CN102527768A - 一种铜包铝管的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铜铝复合管的制造方法，特别涉及一种铜包铝管的制造方法，所述方法步聚如下：第一步，将基体铝管的外表面、包覆铜带与基体铝管的接触面进行清理；第二步，用包覆铜带对基体铝管进行包覆成型，并对管成型后的铜带进行焊接；第三步，进行多道次直线拉伸，铜管内表面与粘附的铝在结合面处相互扩散，形成铜铝冶金结合层；第四步，通过感应线圈进行瞬时感应加热，感应加热温度为200℃～540℃，然后立即水冷，瞬时高温对铜铝冶金结合层进行加强，同时瞬时高温将铜管内表面上均匀粘附的铝与基体铝管焊合在一起，实现铝铝焊接，制得铜包铝管产品。本发明方法工艺合理，制造成本低；制造产品质量好，能实现铝铝焊接。

Description

一种铜包铝管的制造方法

技术领域

本发明涉及一种铜铝复合管的制造方法，特别涉及一种铜包铝管的制造方法，本发明属于金属管材加工制造技术领域。 

背景技术

纯铜及铜合金管性能十分优良，但是却存在着成本高和资源有限的问题，因此目前只有纯铜及铜合金管成本1/3的铜铝复合管越来越多地被使用，来替代纯铜及铜合金管。铜铝复合管有四种型式。第一种是中间为铜层、内外复合铝层的铜铝复合管；第二种是内面为铝层、外表面复合铜层的铜铝复合管，即铜包铝管；第三种是外面为铝层、内表面复合铜层的铜铝复合管，即铝包铜管，第四种是中间为铝层、内外复合铜层的铜铝复合管。在这四种铜铝复合管中，第二种铜包铝管可用作空调配管、连接管、弯头等，也可被用作射频电缆的内导体，在被用作内导体时，铜包铝管外表面的铜具有良好的导电性，高频信号的趋肤效应可以保证信号在外表面的铜层内传输，内壁的铝管仅起支撑的作用。这种铜包铝管重量轻、材料成本低，且耐蚀性、导热性以及机械性能等十分优良，是理想的纯铜及铜合金管替代产品，因而也是目前被广泛应用的一种铜铝复合管。但要制造出达到要求的铜包铝管难度却很大，这是因为铜的比重为8.9，熔点为1083℃，铝的比重为2.7，熔点为660℃，铜铝两种金属虽均为热与电的良导体，但铜铝二者的机械性能差距很大。与铝相比，铜的抗拉强度和延伸率高、塑性好。因此，这两种金属以上性能的差距使得加工该两种金属的复合管材在制造时有很大的难度，尤其是加工使该两种金属在界面上达到冶金结合的铜铝复合管的制造方法，难度更大。铜铝复合管界面的冶金结合非常重要，因为在使用中要对管材进行弯管、扩口和涨管等后续加工，铜铝冶金结合的界面可以保证在这种使用加工过程中不会产生铜铝界面的脱离和破损。另外，达不到冶金结合的铜铝复合管在退火过程中会产生起泡的现象，这种现象也是一种铜铝界面的脱离，任何铜铝界面的脱离都会影响产品的品质，都会产生严重的质量事故。 

在现有技术中，申请号为200610076037.8、公开日为2006年10月11日、公开号为CN1843646A、名称为《一种铜铝复合管材的制造方法及该方法制造的铜铝复合管材的中国专利，公开了一种制造铜铝复合铜管的制造方法，即采用行星轧管机对事先处理好的铝包铜管坯进行大压下量的轧制，单道次的断面收缩率为50%～95%，在轧制过程中，变形区的温度升至200℃～600℃，该方法可以实现铜铝之间的冶金结合，再经后道次的拉伸等处理，最终可以生产具有冶金结合的、符合要求的铝包铜管。这种方法利用行星轧机单道次大压下量的特性，可以一道次使铜铝界面达到冶金结合。但是这种制造方法却存在着如下严重缺陷：由于采用复杂的行星轧制技术，技术难度相当大，而且设备复杂，成本高；同时，由于行星轧机的特性，无法轧制超长管，无法制得特别大的单卷重量。例如，现有技术一般仅能达到50kg/卷左右，低的单卷重量大大降低了后道次拉拔的效率，同时也降低了产品的成材率，产品质量不稳定，这也造成了制造成本的增加；另外，该方法一般只适合于生产铝包铜管。 

在现有技术中，申请号为200710110417.3、公开日为2007年11月14日、公开号为CN101071662A、名称为《铜包铝线、铜包铝管生产工艺及其设备》的中国专利，公开了一种铜包铝线、铜包铝管的生产工艺，即采用包覆焊接的方法，把经过表面清理后的铝管和铜带包覆焊接成型，同时对包覆好的铜包铝管进行在线感应退火，再经后道次的拉伸，可生产出铜包铝线和铜包铝管。这种制造方法是采用包覆焊接的方法成型铜包铝管，并作随机在线退火和后道次的拉伸，但这种制造方法却存在着如下严重缺陷：由于拉伸的方法单道次压下量有限，造成结合面不牢固，而且传统的盘拉使管材是在受到很大拉力的情况下缠绕到盘体上，这种受力盘绕会使铜铝结合面有相互移动的趋势，从而降低了铜铝的结合强度，而且该专利采用先退火、后拉伸的工艺步骤，工艺不合理，存在固有的缺陷，因为铜铝复合管在包覆焊接步骤不会产生很大的硬化，真正的硬化是在拉拔以后产生，采用拉伸道次之前的退火，对管材起不到良好的退火软化作用。因此该制造方法制造铜包铝管存在着铜铝结合面不牢固、结合强度低、产品质量差、工艺不合理等缺陷。 

目前，找到在加工设备简化的情况下工艺流程短、设备投资少、冶金结合牢固的铜铝复合管的制造方法，成为本领域技术人员的攻关方向，也成为了一直难以解决的技术难题，人们迫切希望解决这一问题来满足对高质量、高性价比的铜包铝管市场的巨大需求。 

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供制造成本低、工艺合理、制造产品质量好、能实现铝铝焊接的一种新型的铜包铝管的制造方法。 

实现上述目的的技术方案是：一种铜包铝管的制造方法，所述方法制造铜包铝管的步聚如下： 

第一步，将基体铝管的外表面、包覆铜带与基体铝管的接触面进行清理，使基体铝管的外表面以及包覆铜带与基体铝管的接触面均露出新鲜金属表面；

第二步，用包覆铜带对基体铝管进行包覆成型，并对管成型后的铜带进行焊接，制得铜包铝复合管坯；

第三步，将上一步制得的铜包铝复合管坯进行多道次直线拉伸，使铜管内表面上均匀粘附有基体铝管上的铝，铜管内表面与粘附的铝在结合面处相互扩散，形成铜铝冶金结合层；

第四步，通过感应线圈进行瞬时感应加热，感应加热温度为200℃～540℃，然后立即水冷，瞬时高温对铜铝冶金结合层进行加强，同时瞬时高温将铜管内表面上均匀粘附的铝与基体铝管焊合在一起，实现铝铝焊接，使铜管内表面上粘附的铝与基体铝管在结合面处形成铝铝冶金结合层，铝铝之间为原子间金属键结合，制得铜包铝管产品。

进一步，第一步中所述的清理采用金属刷刷磨的清理方法。 

进一步，第二步中所述的焊接采用氩弧焊接的方法。 

进一步，第三步中所述的多道次直线拉伸为单台拉拔机的多道次直线拉伸，或者为多台拉拔机的串联直线拉伸。 

进一步，第四步中所述的感应加热时间小于1秒钟。 

进一步，第四步中所述的感应加热温度为400℃～540℃。 

采用上述技术方案的好处是：（1）工艺合理，制造成本低。本发明采用多道次直线拉伸，形成铜铝冶金结合层，并采用感应焊接方法使铝铝结合在一起，避免了传统工艺方法制造铜包铝管的多道次拉伸，工艺合理，使设备简化，设备投资少，工艺步骤少，工艺流程短，生产效率极高，制造成本低；（2）制造产品质量好，能实现铝铝焊接。本发明由于采用直线拉伸，允许道次延伸系数大，使得铜铝接触面上铜侧上能迅速粘附上均匀的铝，有力地促进了铜铝结合面的紧密结合，使铜铝冶金结合十分牢固可靠，结合强度高。更为重要的是本发明通过感应加热，使铜上的铝和基体铝管在感应加热的高温下，其相互压紧的新鲜金属表面发生铜铝间相互扩散形成牢固可靠的原子间金属键结合，本发明铜上粘附的铝和基体铝管两种材质相同，均为纯铝或均为铝合金，两种相同材质结合容易，结合质量好，通过感应加热，实现了铝铝焊接，结合强度高。通过本发明方法可制得优质、一体化的铜包铝管。因此采用本发明方法制得的铜包铝管，铜与铝之间的铜铝界面冶金结合质量非常好，铜铝结合面牢固可靠，机械性能等十分优良，产品质量好，性价比高。本发明方法制造的铜包铝管产品完全能满足在使用中对管材进行弯管、扩口和涨管等后续加工要求，高质量的铜铝冶金结合的界面保证了后续等加工过程中不会产生铜铝界面的脱离、破损、移动等现象的发生；（3）制造范围广，实现了大规格以及超长铜包铝管的制造。本发明由于采用直线拉伸，不但可以制造小管径的铜包铝管，还可以加工制造管径大于φ100mm的铜包铝管，实现了大规格铜包铝管的制造；同时本发明方法可制造出单根管材超长的铜包铝管，实现了超长铜钆铝管的制造；（4）重量轻。单位长度重量仅是铜管的43%左右，重量轻，给运输安装等带来极大的便利。 

本发明制造方法工艺合理、简单，制造成本低，铜铝冶金结合面好，铝铝冶金结合面牢固可靠，结合强度高，性能好，产品质量好，本发明方法制造的铜包铝管不但解决了人们一直无法解决的技术难题，而且满足了人们对高质量、高性价比的铜包铝管市场的巨大需求，完全可以替代现有的纯铜及铜合金管，是纯铜及铜合金管的理想替代产品。 

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的说明。 

实施例一 

一种铜包铝管的制造方法，所述方法制造铜包铝管步聚如下：

第一步，做为基体铝管的内管采用Ф30mm×2mm的3003挤压铝盘管，单根卷重600kg，包覆铜带选用厚度为0.45mm的紫铜带。将基体铝管的外表面采用金属刷刷磨的清理方法进行清理，还需将包覆铜带与基体铝管的接触面采用金属刷刷磨的清理方法进行清理，使基体铝管的外表面以及包覆铜带与基体铝管的接触面均露出新鲜金属表面；

第二步，用包覆铜带对基体铝管进行包覆成型，包覆成型采用常规焊管机组的包覆成型方法，并对管成型后的铜带进行氩弧焊接，即TIG焊接，制得铜包铝复合管坯；

第三步，将上一步制得的铜包铝复合管坯采用单台拉拔机进行多道次直线拉伸，使铜管内表面上均匀粘附有基体铝管上的铝，铜管内表面与粘附的铝在结合面处相互扩散，形成铜铝冶金结合层，直线拉拔在常温下进行，经5道次连续直线拉拔至15.88 mm×1mm；

第四步，通过感应线圈进行瞬时感应加热，感应加热时间为0.5秒钟，感应加热温度为300℃～540℃，然后立即水冷，瞬时高温对铜铝冶金结合层进行加强，使铜铝冶金结合牢固，同时瞬时高温将铜管内表面上均匀粘附的铝与基体铝管焊合在一起，实现铝铝焊接，使铜管内表面上粘附的铝与基体铝管在结合面处形成铝铝冶金结合层，铝铝之间为原子间金属键结合，制得铜包铝管产品。

实施例二 

一种铜包铝管的制造方法，所述方法制造铜包铝管步聚如下：

第一步，做为基体铝管的内管采用Ф100mm×5mm的纯铝挤压管，包覆铜带选用厚度为0.5mm的紫铜带。将基体铝管的外表面采用金属刷刷磨的清理方法进行清理，还需将包覆铜带与基体铝管的接触面采用金属刷刷磨的清理方法进行清理，使基体铝管的外表面以及包覆铜带与基体铝管的接触面均露出新鲜金属表面；

第二步，用包覆铜带对基体铝管进行包覆成型，包覆成型采用铜带被牵引过圆模的简易成型方法，并对管成型后的铜带进行氩弧焊接，即TIG焊接，制得铜包铝复合管坯；

第三步，将上一步制得的铜包铝复合管坯采用4台拉拔机的串联进行多道次直线拉伸，使铜管内表面上均匀粘附有基体铝管上的铝，铜管内表面与粘附的铝在结合面处相互扩散，形成铜铝冶金结合层，直线拉拔在常温下进行，经4道次连续直线拉拔至80 mm×3mm；

第四步，通过感应线圈进行瞬时感应加热，感应加热时间为0.7秒钟，感应加热温度为200℃～400℃，然后立即水冷，瞬时高温对铜铝冶金结合层进行加强，使铜铝冶金结合牢固，同时瞬时高温将铜管内表面上均匀粘附的铝与基体铝管焊合在一起，实现铝铝焊接，使铜管内表面上粘附的铝与基体铝管在结合面处形成铝铝冶金结合层，铝铝之间为原子间金属键结合，制得铜包铝管产品。

实施例三 

本实施例与实施例一基本相同，所述方法制造铜包铝管步聚中不同的是：

第三步中，是将第二步制得的铜包铝复合管坯采用5台拉拔机的串联进行多道次直线拉伸，经5道次连续直线拉拔至15.88 mm×1mm；

第四步中，通过感应线圈进行瞬时感应加热的感应加热时间为0.9秒钟，感应加热温度为200℃～300℃。

实施例四 

本实施例与实施例二基本相同，所述方法制造铜包铝管步聚中不同的是：

第三步中，是将第二步制得的铜包铝复合管坯采用单台拉拔机进行多道次直线拉伸，经4道次连续直线拉拔至80 mm×3mm；

第四步中，通过感应线圈进行瞬时感应加热的感应加热时间为0.3秒钟，感应加热温度为400℃～540℃。

实施例五 

本实施例与实施例一基本相同，所述方法制造铜包铝管步聚中不同的是：

第四步中，通过感应线圈进行瞬时感应加热的感应加热时间为0.6秒钟，感应加热温度为300℃～400℃。

实施例六 

本实施例与实施例二基本相同，所述方法制造铜包铝管步聚中不同的是：

第四步中，通过感应线圈进行瞬时感应加热的感应加热时间为0.8秒钟，感应加热温度为250℃～350℃。

除上述实施例外，本发明制造的铜包铝管适用范围很广，不限于上述实施例中的规格。本发明第二步中的焊接采用氩弧焊效果最佳。本发明第三步中进行多道次直线拉伸时，可根据需要选择用多少道次进行直线拉伸，直线拉拔是在常温下进行的，可以是单台直拉机多次拉拔，也可以是多台直线拉拔机串联构成的多道次的连续直线拉拔，铜包铝管在通过拉拔模时会产生一定的变形热，该热量有助于铜铝间的相互扩散，有助于在铜带上粘附均匀的铝层，多道次连续直线拉拔时，这种热量会产生累加效应。在第四步中，由于铜铝间在高温下会生成铜铝间金属化合物CuAl₂，因此加热温度不能超过548℃，但低于200℃又不能使铜带上的铝与铝管之间实现焊接，因此第四步中感应加热温度设置为200℃～540℃，除上述实施例外，感应加热温度还可选用200℃～540℃的其它数值，而当感应加热温度为400℃～540℃时为最佳。感应加热要求瞬时完成，然后立即冷却，否则铜铝间就可能生成脆性的金属化合物，感应加热在1秒内完成效果最佳。本发明中所述的基体铝管材质为纯铝或铝合金，包覆铜带材质为纯铜或铜合金。 

本发明不限于上述实施例，凡采用等同替换或等效替换形成的技术方案均属于本发明要求保护的范围。 

Claims (6)

1.一种铜包铝管的制造方法，其特征在于所述方法制造铜包铝管的步聚如下：

第一步，将基体铝管的外表面、包覆铜带与基体铝管的接触面进行清理，使基体铝管的外表面以及包覆铜带与基体铝管的接触面均露出新鲜金属表面；

第二步，用包覆铜带对基体铝管进行包覆成型，并对管成型后的铜带进行焊接，制得铜包铝复合管坯；

第三步，将上一步制得的铜包铝复合管坯进行多道次直线拉伸，使铜管内表面上均匀粘附有基体铝管上的铝，铜管内表面与粘附的铝在结合面处相互扩散，形成铜铝冶金结合层；

第四步，通过感应线圈进行瞬时感应加热，感应加热温度为200℃～540℃，然后立即水冷，瞬时高温对铜铝冶金结合层进行加强，同时瞬时高温将铜管内表面上均匀粘附的铝与基体铝管焊合在一起，实现铝铝焊接，使铜管内表面上粘附的铝与基体铝管在结合面处形成铝铝冶金结合层，铝铝之间为原子间金属键结合，制得铜包铝管产品。

2.根据权利要求1所述的一种铜包铝管的制造方法，其特征在于：第一步中所述的清理采用金属刷刷磨的清理方法。

3.根据权利要求1所述的一种铜包铝管的制造方法，其特征在于：第二步中所述的焊接采用氩弧焊接的方法。

4.根据权利要求1所述的一种铜包铝管的制造方法，其特征在于：第三步中所述的多道次直线拉伸为单台拉拔机的多道次直线拉伸，或者为多台拉拔机的串联直线拉伸。

5.根据权利要求1所述的一种铜包铝管的制造方法，其特征在于：第四步中所述的感应加热时间小于1秒钟。

6.根据权利要求1所述的一种铜包铝管的制造方法，其特征在于：第四步中所述的感应加热温度为400℃～540℃。