贵金属管材管内酸洗设备的研制

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  摘 要:该项目研发了一种管材酸洗加工设备,采用酸洗腐蚀原理,精确控制酸液浓度及酸洗溶液在管道内的流速,可实现管材表面的酸洗精加工,解决了细长贵金属管内壁精加工难题,采用酸洗工艺代替机械加工工艺。
  关键词:管材、酸洗、溶液浓度、管内流速
  1.概述
  贵金属管材内部的加工通常用于航空航天等领域,此类材料主要是不锈钢、钛材、锆材等非常难加工且用腐蚀的方法也很难去除余量的材质。本文以钛材为研究对象,主要研究内流动酸洗的工艺、设备及酸残留问题的解决方案。
  2.工艺描述
  2.1 加工后应达到的要求
  酸铣量:0.127mm;氟残留:小于0.3011μg/cm2
  2.2主要工艺流程
  上料→进料→酸铣→滴液→清洗→滴液→出料→自干→下料。
  2.3工艺参数
  酸铣液成分:酸液由15%-25%的硝酸、3%-15%氢氟酸及水组成。
  酸铣时间:约10 min。
  清洗时间:约 3 min。
  酸铣量:0.127mm。
  2.4工艺过程描述
  整捆的管材用行车吊到上料架上,人工解捆,将管材均匀放置在上料架上。启动设备,分料装置自动将管材分开,送入输送链上。输送链分别将六根管材送入清洗室体后停止。夹管机构将管材夹住,固定在升降机构上;升降机构将管材抬起,脱离输送链;内孔喷嘴机构前伸套入管头。
  酸铣泵启动,酸液经内孔喷嘴喷入管内腔对管材进行酸铣,酸液从管材另一端流出,经接液盘流回盛酸槽。酸液不断经泵输入管材内,对管材内壁进行酸铣。
  通过管材检测装置实时检测管材壁厚,当酸铣量达到额定值时,发出电信号,控制系统自动关闭酸铣泵。接着,控制系统对升降架进行升降操作,将管材倾斜一定角度,并延时一定时间,让管材内的酸液顺利流出。控制系统再将升降架恢复到清洗状态。
  清洗泵启动,清洗电磁阀打开,清洗液通过清洗管路,再经喷嘴喷入管材进行清洗工作,同时布置在室体内的清洗喷嘴对管材外壁进行喷洗,除去管材内、外壁的残留酸洗液。延时清洗一段时间后,清洗工作完成。控制系统对升降架进行升降操作,将管材倾斜一定角度,并延时一定时间,让管材内的清洗液顺利流出。清洗液流回清洗槽,再排放到废水沟内。
  内孔喷嘴缩回,升降架下件,同时夹管机构松开,管材被放置在输送链上。输送链启动,依次将管材输入到收料架上。在收料架上对管材扎捆,然后用行车吊出。至此,一个工作循环完成。
  3.设备组成
  该设备主要上料装置、输送系统、清洗室体、槽体、收料架、操作踏板、排废气管路以及电气控制系统等组成。
  该设备主要上料装置、输送系统、清洗室体、提升装置、夹管装置、内孔喷嘴及移动装置、酸洗管路、清洗管路、厚度检测装置、收料架、排废气管路以及电气控制系统等组成。
  3.1上料部分
  上料部分由踏板架、踏板、上料架、分料机构组成。上料架上与管材接触的部位加垫PP板材,以便保护管材表面,避免损伤管材。上料架可以放置30根管材。上料架上设置隔料装置,隔料装置由电气控制,用气缸将管材依次分配到输送链上。
  3.2输送系统
  输送系统由驱动单元、传动装置、输送链条、链条托架等主要部分组成。输送链条带有链条附件,管材夹具固定在输送链条附件上。管材夹具采用PP材料制作。链条托架采用PP材料制作,防止酸液腐蚀。输送链速度(变频调速):2~5m/min
  3.3清洗室体
  清洗室体由室体骨架、槽体、上罩组成。室体骨架用SUS304不锈钢型材制作,槽体采用δ12mm优质PP板焊接成,槽体内腔份两半分别盛酸铣液和清洗液,由气缸控制导流机构,将酸铣液和清洗液分别导流到各自的盛液槽内。
  3.4提升装置
  提升装置有左、右支架、气缸、提升架等组成。
  左、右支架由SUS304不锈钢焊接而成,左右支架上悬挂有气缸,气缸带动提升架上下移动,或使提升架倾斜一定角度。提升架用PP板焊接而成,具有良好的耐腐蚀性。
  提升架上固定有管材支撑板,对于不同直径(φ31.75/φ17.88)的管材,可以选择不同的支撑板。
  3.5夹管装置
  夹管装置由气缸、钳口、滑块、滑轨、底板等组成。夹管装置固定在提升架上。采用不锈钢气缸,具有优良的耐腐蚀性。气缸固定角钢采用SUS304不锈钢板制作。钳口、滑轨、底板等均采用PP材料制作。
  3.6 内孔喷嘴及移动装置
  该部分由噴嘴、气缸、滑块、滑轨、底板等组成。内孔喷嘴固定在提升架上。气缸行程:100mm,采用不锈钢气缸,具有优良的耐腐蚀性。气缸固定角钢采用SUS304不锈钢板制作。喷嘴、滑轨、底板等均采用PP材料制作。
  3.7 酸铣管路
  由加液阀、酸铣泵、球阀、止回阀、管路组成。加液阀采用耐腐蚀电磁阀,酸铣泵采用高防腐耐酸泵,球阀和止回阀采用SUS316不锈钢阀门。主管道与酸铣喷嘴采用软管联接。
  3.8厚度检测装置
  由球阀、压力表、电磁阀、针阀、排放管路、超声波传感器、检测支架等组成。
  3.9排废气管路
  风管采用UPVC管材,并配PVC管件,密封连接,并有一定的坡向,不会产生漏水现场。排风量3000m3/h。排风风机为玻璃钢材质,配置酸雾净化塔,废气经过净化处理后高空排放。
  3.10 电气控制
  设备采用集中控制方式。用可编程序控制器(PLC)作为控制核心,嵌入式人机界面作为人机互动平台,用于监控和维修,整台设备的控制分为自动和手动两种方式。自动方式下,各设备根据PLC内部程序的设计按指令同步运行自动运行,运行的节拍可通过人机界面来调整;手动运行为全人工操作,各个设备可单独操作运行,便于检修。
  控制内容有:上料控制、输送机控制、升降装置控制、夹紧装置控制、水洗时间控制、厚度检测、水压检测、水泵及排风机控制等。
  输送机采用变频器进行无级调速。采用旋转编码器对输送机的步进进行精确控制。当夹紧装置没有松开或升降装置不在下降位时输送机禁止运转,输送机的上件和下件端均设有急停开关,输送机步进式运行,每间隔一定时间运行一次,每次前进一定的距离。
  酸洗泵、水洗泵由PLC控制,PLC发出指令开始喷洗。在酸洗过程中测厚仪自动检测管材厚度,当厚度到达设定值时停止酸洗并切换至水洗。
  4.设备运行测试
  酸洗线的氟残留是衡量酸洗质量的重要指标,如果氟残留过高,会对产品后期的性能有较大影响,在本项目中,用户要求氟残留应小于0.3011μg/cm2。设备建成后,我们采用Φ10×0.7mm管材对内酸洗后氟残留进行了检测,监测数据如下:
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