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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：
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：