黃冬平+王了遼+董彩厚+張增旺
摘 要:該項目研發了一種管材酸洗加工設備,采用酸洗腐蝕原理,精確控制酸液濃度及酸洗溶液在管道內的流速,可實現管材表面的酸洗精加工,解決了細長貴金屬管內壁精加工難題,采用酸洗工藝代替機械加工工藝。
關鍵詞:管材、酸洗、溶液濃度、管內流速
1.概述
貴金屬管材內部的加工通常用于航空航天等領域,此類材料主要是不銹鋼、鈦材、鋯材等非常難加工且用腐蝕的方法也很難去除余量的材質。本文以鈦材為研究對象,主要研究內流動酸洗的工藝、設備及酸殘留問題的解決方案。
2.工藝描述
2.1 加工后應達到的要求
酸銑量:0.127mm;氟殘留:小于0.3011μg/cm2
2.2主要工藝流程
上料→進料→酸銑→滴液→清洗→滴液→出料→自干→下料。
2.3工藝參數
酸銑液成分:酸液由15%-25%的硝酸、3%-15%氫氟酸及水組成。
酸銑時間:約10 min。
清洗時間:約 3 min。
酸銑量:0.127mm。
2.4工藝過程描述
整捆的管材用行車吊到上料架上,人工解捆,將管材均勻放置在上料架上。啟動設備,分料裝置自動將管材分開,送入輸送鏈上。輸送鏈分別將六根管材送入清洗室體后停止。夾管機構將管材夾住,固定在升降機構上;升降機構將管材抬起,脫離輸送鏈;內孔噴嘴機構前伸套入管頭。
酸銑泵啟動,酸液經內孔噴嘴噴入管內腔對管材進行酸銑,酸液從管材另一端流出,經接液盤流回盛酸槽。酸液不斷經泵輸入管材內,對管材內壁進行酸銑。
通過管材檢測裝置實時檢測管材壁厚,當酸銑量達到額定值時,發出電信號,控制系統自動關閉酸銑泵。接著,控制系統對升降架進行升降操作,將管材傾斜一定角度,并延時一定時間,讓管材內的酸液順利流出。控制系統再將升降架恢復到清洗狀態。
清洗泵啟動,清洗電磁閥打開,清洗液通過清洗管路,再經噴嘴噴入管材進行清洗工作,同時布置在室體內的清洗噴嘴對管材外壁進行噴洗,除去管材內、外壁的殘留酸洗液。延時清洗一段時間后,清洗工作完成。控制系統對升降架進行升降操作,將管材傾斜一定角度,并延時一定時間,讓管材內的清洗液順利流出。清洗液流回清洗槽,再排放到廢水溝內。
內孔噴嘴縮回,升降架下件,同時夾管機構松開,管材被放置在輸送鏈上。輸送鏈啟動,依次將管材輸入到收料架上。在收料架上對管材扎捆,然后用行車吊出。至此,一個工作循環完成。
3.設備組成
該設備主要上料裝置、輸送系統、清洗室體、槽體、收料架、操作踏板、排廢氣管路以及電氣控制系統等組成。
該設備主要上料裝置、輸送系統、清洗室體、提升裝置、夾管裝置、內孔噴嘴及移動裝置、酸洗管路、清洗管路、厚度檢測裝置、收料架、排廢氣管路以及電氣控制系統等組成。
3.1上料部分
上料部分由踏板架、踏板、上料架、分料機構組成。上料架上與管材接觸的部位加墊PP板材,以便保護管材表面,避免損傷管材。上料架可以放置30根管材。上料架上設置隔料裝置,隔料裝置由電氣控制,用氣缸將管材依次分配到輸送鏈上。
3.2輸送系統
輸送系統由驅動單元、傳動裝置、輸送鏈條、鏈條托架等主要部分組成。輸送鏈條帶有鏈條附件,管材夾具固定在輸送鏈條附件上。管材夾具采用PP材料制作。鏈條托架采用PP材料制作,防止酸液腐蝕。輸送鏈速度(變頻調速):2~5m/min
3.3清洗室體
清洗室體由室體骨架、槽體、上罩組成。室體骨架用SUS304不銹鋼型材制作,槽體采用δ12mm優質PP板焊接成,槽體內腔份兩半分別盛酸銑液和清洗液,由氣缸控制導流機構,將酸銑液和清洗液分別導流到各自的盛液槽內。
3.4提升裝置
提升裝置有左、右支架、氣缸、提升架等組成。
左、右支架由SUS304不銹鋼焊接而成,左右支架上懸掛有氣缸,氣缸帶動提升架上下移動,或使提升架傾斜一定角度。提升架用PP板焊接而成,具有良好的耐腐蝕性。
提升架上固定有管材支撐板,對于不同直徑(φ31.75/φ17.88)的管材,可以選擇不同的支撐板。
3.5夾管裝置
夾管裝置由氣缸、鉗口、滑塊、滑軌、底板等組成。夾管裝置固定在提升架上。采用不銹鋼氣缸,具有優良的耐腐蝕性。氣缸固定角鋼采用SUS304不銹鋼板制作。鉗口、滑軌、底板等均采用PP材料制作。
3.6 內孔噴嘴及移動裝置
該部分由噴嘴、氣缸、滑塊、滑軌、底板等組成。內孔噴嘴固定在提升架上。氣缸行程:100mm,采用不銹鋼氣缸,具有優良的耐腐蝕性。氣缸固定角鋼采用SUS304不銹鋼板制作。噴嘴、滑軌、底板等均采用PP材料制作。
3.7 酸銑管路
由加液閥、酸銑泵、球閥、止回閥、管路組成。加液閥采用耐腐蝕電磁閥,酸銑泵采用高防腐耐酸泵,球閥和止回閥采用SUS316不銹鋼閥門。主管道與酸銑噴嘴采用軟管聯接。
3.8厚度檢測裝置
由球閥、壓力表、電磁閥、針閥、排放管路、超聲波傳感器、檢測支架等組成。
3.9排廢氣管路
風管采用UPVC管材,并配PVC管件,密封連接,并有一定的坡向,不會產生漏水現場。排風量3000m3/h。排風風機為玻璃鋼材質,配置酸霧凈化塔,廢氣經過凈化處理后高空排放。
3.10 電氣控制
設備采用集中控制方式。用可編程序控制器(PLC)作為控制核心,嵌入式人機界面作為人機互動平臺,用于監控和維修,整臺設備的控制分為自動和手動兩種方式。自動方式下,各設備根據PLC內部程序的設計按指令同步運行自動運行,運行的節拍可通過人機界面來調整;手動運行為全人工操作,各個設備可單獨操作運行,便于檢修。
控制內容有:上料控制、輸送機控制、升降裝置控制、夾緊裝置控制、水洗時間控制、厚度檢測、水壓檢測、水泵及排風機控制等。
輸送機采用變頻器進行無級調速。采用旋轉編碼器對輸送機的步進進行精確控制。當夾緊裝置沒有松開或升降裝置不在下降位時輸送機禁止運轉,輸送機的上件和下件端均設有急停開關,輸送機步進式運行,每間隔一定時間運行一次,每次前進一定的距離。
酸洗泵、水洗泵由PLC控制,PLC發出指令開始噴洗。在酸洗過程中測厚儀自動檢測管材厚度,當厚度到達設定值時停止酸洗并切換至水洗。
4.設備運行測試
酸洗線的氟殘留是衡量酸洗質量的重要指標,如果氟殘留過高,會對產品后期的性能有較大影響,在本項目中,用戶要求氟殘留應小于0.3011μg/cm2。設備建成后,我們采用Φ10×0.7mm管材對內酸洗后氟殘留進行了檢測,監測數據如下: