带二期工程正在调试中。项目全部建成投产后，奥博特可形成30万吨的铜加工能力，其中