[发明专利]一种大直径铝合金管材的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝合金管材的的制备方法。

背景技术

在航空航天领域轻量化、高性能、低成本的发展趋势下，大直径铝合金管件需求逐渐增多，例如飞机进气道等。此类管件形状复杂，多为弯曲轴线变截面空心零件，对管材塑性要求较高；且管材直径多大于500mm，而壁厚仅为2～3mm。

铝合金管材传统成形工艺主要有以下三种：

1)热挤压法，目前国内最大的125MN挤压机(辽宁中旺集团)，最大也仅能生产直径＜620mm，壁厚＞8mm的铝合金管材，而且成形周期长，费用高，管材壁厚不均匀。

2)变薄旋压法，其原理是利用减薄壁厚的方法使短而厚的环坯长度伸长，从而得到薄壁长管件。当成形大直径铝合金管材时，主要存在着大直径厚壁环坯获取困难的问题。常用的旋压毛坯的制备方法如挤出法，受挤压机吨位的限制无法制备直径大于620mm的环坯；而采用铸造的方法，又存在铸件缺陷多，尤其对于航空航天使用较广的Al-Cu系合金，由于凝固温度范围大，铸造性能差，旋压废品率高，可靠性低。焊管也可用于制作旋坯，但很少利用铝合金焊管作为旋压坯料，这主要是因为铝合金在传统熔焊过程中极易氧化，生成的氧化铝(Al₂O₃)熔点高、非常稳定，不易去除，阻碍母材的熔化和熔合。此外，氧化膜的比重大，不易浮出表面，易生成夹渣、未熔合、未焊透等缺陷。铝板表面的氧化膜和吸附大量的水分，还易使焊缝产生气孔。铝合金的线膨胀系数约为碳素钢和低合金钢的两倍。铝凝固时的体积收缩率较大，焊件的变形和应力较大，铝焊接熔池凝固时容易产生缩孔、缩松、热裂纹及较高的内应力等问题。这些都导致了铝合金传统熔焊接头质量差，焊缝强度低，在旋压过程中，焊缝容易产生开裂等问题。尤其对于上述Al-Cu系合金(如2xxx铝合金)的大直径旋压环坯，焊接更加困难，可靠性更差。

此外，对于此类短而厚的大直径旋压环坯，旋压过程中内层坯料往往无法压透，导致坯料厚向各层应力状态不同，容易产生内部裂纹。同时短而厚的环坯往往需要较多的旋压道次；且道次间需要多次退火处理，生产率低、成本高。

3)卷焊法，生产成本低，壁厚均匀是生产大直径管材较好的方法。但对铝合金而言，同样存在上述熔焊接头质量差，缺陷多等问题，尤其是对Al-Cu系合金(如2xxx铝合金)，焊缝基本没有塑性变形能力，无法用于后续加工成形。

因此现有技术存在不能以低成本、高生产率制备管壁厚小于2mm、性能优越的大直径铝合金管材的问题。

发明内容

本发明要解决现有技术存在不能以低成本、高生产率制备管壁厚小于2mm、性能优越的大直径铝合金管材的问题，而提供一种大直径铝合金管材的制备方法。

一种大直径铝合金管材的制备方法，具体是按以下步骤完成的：一、下料：选择厚度为t₀铝合金轧制板，采用剪板机下料，得到长方形或者正方形铝合金轧制板；二、卷圆：利用卷板机将步骤一得到的长方形或者正方形铝合金轧制板进行卷圆，得到圆柱形管坯；三、装卡：采用夹具将步骤二得到的圆柱形管坯对接处装卡成宽度为20mm～Dmm的平面，且保证对接处的两端面对面完全对正、缝隙为10μm～100μm，即得到待焊管坯；四、焊接：采用搅拌摩擦焊的方法焊接步骤三得到待焊管坯的对接处，得到焊管；五、滚圆：将步骤四得到的焊管进行滚圆处理，得到圆柱形焊管；六、变薄旋压：采用变薄旋压方法将步骤五得到的圆柱形焊管的管壁厚度从t₀减薄至t，得到管壁厚度为t的圆柱形焊管，然后将管壁厚度为t的圆柱形焊管进行热处理，即得到大直径铝合金管材；步骤一中所述的厚度为t₀铝合金轧制板中t₀与步骤六中所述的管壁厚度为t的圆柱形焊管中t的关系为：t₀/t＝1.5～4；步骤三中所述的宽度为20mm～Dmm的平面中D为步骤二得到的圆柱形管坯的直径。