石油套管接箍加工工藝

1、石油套管接箍加工工藝關鍵詞: 石油套管接箍前言石油套管接箍是用來連接兩油管套管的必要工件。制造方法與無縫管相同，國內用j55 n80Q等特種鋼材制造。鋼管兩端車有內螺紋，以便與上下兩油管連接。為保證接頭處的密封性，對螺紋精度有較嚴格的要求。一、用途用于連接上下兩油管套管。二、種類國產(chǎn)油套管分為不加厚的石油套管接箍和兩端加厚的石油套管接箍。不加厚的又分為3 1/2” 5 1/2” 7 1/2”等，我們所講述的是不加厚5 1/2”油套管接箍的加工工藝。三、加工工序車端面車外圓鏜孔車內螺紋檢驗磷化四、規(guī)格及外觀質量1、規(guī)格按SY/T6194-96規(guī)定，通常長度(不定尺)為304mm 139mm 20

2、4mm等2、直徑153.5 140.5 136.5等3、外觀質量按標準規(guī)定接箍的內外表面不得有折疊、裂縫、離層、發(fā)紋、結疤和深的直道缺陷存在。鋼管表面的上述缺陷可用銼、砂輪或其他方法清除掉，清除深度不得超過公稱壁厚的12.5%。缺陷不得焊補或用其他方法填補。五、化學成分檢驗1、接箍的鋼號應相同，用J55N80Q號鋼制造。硫和磷的含量均不得超過0.045%，砷的含量不得超過0.15%。按GB222-84規(guī)定取樣;按GB223中的有關部分進行化學分析。2、美國石油學會標準APISPEC5CT1988年第1版規(guī)定化學分析測定應按ASTME350最新版本進行。六、物理性能檢驗1、按GB228-87的規(guī)

3、定進行拉力試驗。水壓試驗根據(jù)鋼種和鋼管口徑不同，均有明確要求。油管套管接箍的螺紋驗規(guī)，根據(jù)鋼管的口徑有嚴格的要求。2、美國石油學會標準APISPEC5CT1988年第1版規(guī)定油管套管接箍作拉伸試驗；壓扁試驗；靜水壓試驗；硫化物應力腐蝕開裂試驗；晶粒度測定(按ASTME-112最新版本)；橫向沖擊試驗(按ASTMA370、ASTME23的最新版本規(guī)定進行)；硬度試驗(按ASTME18金屬材料的洛氏硬度試驗標準方法。第1章 零件圖紙及其他要求分析1.1 5 1/2"石油套管接箍的圖樣及技術要求下圖為加工工件的圖紙：第2章 原材料的選擇2.1原材料的選取2.1.1鋼種選取石油套管接箍是支撐

4、油井井壁的鋼管。油井越深，套管接箍在井中受到的拉力或壓力也就越大，套管接箍的壽命決定了油井的壽命。深井、復雜結構井等高難度工藝井對石油套管的性能提出了新的、更高的要求。我們通過分析N80Q鋼，各項性能指標均符合套管和油管規(guī)范)API SPEC 5CT(第八版)的要求。一、主要技術指標根據(jù)用戶使用要求和API 5CT及其補充規(guī)定的要求，研制的主要技術指標如下?；瘜W成分：wP0.030，ws0.030；力學性能：屈服強度為552758MPa；抗拉強度 689；伸長率 19；沖擊功：不小于27J(177.8mm×9.19，縱向全尺寸試樣)；理化性能：奧氏體晶粒度5級或更細(中國石油天然氣總

5、公司“補充訂貨技術條件”的規(guī)定)。二、鋼種設計根據(jù)其服役條件，該鋼種既要具有足夠高的強度，也要具有一定的低溫沖擊韌性和良好的抗腐蝕性能。另一方面又根據(jù)我廠熱處理系統(tǒng)的淬火介質為水的情況，決定采用CMn鋼，并加入合金元素鉻(Cr)，利用Cr元素在鋼中的作用，提高該鋼種的淬透性，并提高鋼的強度和硬度。合理地選用Cr的含量，既可改善淬透性，又由于含量不高，不致出現(xiàn) 淬裂現(xiàn)象。我公司研制生產(chǎn)的N8OQ鋼級石油套管的化學成分見表1。表1 N80Q鋼級石油套管的化學成分(質量分數(shù))三、淬火溫度對力學性能的影響該鋼種的相變溫度AC3=804，AC1=720。所以取淬火溫度840、860、880、9004個試

6、驗方案，將回火溫度和回火保溫時間分別保持在640、60min不變，進行熱處理試驗。得出力學性能的變化(見表2)。在其他條件不變的情況下，隨著淬火溫度的提高，調質處理后的鋼管屈服強度、抗拉強度、延伸率、沖擊功值逐漸升高。到880達到最高，再提高淬火溫度則屈服強度、抗拉強度、沖擊功值、延伸率都有不同程度降低。表2 淬火溫度對力學性能的影響(試驗值)五、螺紋加工在管加工作業(yè)區(qū)，對管體和接箍進行螺紋加工，螺紋的表面質量和各項參數(shù)均符合API標準的要求。之后通過管體與接箍的擰接，生產(chǎn)出最終的成品套管供給用戶。2.1.2坯料規(guī)格選取根據(jù)零件圖紙可知，零件的外徑為153.5，故我們選擇了外徑為154.5的坯

7、料，通過計算得知23點的坐標為（129.4，-107.96）故精車需要的最小直徑為129.4，加工要留有一定的余量，故選擇內徑為128的毛坯。2.2原材料入廠檢驗2.2.1檢驗方法見表4表4 5 1/2"石油套管接箍的檢驗方法注1.依據(jù)API Spec 5CT（第八版）2.適用范圍:套管油管及接箍的坯料2.2.2驗收標準檢驗標準見表52.2.3.檢驗中發(fā)現(xiàn)不合格時處理意見檢驗中發(fā)現(xiàn)不合格時處理意見見表6第3章 5 1/2"石油套管接箍的加工工序3.1車外圓對于此工件來說，車外圓一道非常簡單而又重要的工序，以下是對這道工序的詳細介紹：我們所生產(chǎn)的接箍為石油管件類型，接箍的外圓

8、部分為無階梯光滑曲面，在沒有輔助工具的情況下，我們只能用加工一頭，再加工另一頭的方法來完成外圓的車削，這樣會使得接箍的曲面部分產(chǎn)生一個小小的臺階，產(chǎn)品的表面質量大打折扣，在這種情況下，我們可以加工一對圖中所示的錐形輔助裝夾工具，簡稱輔助工具，圖2所示。左側輔助工具固定在三抓卡盤上，右側輔助工具用頂尖頂住。加工時把坯料放在兩輔助工具之間，旋動手輪，坯料會被緊緊的固定住?，F(xiàn)在可以進行車削。用卡尺量得坯料的外徑為154.4，我們需要的外徑為153.5，需要車掉約1mm。車削完成后左旋手輪，取下工件。使用這種方法車削外圓，在提高表面粗糙度的同時，對曲面的同心度產(chǎn)生一定的影響，因為這種裝夾方法不牢固，主

9、軸轉動后工件會上下晃動同心度降低。優(yōu)點：節(jié)省時間，提高表面粗糙度。缺點：降低工件的同心度。圖23.2車端面、鏜孔及車內螺紋3.2.1工件的裝夾工件的裝夾是機床加工的一個重要環(huán)節(jié)，裝夾位置精度直接決定著零件加工精度，零件與卡盤底面有縫隙說明裝夾位置不正確，對加工精度造成一定的影響，甚至會造成尺寸錯誤。機床夾具是機床上用以裝夾工件（和引導刀具）的一種裝置。其作用是將工件定位，以使工件獲得相對的于機床和刀具的正確位置，并把工件可靠地夾緊。工件安裝的內容包括：定位：使工件相對于機床及刀具處于正確的位置。夾緊：工件定位后，將工件緊固，使工件在加工過程中不發(fā)生位置變化。定位與夾緊的關系：是工件安裝中兩個有

10、聯(lián)系的過程，先定位后夾緊。一、安裝的方法：1、用找正法安裝：(1)方法：把工件直接放在機床工作臺上或放在三爪卡盤上，根據(jù)工件的一個或幾個表面用劃針或指示表找正工件準確位置后再進行夾緊；先按加工要求進行加工面位置的劃線工序，然后再按劃出的線痕進行找正實現(xiàn)裝夾。(2)特點：1)這類裝夾方法勞動強度大、生產(chǎn)效率低、要求工人技術等級高；2)定位精度較低，由于常常需要增加劃線工序，所以增加了生產(chǎn)成本；3)只需使用通用性很好的機床附件和工具，因此能適用于加工各種不同零件的各種表面，特別適合于單件、小批量生產(chǎn)。3.2.2刀具安裝一、安裝方法首先將刀片安裝在刀桿上，再將刀桿依次安裝到回轉刀架上。二、刀具安裝過

11、程中應注意以下問題：1、安裝前保證刀桿及刀片定位面清潔，無損傷；2、將刀桿安裝在刀架上時，應保證刀桿方向正確；3、安裝刀具時需注意使刀尖等高于主軸的回轉中心。三、刀具對刀1、對刀的基本概念對刀是數(shù)控加工中較為復雜的工藝準備工作之一，對刀的好與差將直接影響到加工程序的編制及零件的尺寸精度。通過對刀或刀具預調，還可同時測定其各號刀的刀位偏差，有利于設定刀具補償量。(1)刀位點 刀位點是指在加工程序編制中，用以表示刀具特征的點，也是對刀和加工的基準點。(2)對刀 對刀是數(shù)控加工中的主要操作。結合機床操作說明掌握有關對刀方法和技巧，具有十分重要的竟義。在加工程序執(zhí)行前，調整每把刀的刀位點，使其盡量重合

12、于某一理想基準點，這一過程稱為對刀。理想基準點可以設定在刀具上，如基準刀的刀尖上；也可以設定在刀具外，如光學對刀鏡內的十字刻線交點上。2、對刀的基本方法對刀的目的就是要告訴機床刀具現(xiàn)在所處的位置。目前絕大多數(shù)的數(shù)控車床采用手動對刀（將要對的刀具手動移到要對刀的位置點），其基本方法如下：(1)將刀具的手動移動到工件的端面，后把主軸啟動到適當?shù)霓D數(shù)，手動沿著Z軸移動，X軸的大小保持不變（注意切削的余量不要太大），然后沿著Z軸的相反的方面退刀到離開端面，同時保持此時的位置不變化，測量此時試切產(chǎn)品的外徑大小。(2)在操作面板上選擇刀補按鈕，選擇畫面中出現(xiàn)的測量項目，輸入X*，后再按測量，機床系統(tǒng)會自動

13、測量刀具現(xiàn)在所處的位置。如果加工的毛坯是足夠的光滑就不要試切可以直接采用手動的方法把刀具的刀尖移到工件的表面，直接測量即可。3、參數(shù)設定(1)輸入零件原點參數(shù)（G54-G59）1) MODE旋鈕設在“EDIT”；2) 按MENU OF SET鍵進入?yún)?shù)設定頁面；3) 用PAGE向下或向上方向鍵在No1No3坐標系頁面和No4No6坐標系頁面之間切換；4) 用CURSOR向下或向上方向鍵選擇坐標系；5) 按數(shù)字鍵輸入地址字（X/Y/Z）和數(shù)值到輸入域；6）按INPUT 鍵，把輸入域中間的內容輸入到所指定的位置。(2)輸入刀具補償參數(shù)1) 輸入半徑補償參數(shù) MODE旋鈕設在“EDIT”； 按MEN

14、U OF SET鍵進入?yún)?shù)設定頁面； 用PAGE向下或向上方向鍵選擇半徑補償參數(shù)頁面，如圖2； 用CURSOR：向下或向上方向鍵選擇補償參數(shù)編號; 輸入補償值到輸入域; 按INPUT鍵，把輸入域中間的補償值輸入到所指定的位置。2) 輸入長度補償參數(shù) MODE旋鈕設在EDIT； 按MENU OF SET 鍵進入?yún)?shù)設定頁面； 用PAGE向下或向上方向鍵選擇長度補償參數(shù)頁面。 用CURSOR向下或向上方向鍵選擇補償參數(shù)編號； 輸入補償值到輸入域，方法參考“輸入數(shù)據(jù)”操作； 按INPUT鍵，把輸入域中間的補償值輸入到所指定的位置。3) 位置顯示按POS鍵切換到位置顯示頁面，位置顯示有三種方式，用PA

15、GE：向下或向上方向鍵或者軟鍵切換。 零件坐標系（絕對坐標系）位置：顯示刀位點在當前零件坐標系中的位置。 相對坐標系位置：顯示操作者預先設定為零的相對位置。 綜合顯示：同時顯示當時刀位點在以下坐標系中的位置3.2.3 設計加工程序一、主軸轉速的選擇為了提高生產(chǎn)效率，提高表面質量，主軸轉速的選擇是及其重要的，主軸轉速選擇合理會極大的提高生產(chǎn)效率，提高表面質量，減少刀具的磨損，降低成本。由于本工件加工時，Z軸的變化時X軸變化不大，表面粗糙度要求不高，故采用恒轉速加工，由于端面精度要求為6.3m，要求比較粗糙，故車端面時轉速可選擇偏低些，我們可以選擇400r/min,鏜孔精度要求較高，為1.6m，較

16、為光滑，轉速應選擇偏高，我們可以選擇480r/min，內螺紋要求1.6m較為光滑，由于是內螺紋，鐵屑容易擠在刀具與工件之間，故選擇的轉速應該偏低些，我們可以選擇420r/min。二、刀具路徑及刀位點的計算加工路線的正確選擇也是提高生產(chǎn)效率的一個重要途徑，正確選擇加工路線，有提高生產(chǎn)效率，減少刀具行程，節(jié)省時間，反之會造成時間的大量浪費，加工路線如圖所示。其中118均為粗車，其余為精車。圖3上圖為精車的大致輪廓，即加工路線為ABCE根據(jù)已知條件可以求出這幾個點的坐標值，具體如下：已知：AB=12.7 BCD=25°CE斜面錐度=0.064A點所在平面的直徑為142.1B點所在平面的直徑

17、為136.6BD=5.5tan25°=BD/CDCD=10.64故:C點的坐標為（135.4，-22.96）我們可以把螺紋的表面看做一個圓臺，其中圓臺的高度H=總長/2-AB-CD=79.16根據(jù)圓臺的計算公式:.E點所在平面的直徑為129.4故:E點的坐標為（129.4，-107.96）圖41、刀位點的坐標刀具路徑如圖4所示：1（160，0） 2（153.2，-2） 3（149，0） 4（120，0） 5（120，300） 6（130，3） 7（130，-25.5） 8（128，3） 9（134，3） 10（134，-12.9） 11（133，-22.66） 12（128，3） 1

18、3（137，3） 14（137，-13） 15（131，-22.76）16（130.5，-62.76） 17（128，3） 18（144.6，3） 19（144.6，0） 20（142.6，-1） 21（142.6，-13.2） 22（135.4，-22.96） 23（129.4，-107.96） 24（128，-107.96）2、編寫加工程序T0101 T0404M3 M3S500 S425M8 G0 X125 Z18G0 X160 G92Z -2 X130.2 Z-105 R3.9 F3.175G1 X153.2 F180 X130.85X149 Z0 F 120 X131.35X120

19、F120 X131.75G0 Z300 X132.15T0303 X132.6M3 X132.8S480 M9G0 X130 Z3 M5G1 Z25.5 F110 G0 Z150G0 X128 T0101Z3 G0 X160X 134 M5G1 Z-12.9 F110 M30X133 W-9.76 F110G0 X128Z3X137G1 Z-13 F110X131.0 W-9.76 F110X130.5 W-40 F110X128G0Z3X144.6G1Z0X142.6 Z-1F110Z-13.23.3質量檢驗3.3.1油、套管接箍檢驗方法表7 油、套管接箍檢驗方法3.3.2油、套管接箍檢驗記

20、錄表表8油、套管接箍檢驗記錄表3.4硬車削的注意事項由于本工件所選用的為特殊鋼種，所以采用硬車削方法。硬車削的突出優(yōu)點是不用再進行磨削加工，但是，至今有些工廠仍然認為車削45HRC以上硬度的零件并達到磨削級精度的工藝不可行。 硬車削的目標是隨切屑帶走至少80%的熱量，以保持零件的熱穩(wěn)定性。合理的硬車削系統(tǒng)可以減少甚至省去磨削以及與之相關的高昂的刀具成本和太長的加工時間。采用合理的硬車削工藝可獲得0.28m的表面光潔度、0.2m的圓度和±0.005m的直徑公差，這樣的精度在對淬硬前工件進行“軟車削”的相同機床上同樣可以達到，從而最大限度地提高了設備利用率。但有些工廠由于錯誤地選用了刀片

21、（確切地說是比較便宜的刀片），或不清楚所用機床是否具有足夠的剛性以承受二倍于普通車削的壓力，從而使得硬車削工藝沒有充分發(fā)揮出其高效應。哈挺公司（Hardinge）的應用工程師Tom Sheehy根據(jù)硬車削在該公司的具體應用情況，認為硬車削時須注重以下8個方面。一、工件盡管45HRC硬度是硬車削的起始點，但硬車削經(jīng)常在60HRC以上硬度的工件上進行。硬車削材料通常包括工具鋼、軸承鋼、滲碳鋼以及鉻鎳鐵合金、耐蝕耐熱鎳基合金、鎢鉻鈷合金等特殊材料。根據(jù)冶金學，在切深范圍內硬度偏差?。ㄐ∮?個HRC）的材料可顯示出最好的過程可預測性。最適合于硬車削的零件具有較小的長徑比（L/D），一般說來，無支撐工件

22、的L/D之比不大于4:1，有支撐工件的L/D之比不大于8:1。盡管細長零件有尾架支撐，但是由于切削壓力過大仍有可能引起刀振。 為了最大限度地增加硬車削的系統(tǒng)剛性，應盡量減小懸伸。刀具伸出長度不得大于刀桿高度的1.5倍。二、機床機床剛度決定了硬車削的加工精度。近1520年內制造的機床幾乎都有很好的剛性，足以承受硬車削。在許多情況下，機床的總體狀況很大程度上比使用年限更重要，精心維護的普通車床也可以用于硬車削。 為了給硬車削機床增加剛性和阻尼特性，哈挺將許多先進機床的特性用于了車削中心，其中包括聚合物復合材料增強機座、帶彈簧夾頭（使主軸支撐靠近工件）的直接配合式主軸和靜壓導軌。 系統(tǒng)剛性最大化意味

23、著盡量減少懸空、刀具延伸和零件伸出，并取消調隙片和墊圈，其目標是保持所有零部件盡可能地接近轉塔刀架。三、刀片盡管立方氮化硼（CBN）刀片的價格昂貴，但CBN刀片最適合于硬車削。CBN刀片能夠在斷續(xù)切削過程中保持定位不變，在連續(xù)切削過程中提供安全的刀具磨損率。當采用合理的硬車削工藝時，CBN刀片除了在控制直徑公差方面比不上磨削以外，其它性能都是首屈一指的。 陶瓷不如CBN耐磨，因此一般不用于公差小于±0.025mm的加工。陶瓷不適合于斷續(xù)切削，而且不能加冷卻液，因為熱沖擊可能造成刀片破裂。刀片的鈍緣幾何形狀是陶瓷材料的固有特點，這一特點使切削力增大而工件表面光潔度下降。另外，陶瓷刀片刃

24、口斷裂可能是災難性的，它可能導致所有切削刃均不能使用。 金屬陶瓷（立方碳化鈦）對連續(xù)切削滲碳硬化材料很有效，盡管它不具備CBN那樣的耐磨性，但刀片在大多數(shù)情況下會成比例地磨損而不斷裂。 正前角刀片由于其切削力較小，通常用在剛性不高的機床上進行硬車削。關于刀片的最合理應用，建議與刀具供應商密切合作，特別是在最初階段，以迅速達到最佳切削速度。四、冷卻液其最大問題是用還是不用冷卻液。對于齒輪之類的斷續(xù)切削零件來說，最好采用“干車削”，否則進刀和退刀時的熱沖擊很可能引起刀片破裂。至于連續(xù)切削，刀頭在干車削過程中產(chǎn)生的高溫足以韌化（軟化）預切削區(qū)域，從而降低材料硬度使之易于剪切。這個現(xiàn)象說明了干切削時增

25、大速度是有益的。同時，無冷卻液切削方式具有明顯的成本優(yōu)勢。 在連續(xù)切削中，冷卻液可能有助于延長刀具壽命和提高表面光潔度。問題的關鍵是要使冷卻液能夠到達刀頭，高壓冷卻液是解決這個問題的最好辦法，因為它不容易在高溫下蒸發(fā)。此外，高壓可以減少切屑堆積，從而減少因為切屑阻塞對冷卻液流至刀頭的影響。另一個辦法是將冷卻液同時釋放到刀片的頂部和底部，以確保冷卻液連續(xù)到達刀頭。 如果使用冷卻液，必須是水基的。在完全匹配的硬車削過程中形成的切屑可以帶走80%90%的熱量（切削區(qū)域最高溫度可達1700°F）。如此熾熱的切屑一旦接觸低燃點冷卻油，整個工序將有可能遭到徹底破壞。如果在敞開式機床上進行硬車削，

26、必須增加適當?shù)谋Ｗo裝置，避免操作人員被切屑燙傷。五、工藝因為硬車削產(chǎn)生的熱量大部分由切屑帶走，加工前后對切屑進行檢查可以發(fā)現(xiàn)整個過程是否協(xié)調。連續(xù)切削時，切屑應該呈熾燃的橙黃色，并象一根緞帶似地飄逸而出。如果切屑冷卻后用手一壓基本斷裂，表明切屑帶走的熱量是正常的。六、白化層“白化層（熱影響區(qū)）”可能令人討厭地出現(xiàn)在硬車削和磨削操作中，即在材料表面形成一層肉眼看不見的非常?。ㄍǔ?m）的硬殼。在硬車削過程中形成白化層，一般是因為刀片鈍化導致過多的熱量傳遞到零件內。白化層經(jīng)常在軸承鋼上形成，而且對于軸承圈之類需要承受高接觸壓力的零件是非常有害的，隨著時間的推移，白化層可能剝離并導致軸承失效。 對于

27、剛開始從事硬車削的工廠，建議在生產(chǎn)的頭幾周內進行隨機抽查，以確定每個刀片能夠車削多少零件而不形成白化層。另外，一個刀片即使可加工400個零件，也有可能在加工300件后就變鈍并且開始使零件產(chǎn)生白化層。七、鏜孔鏜削淬硬材料需要很大的切削壓力，因此往往需成倍增加鏜桿承受的扭力和切向力。采用正前角（35°或55°）、小刀尖半徑刀片可以減小切削壓力。在增加切削速度的同時減小切深和進刀速度，也是減小切削壓力的辦法。 鏜孔時，刀具必須與零件同心或略高于零件中心，因為切削引起的撓曲變形使實際中心線的位置降低了。最好的夾緊形式是全長度對開套筒，在鏜削淬硬材料時，全長度對開套筒夾頭可提供最高的

28、刀夾剛度。其次是彈簧夾頭和單點螺絲夾頭。八、車螺紋采用合適的刀片幾何形狀是在淬硬材料上車螺紋的關鍵，最好的螺紋刀片是類似于鏜桿上安裝的三角形刀片。在淬硬材料上車螺紋時，為了控制切削壓力和延長刀片壽命，有必要增加走刀次數(shù)并減小切深。另一種選擇是采用交替式側面切入方式，可改變切削力承受位置并延長刀具壽命。第4章 5 1/2"油套管接箍的磷化4.1總述磷化（phosphorization）是一種化學與電化學反應形成磷酸鹽化學轉化膜的過程，所形成的磷酸鹽轉化膜稱之為磷化膜。磷化的目的主要是：給基體金屬提供保護，在一定程度上防止金屬被腐蝕；用于涂漆前打底，提高漆膜層的附著力與防腐蝕能力；在金屬

29、冷加工工藝中起減摩潤滑使用。 磷化處理工藝應用于工業(yè)己有90多年的歷史，大致可以分為三個時期:奠定磷化技術基礎時期、磷化技術迅速發(fā)展時期和廣泛應用時期。磷化膜用作鋼鐵的防腐蝕保護膜，最早的可靠記載是英國Charles Ross于1869年獲得的專利(B.P.No.3119)。從此，磷化工藝應用于工業(yè)生產(chǎn)。在近一個世紀的漫長歲月中，磷化處理技術積累了豐富的經(jīng)驗，有了許多重大的發(fā)現(xiàn)。一戰(zhàn)期間，磷化技術的發(fā)展中心由英國轉移至美國。1909年美國T.W.Coslet將鋅、氧化鋅或磷酸鋅鹽溶于磷酸中制成了第一個鋅系磷化液。這一研究成果大大促進了磷化工藝的發(fā)展，拓寬了磷化工藝的發(fā)展前途。Parker防銹公

30、司研究開發(fā)的Parco Power配制磷化液，克服T許多缺點，將磷化處理時間提高到lho 1929年Bonderizing磷化工藝將磷化時間縮短至10min, 1934年磷化處理技術在工業(yè)上取得了革命性的發(fā)展，即采用了將磷化液噴射到工件上的方法。二戰(zhàn)結束以后，磷化技術很少有突破性進展，只是穩(wěn)步的發(fā)展和完善。磷化廣泛應用于防蝕技術，金屬冷變形加工工業(yè)。這個時期磷化處理技術重要改進主要有:低溫磷化、各種控制磷化膜膜重的方法、連續(xù)鋼帶高速磷化。當前，磷化技術領域的研究方向主要是圍繞提高質量、減少環(huán)境污染、節(jié)省 能源進行。磷化是常用的前處理技術，原理上應屬于化學轉換膜處理，主要應用于鋼鐵表面磷化，有色

31、金屬（如鋁、鋅）件也可應用磷化。4.2磷化的原理及分類一、磷化原理1、磷化工件（鋼鐵或鋁、鋅件）浸入磷化液（某些酸式磷酸鹽為主的溶液），在表面沉積形成一層不溶于水的結晶型磷酸鹽轉換膜的過程，稱之為磷化。2、磷化原理鋼鐵件浸入磷化液（由Fe(H2PO4)2、 Mn(H2PO4)2、 Zn(H2PO4)2 組成的酸性稀水溶液，PH值為1-3，溶液相對密度為1.05-1.10）中，磷化膜的生成反應如下：3Zn(H2PO4)2 =Zn3(PO4)2+4H3PO4 或吸熱3Mn(H2PO4)2 =Mn3(PO4)2+4H3PO4鋼鐵工件是鋼鐵合金，在磷酸作用下，F(xiàn)e和FeC3形成無數(shù)原電池，在陽極區(qū)，鐵

32、開始熔解為Fe2+，同時放出電子。Fe+2H3PO4= Fe (H2PO4)2+H2Fe =Fe2+ +2e-在鋼鐵工件表面附近的溶液中Fe2+不斷增加，當Fe2+與HPO42-，PO43-濃度大于磷酸鹽的溶度積時，產(chǎn)生沉淀，在工件表面形成磷化膜：Fe(H2PO4)2= FeHPO4+ H3PO4Fe+ Fe(H2PO4)2 =2FeHPO4+ H23FeHPO4= Fe 3(PO4)2+ H3PO4Fe+ 2FeHPO4 =Fe 3(PO4)2+H2陰極區(qū)放出大量的氫：2H+ +2e- =H2O2 + 2H20 =4e- + 4OH-總反應式：3Zn(H2PO4)2= Zn3(PO4)2+4

33、H3PO4Fe+3Zn(H2PO4)2= Zn3(PO4)2+FeHPO4+3 H3PO4+2 H2二、磷化的分類1、按磷化處理溫度分類（1）高溫型8090處理時間為10-20分鐘，形成磷化膜厚達10-30g/m2,溶液游離酸度與總酸度的比值為1：（7-8）優(yōu)點：膜抗蝕力強，結合力好。缺點：加溫時間長，溶液揮發(fā)量大，能耗大，磷化沉積多，游離酸度不穩(wěn)定，結晶粗細不均勻，已較少應用。（2）中溫型50-75，處理時間5-15分鐘，磷化膜厚度為1-7 g/m2，溶液游離酸度與總酸度的比值為1：（10-15）優(yōu)點：游離酸度穩(wěn)定，易掌握，磷化時間短，生產(chǎn)效率高，耐蝕性與高溫磷化膜基本相同，目前應用較多。（

34、3）低溫型30-50 節(jié)省能源，使用方便。（4）常溫型10-40 常（低）溫磷化（除加氧化劑外，還加促進劑），時間10-40分鐘，溶液游離酸度與總酸度比值為1：（20-30），膜厚為0.2-7 g/m2。優(yōu)點：不需加熱，藥品消耗少，溶液穩(wěn)定。缺點：處理時間長，溶液配制較繁。2、按磷化液成分分類（1）鋅系磷化（2）鋅鈣系磷化（3）鐵系磷化（4）錳系磷化（5）復合磷化 磷化液由鋅、鐵、鈣、鎳、錳等元素組成。3、按磷化處理方法分類（1）化學磷化將工件浸入磷化液中，依靠化學反應來實現(xiàn)磷化，目前應用廣泛。（2）電化學磷化在磷化液中，工件接正極，鋼鐵接負極進行磷化。4、按磷化膜質量分類（1）重量級（厚膜磷

35、化） 膜重7.5 g/m2以上。（2）次重量級（中膜磷化）膜重4.6-7.5 g/m2。（3）輕量級（薄膜磷化）膜重1.1-4.5 g/m2。（4）次輕量級（特薄膜磷化）膜重0.2-1.0 g/m2。5、按施工方法分類（1）浸漬磷化適用于高、中、低溫磷化 特點：設備簡單，僅需加熱槽和相應加熱設備，最好用不銹鋼或橡膠襯里的槽子，不銹鋼加熱管道應放在槽兩側。（2）噴淋磷化適用于中、低溫磷化工藝，可處理大面積工件，如汽車、冰箱、洗衣機殼體。特點：處理時間短，成膜反應速度快，生產(chǎn)效率高，且這種方法獲得的磷化膜結晶致密、均勻、膜薄、耐蝕性好。（3）刷涂磷化上述兩種方法無法實施時，采用本法，在常溫下操作，

36、易涂刷，可除銹蝕，磷化后工件自然干燥，防銹性能好，但磷化效果不如前兩種。4.3磷化作用及用途4.3.1磷化的作用一、涂裝前磷化的作用1、增強涂裝膜層（如涂料涂層）與工件間結合力。2、提高涂裝后工件表面涂層的耐蝕性。3、提高裝飾性。二、非涂裝磷化的作用1、提高工件的耐磨性。2、令工件在機加工過程中具有潤滑性。3、提高工件的耐蝕性。4.3.2磷化的用途本工件磷化主要用于耐蝕防護和油漆用底膜。一、耐蝕防護用磷化膜1、防護用磷化膜 用于鋼鐵件耐蝕防護處理。磷化膜類型可用鋅系、錳系。膜單位面積質量為10-40 g/m2。磷化后涂防銹油、防銹脂、防銹蠟等。2、油漆底層用磷化膜增加漆膜與鋼鐵工件附著力及防護

37、性。磷化膜類型可用鋅系或鋅鈣系。磷化膜單位面積質量為0.2-1.0 g/m2（用于較大形變鋼鐵件油漆底層）；1-5 g/m2（用于一般鋼鐵件油漆底層）；5-10 g/m2（用于不發(fā)生形變鋼鐵件油漆底層）。二、冷加工潤滑用磷化膜鋼絲、焊接鋼管拉拔 單位面積上膜重1-10 g/m2；精密鋼管拉拔 單位面積上膜重4-10 g/m2；鋼鐵件冷擠壓成型 單位面積上膜重大于10 g/m2。三、減摩用磷化膜磷化膜可起減摩作用。一般用錳系磷化，也可用鋅系磷化。對于有較小動配合間隙工件，磷化膜質量為1-3 g/m2；對有較大動配合間隙工件（減速箱齒輪），磷化膜質量為5-20 g/m2。四、電絕緣用磷化膜一般用鋅

38、系磷化。用于電機及變電器中的硅片磷化處理。4.4磷化膜組成及性質4.4.1.磷化膜組成4.4.2磷化的性質一、耐蝕性在大氣、礦物油、植物油、苯、甲苯中均有很好的耐蝕性，但在堿、酸、水蒸氣中耐蝕性較差。在200-300時仍具有一定的耐蝕性，當溫度達到450時膜層的耐蝕性顯著下降。二、特殊性質如增加附著力，潤滑性，減摩耐磨作用。4.5 磷化工藝流程及影響磷化質量的因素除油除銹水洗磷化水洗磷化后處理一、溫度溫度愈高，磷化層愈厚，結晶愈粗大。溫度愈低，磷化層愈薄，結晶愈細。但溫度不宜過高，否則Fe2+ 易被氧化成Fe3+，加大沉淀物量，溶液不穩(wěn)定。二、游離酸度游離酸度指游離的磷酸。其作用是促使鐵的溶解，已形成較多的晶核，使膜結晶致密。游離酸度過高，則與鐵作用加快，會大量析出氫，令界面層磷酸鹽不易飽和，導致晶核形成