貴金屬管材管內酸洗設備的研制

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：