CN112872576A - 一种管棒状金属余料重复再利用的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种管棒状金属余料重复再利用的方法，属于余料重复利用技术领域。本发明将金属棒材余料或金属管材余料的端面处理平齐，使端面平齐后的金属棒材余料或金属管材余料头尾端面相接进行摩擦焊接，直至得到可以重复再利用的材料；其中，各金属棒材余料的外径相同；各金属管材余料的外径相同且壁厚也相同。本发明将长度不能满足实际生产的金属余料，采用摩擦焊接的方式相连进行再加工，实现了金属余料的有效利用，且本发明的方法工艺简单、成本较低，能够显著降低能耗。
Description
技术领域
本发明涉及余料重复利用技术领域，尤其涉及一种管棒状金属余料重复再利用的方法。
背景技术
金属材料在生产加工过程中不可避免地会产生余料，这些余料由于长度不能满足后期加工要求，从而失去利用价值。特别是有些金属材料资源稀缺、价格昂贵，余料越多，生产成本越高。目前金属余料的处理方式是回收重熔再加工，回收再加工过程复杂、工序长，材料又经过了一次熔炼+塑性加工的过程，造成能源的浪费。
发明内容
本发明的目的在于提供一种管棒状金属余料重复再利用的方法，实现了金属余料的有效利用，且工艺简单、成本较低，具有节能降耗的优点。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种管棒状金属余料重复再利用的方法，包括以下步骤：将金属棒材余料或金属管材余料的端面处理平齐，使端面平齐后的金属棒材余料或金属管材余料头尾端面相接进行摩擦焊接，直至得到可以重复再利用的材料；其中，各金属棒材余料的外径相同；各金属管材余料的外径相同且壁厚也相同。
优选的，所述摩擦焊接的主轴转速独立为600～1000rpm，摩擦压力独立为3～50MPa，摩擦加压时间独立为0.5～10.0s，摩擦变形量独立为2.0～11.0mm，顶锻压力独立为5～70MPa，顶锻加压时间独立为1.0～5.0s，总变形量独立为4.0～14.0mm。
优选的，所述金属棒材余料或金属管材余料的材质为黑色金属或有色金属。
优选的，所述黑色金属为不锈钢或合金钢；所述有色金属为钛、钛合金、锆、锆合金、镍、镍合金、铌、铌合金、钽或钽合金。
优选的，所述金属棒材余料的外径为15mm～200mm。
优选的，所述金属管材余料的外径为10mm～219mm，壁厚为3mm～15mm。
优选的，所述金属棒材余料或金属管材余料的单支长度不小于150mm。
优选的，完成所述摩擦焊接后，还包括将焊缝处的飞边去除。
本发明提供了一种管棒状金属余料重复再利用的方法，包括以下步骤：将金属棒材余料或金属管材余料的端面处理平齐，使端面平齐后的金属棒材余料或金属管材余料头尾端面相接进行摩擦焊接，直至得到可以重复再利用的材料；其中，各金属棒材余料的外径相同；各金属管材余料的外径相同且壁厚也相同。
本发明将长度不能满足实际生产的金属余料，采用摩擦焊接的方式相连进行再加工，实现了金属余料的有效利用，且本发明的方法工艺简单、成本较低，能够显著降低能耗。
具体实施方式
本发明提供了一种管棒状金属余料重复再利用的方法，包括以下步骤：将金属棒材余料或金属管材余料的端面处理平齐，使端面平齐后的金属棒材余料或金属管材余料头尾端面相接进行摩擦焊接，直至得到可以重复再利用的材料；其中，各金属棒材余料的外径相同；各金属管材余料的外径相同且壁厚也相同。
本发明将金属棒材余料或金属管材余料的端面处理平齐。
在本发明中，所述金属棒材余料或金属管材余料的单支长度优选不小于150mm。
在本发明中，所述金属棒材余料的形状优选为圆棒，所述金属棒材余料的外径优选为15mm～200mm，更优选为50～180mm，进一步优选为70～130mm。在本发明中，各金属棒材余料的外径相同，长度可以相同也可以不同，满足单支长度不小于150mm即可。
在本发明中，所述金属管材余料的外径优选为10mm～219mm，更优选为50～200mm，进一步优选为80～150mm；壁厚优选为3mm～15mm，更优选为5～12mm，进一步优选为7～10mm。在本发明中，各金属管材余料的外径相同且壁厚也相同。本发明将金属管材余料的外径控制在上述范围，一方面可以避免金属管材余料由于壁厚过小被夹具固定时产生变形，导致偏心失稳无法对齐焊接，另一方面还可以避免壁厚过大超出设备极限导致摩擦焊接无法进行。
在本发明中，所述金属棒材余料或金属管材余料的材质优选为黑色金属或有色金属。本发明对所述黑色金属没有任何特殊的限定，本领域熟知的黑色金属均可，具体的可以为但不局限于不锈钢或合金钢。本发明对所述有色金属没有任何特殊的限定，本领域熟知的有色金属均可，具体的可以为但不局限于钛、钛合金、锆、锆合金、镍、镍合金、铌、铌合金、钽或钽合金。在本发明的实施例中，所述有色金属具体为Inconel625镍基高温合金、TC4钛合金、R60702纯锆、TA18钛合金或Monel400镍铜合金；所述黑色金属具体为316L不锈钢。
本发明对端面处理的方式没有特殊要求，能够使得端面平齐即可，具体的可以为打磨或车床车平。
将金属棒材余料或金属管材余料的端面处理平齐后，本发明使端面平齐后的金属棒材余料或金属管材余料头尾端面相接进行摩擦焊接，直至得到可以重复再利用的材料。
在本发明中，所述摩擦焊接的主轴转速独立优选为600～1000rpm，更优选为700～900rpm，进一步优选为750～850rpm；摩擦压力独立优选为3～50MPa，更优选为10～40MPa，进一步优选为20～30MPa；摩擦加压时间独立优选为0.5～10.0s，更优选为2～8s，进一步优选为3～6s；摩擦变形量独立优选为2.0～11.0mm，更优选为4～10mm，进一步优选为6～8mm；顶锻压力独立优选为5～70MPa，更优选为10～60MPa，进一步优选为20～50MPa；顶锻加压时间独立优选为1.0～5.0s，更优选为2～4s，进一步优选为2.5～3.5s；总变形量独立优选为4.0～14.0mm，更优选为6～12mm，进一步优选为8～10mm。
本发明对摩擦焊接后的长度没有特殊要求，依据实际生产需求而定。
完成所述摩擦焊接后，本发明优选还包括将焊缝处的飞边去除。本发明对飞边去除的方式没有特殊要求，采用本领域熟知的去除方式即可，具体的可以为但不局限机加工或打磨。在本发明中，当摩擦焊接后的管材焊接内飞边不易去除时，本发明优选先将金属管状余料焊接至易去除焊接内飞边的长度后，再继续进行摩擦焊接。
本领域技术人员还可以根据实际需求对焊接后的材料选择性进行锻造、轧制或机加工，这里不再赘述。
下面结合实施例对本发明提供的管棒状金属余料重复再利用的方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
Inconel625镍基高温合金圆棒余料重复再利用的方法，具体步骤如下：
步骤一：选用直径为Φ15mm的Inconel625镍基高温合金圆棒余料，将圆棒余料的端面通过打磨的方式处理平齐，处理后的长度不小于150mm。
步骤二：采用摩擦焊接的方式对步骤一中处理平齐的圆棒余料依次进行头尾焊接。设定摩擦焊接参数，主轴转速：1000rpm，摩擦压力：10MPa，摩擦加压时间：5.0s，摩擦变形量：2.0mm，顶锻压力：30MPa，顶锻加压时间：2.0s，总变形量：4.0mm。
步骤三：采用打磨的方式去除焊缝处的焊接飞边，对去除焊接飞边后的棒料进行轧制，得到直径为Φ8mm的Inconel625镍基高温合金轧制棒材。经检验，棒材的力学性能和组织均能满足产品使用要求。室温力学性能如表1所示。
表1 Inconel625镍基高温合金圆棒余料室温力学性能
| 材料 | R<sub>m</sub>，MPa | R<sub>p0.2</sub>，MPa | A，％ |
| 焊缝区 | 1110 | 860 | 9 |
| 母体 | 1120 | 875 | 11 |
表1～表6中，Rm代表抗拉强度，Rp0.2代表塑性延伸强度，A代表断后伸长率。
实施例2
TC4钛合金圆棒余料重复再利用的方法，具体步骤如下：
步骤一：选用直径为Φ100mm的TC4钛合金圆棒余料，将圆棒余料的端面通过车床平齐，处理后的长度不小于150mm。
步骤二：采用摩擦焊接的方式对步骤一中处理平齐的圆棒余料依次进行头尾焊接。设定摩擦焊接参数，主轴转速：800rpm，摩擦压力：30MPa，摩擦加压时间：8.0s，摩擦变形量：3.0mm，顶锻压力：50MPa，顶锻加压时间：4.0s，总变形量：5.0mm。
步骤三：采用打磨的方式去除焊缝处的焊接飞边，对去除焊接飞边后的棒料进行精锻和轧制，得到直径Φ30mm的TC4轧制棒材。经检验，棒材的力学性能和组织均能达到使用新料生产的棒材的水平。室温力学性能见表2。
表2 TC4钛合金圆棒余料室温力学性能
| 材料 | R<sub>m</sub>，MPa | R<sub>p0.2</sub>，MPa | A，％ |
| 焊缝区 | 965 | 898 | 13.0 |
| 母体 | 968 | 905 | 14.0 |
实施例3
R60702纯锆圆棒余料重复再利用的方法，具体步骤如下：
步骤一：选用直径为Φ200mm的R60702纯锆圆棒余料，长度不小于150mm，将圆棒余料的端面通过车床平齐，处理后的长度不小于150mm。
步骤二：采用摩擦焊接的方式对步骤一中处理平齐的圆棒余料依次进行头尾焊接。设定摩擦焊接参数，主轴转速：600rpm，摩擦压力：50MPa，摩擦加压时间：10.0s，摩擦变形量：5.0mm，顶锻压力：70MPa，顶锻加压时间：5.0s，总变形量：7.0mm。
步骤三：采用机加的方式去除焊缝处的焊接飞边，对去除焊接飞边后的棒料进行精锻，得到直径为Φ55mm的R60702精锻棒材。经检验，棒材的力学性能和组织均能达到使用新料生产的棒材的水平。室温力学性能见表3。
表3 R60702纯锆圆棒余料室温力学性能
| 材料 | R<sub>m</sub>，MPa | R<sub>p0.2</sub>，MPa | A，％ |
| 焊缝区 | 456 | 259 | 26.0 |
| 母体 | 455 | 260 | 26.5 |
实施例4
TA18钛合金圆管余料重复再利用的方法，具体步骤如下：
步骤一：选用外径Φ10mm、壁厚为3mm的TA18钛合金圆管余料，将圆管的端面通过车床平齐，处理后的长度不小于150mm。
步骤二：采用摩擦焊接的方式对步骤一中处理平齐的圆管依次进行头尾焊接。设定摩擦焊接参数，主轴转速：900rpm，摩擦压力：3MPa，摩擦加压时间：0.5s，摩擦变形量：4.0mm，顶锻压力：5MPa，顶锻加压时间：1.0s，总变形量：6.0mm。
步骤三：采用扒皮、镗孔的方式去除管材焊缝处的内外焊接飞边，当摩擦焊接后的管材焊接内飞边不易去除时，可先将管材焊接至易去除焊接内飞边的长度后，再继续进行焊接。对去除焊接飞边后的圆管进行轧制，得到外径为Φ6mm、壁厚为1.5mm的TA18管材。经检验，管材的力学性能和组织均能达到使用新料生产的管材的水平。室温力学性能见表4。
表4 TA18钛合金圆管余料室温力学性能
| 材料 | R<sub>m</sub>，MPa | R<sub>p0.2</sub>，MPa | A，％ |
| 焊缝区 | 698 | 563 | 19.0 |
| 母体 | 705 | 569 | 21.5 |
实施例5
Monel400镍铜合金圆管余料重复再利用的方法，具体步骤如下：
步骤一：选用外径为Φ89mm、壁厚为8mm的Monel400镍铜合金圆管余料，长度不小于150mm，将圆管余料的端面通过车床平齐，处理后的长度应不小于150mm。
步骤二：采用摩擦焊接的方式对步骤一中处理平齐的圆管余料依次进行头尾焊接。设定摩擦焊接参数，主轴转速：850rpm，摩擦压力：5MPa，摩擦加压时间：1.2s，摩擦变形量：6.0mm，顶锻压力：10MPa，顶锻加压时间：1.5s，总变形量：8.5mm。
步骤三：采用扒皮、镗孔的方式去除管材焊缝处的内外焊接飞边，当摩擦焊接后的管材焊接内飞边不易去除时，可先将管材焊接至易去除焊接内飞边的长度后，再继续进行焊接。对去除焊接飞边后的圆管进行轧制，得到外径为Φ70mm、壁厚为4mm的Monel400镍铜合金管材。经检验，管材的力学性能和组织均能达到使用新料生产的管材的水平。
室温力学性能如表5所示。
表5 Monel400镍铜合金圆管余料室温力学性能
| 材料 | R<sub>m</sub>，MPa | R<sub>p0.2</sub>，MPa | A，％ |
| 焊缝区 | 479 | 171 | 33.5 |
| 母体 | 483 | 170 | 35.0 |
实施例6
316L不锈钢圆管余料重复再利用的方法，具体步骤如下：
步骤一：选用外径Φ219mm、壁厚为15mm的316L不锈钢圆管余料，将圆管余料的端面通过车床平齐，处理后的长度不小于150mm。
步骤二：采用摩擦焊接的方式对步骤一中处理平齐的圆管余料依次进行头尾焊接。设定摩擦焊接参数，主轴转速：650rpm，摩擦压力：8MPa，摩擦加压时间：2.0s，摩擦变形量：11.0mm，顶锻压力：15MPa，顶锻加压时间：3.0s，总变形量：14.0mm。
步骤三：采用扒皮、镗孔的方式去除管材焊缝处的内外焊接飞边，当摩擦焊接后的管材焊接内飞边不易去除时，可先将管材焊接至易去除焊接内飞边的长度后，再继续进行焊接。对去除焊接飞边后的圆管进行轧制，得到外径为Φ168mm、壁厚为5mm的316L不锈钢管材。经检验，管材的力学性能和组织均能达到使用新料生产的管材的水平。室温力学性能如表6所示。
表6 316L不锈钢圆管余料室温力学性能
| 材料 | R<sub>m</sub>，MPa | R<sub>p0.2</sub>，MPa | A，％ |
| 焊缝区 | 556 | 290 | 52 |
| 母体 | 561 | 293 | 55 |
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种管棒状金属余料重复再利用的方法，其特征在于，包括以下步骤：将金属棒材余料或金属管材余料的端面处理平齐，使端面平齐后的金属棒材余料或金属管材余料头尾端面相接进行摩擦焊接，直至得到可以重复再利用的材料；其中，各金属棒材余料的外径相同；各金属管材余料的外径相同且壁厚也相同。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述摩擦焊接的主轴转速独立为600～1000rpm，摩擦压力独立为3～50MPa，摩擦加压时间独立为0.5～10.0s，摩擦变形量独立为2.0～11.0mm，顶锻压力独立为5～70MPa，顶锻加压时间独立为1.0～5.0s，总变形量独立为4.0～14.0mm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属棒材余料或金属管材余料的材质为黑色金属或有色金属。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述黑色金属为不锈钢或合金钢；所述有色金属为钛、钛合金、锆、锆合金、镍、镍合金、铌、铌合金、钽或钽合金。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属棒材余料的外径为15mm～200mm。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属管材余料的外径为10mm～219mm，壁厚为3mm～15mm。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属棒材余料或金属管材余料的单支长度不小于150mm。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，完成所述摩擦焊接后，还包括将焊缝处的飞边去除。
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- 2021-01-18 CN CN202110060522.0A patent/CN112872576A/zh active Pending
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