本發(fā)明涉及金屬復(fù)合管材制造領(lǐng)域，尤其涉及一種金屬復(fù)合旋壓成形方法。

背景技術(shù)：

金屬復(fù)合管通過將兩種或多種不同性能的金屬管進行組合，利用各自的優(yōu)勢形成的金屬復(fù)合管，通過將導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、耐腐蝕性和力學(xué)性能的有效組合，既能實現(xiàn)單一金屬管無法滿足的性能要求，又能節(jié)約資源，性價比高。金屬復(fù)合管擴大了材料的使用范圍，因此在石油化工等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

常用的金屬復(fù)合管加工方法主要包括機械復(fù)合工藝和冶金復(fù)合工藝兩種：機械復(fù)合工藝目前主要分為液壓復(fù)合和冷拔復(fù)合，其特點是在冷態(tài)下使復(fù)合管坯的內(nèi)管產(chǎn)生塑性變形，外管產(chǎn)生彈性變形，從而使內(nèi)管緊緊貼合在外管內(nèi)壁上；冶金復(fù)合工藝主要有爆炸復(fù)合、擠壓復(fù)合和穿孔復(fù)合，其特點是極高的壓力和溫度下使內(nèi)管和外管的界面處產(chǎn)生“壓力鍛”的焊接效應(yīng)。

機械復(fù)合工藝所成形復(fù)合管的為非擴散結(jié)合，是依靠外管變形而獲得緊密配合，在高溫下存在分層傾向，同時這種緊密配合會因應(yīng)力釋放而失效，因而機械復(fù)合管的使用環(huán)境和應(yīng)用領(lǐng)域受到了一定的限制。冶金復(fù)合工藝實現(xiàn)了冶金結(jié)合，結(jié)合強度高，因此應(yīng)用范圍更廣，但冶金復(fù)合存在生產(chǎn)周期長，操作要求高等缺點。

為此，人們進行了長期的探索，提出了各種各樣的解決方案。公開號CN1375362A提出了一種應(yīng)用中頻感應(yīng)加熱釬焊與冷拔相結(jié)合的方法來制造雙金屬復(fù)合管，公開號CN1375362A提出了采用對離心澆鑄管坯直接熱擠壓的方式來成形雙金屬復(fù)合管，但前者存在生產(chǎn)成本高，界面結(jié)合強度低的問題，后者則只能制造內(nèi)管熔點低于外管材料的雙金屬復(fù)合材料。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決液壓復(fù)合和冷拔復(fù)合形成的金屬復(fù)合管容易應(yīng)力釋放失效，進而導(dǎo)致使用范圍窄的問題，冶金復(fù)合存在生產(chǎn)周期長，操作要求高的缺點，本發(fā)明提供一種金屬復(fù)合管塑性加工方法。

本發(fā)明金屬復(fù)合管塑性加工方法，步驟如下，

a、根據(jù)成形復(fù)合管的幾何參數(shù)和旋壓成形工藝參數(shù)，選取外管和內(nèi)管，保證外管能套接到內(nèi)管上且外管與內(nèi)管形成小間隙配合，同時外管壁厚大于內(nèi)管壁厚；

b、對外管的內(nèi)表面和內(nèi)管的外表面先進行去脂干燥；

c、去除外管的內(nèi)表面和內(nèi)管的外表面的氧化層；

d、將內(nèi)管套接到芯模上，芯模安裝在旋壓機的主軸上，在將外管套接到內(nèi)管上，形成復(fù)合管坯，并進行定位，保證內(nèi)管和外管在旋轉(zhuǎn)過程中無相對錯動；

e、設(shè)定激光加熱頭的初始輻照位置和旋輪組的初始位置，使二者在復(fù)合管坯的軸向保持預(yù)設(shè)距離；

f、設(shè)定激光參數(shù)，包括離焦量和輸出功率，設(shè)定旋壓參數(shù)，包括主軸轉(zhuǎn)速、壓下量和進給速度；

g、開啟激光器和旋壓機，旋壓機主軸帶動芯模轉(zhuǎn)動，復(fù)合管坯隨芯模轉(zhuǎn)動，激光器通過激光加熱頭發(fā)出激光，對復(fù)合管坯表面進行輻照，復(fù)合管坯吸收激光能量，在復(fù)合管坯上形成局部加熱區(qū)，旋輪碾壓復(fù)合管坯的局部加熱區(qū)；同時，非接觸式測溫裝置對局部加熱區(qū)的溫度進行實時監(jiān)測，通過調(diào)整激光器的功率，實現(xiàn)局部加熱區(qū)溫度的調(diào)整；

h、激光加熱頭和旋輪組保持預(yù)設(shè)距離同步進給，復(fù)合管坯不斷轉(zhuǎn)動，旋輪組不斷對復(fù)合管坯的局部加熱區(qū)進行碾壓，直至復(fù)合管坯形成金屬復(fù)合管；

i、對金屬復(fù)合管端口進行修正,使內(nèi)管和外管保持平齊。

當(dāng)內(nèi)管變形所需溫度要求較高時，所述的芯模上設(shè)置有加熱裝置。

進一步，具體的說，步驟b中先采用有機溶劑或化學(xué)介質(zhì)清洗外管的內(nèi)表面和內(nèi)管的外表面，然后用蒸餾水洗凈吹干。

進一步，具體的說，步驟c利用鋼絲刷或鋼絲拋盤去除外管的內(nèi)表面和內(nèi)管的外表面的氧化層，然后用溶劑進行清洗并吹干。利用溶劑清洗去除一些雜質(zhì)。

為了防止激光射到復(fù)合管坯上后大部分光線會反射到激光器，所述的激光器通過激光加熱頭輸出的激光束與復(fù)合管坯的軸向形成夾角α，夾角α為20°-70°。

進一步，具體的說，預(yù)設(shè)距離為2mm-10mm。

為減少摩擦，加工過程中，可在所述的復(fù)合管坯的外表面和所述旋輪組的接觸面涂有潤滑劑。

為平衡保持強力旋壓時的旋壓力，所述的旋輪組包括兩個旋輪，兩個旋輪分別設(shè)置在復(fù)合管坯圓周方向的相對兩側(cè)。所述的旋輪組包括三個旋輪，三個旋輪設(shè)置在復(fù)合管坯的圓周方向且均勻分布。

本發(fā)明金屬復(fù)合管塑性加工方法，有效益效果是：(1)采用激光作為加熱熱源，材料吸收激光能量，瞬間即可達(dá)到塑性變形所需溫度，加熱效率高，綠色環(huán)保；(2)對材料的變形區(qū)及其周圍進行在線加熱，不受旋壓件尺寸和形狀的限制，工藝柔性好；(3)通過控制加熱區(qū)作用面積和加熱深度，降低熱量輸入，節(jié)約能源，能有效提高旋壓設(shè)備及工藝裝備的使用壽命，同時所成形金屬復(fù)合管工藝穩(wěn)定性好，殘余應(yīng)力??；(4)本發(fā)明使內(nèi)管和外管產(chǎn)生一定的變形量，在一定溫度和旋壓力的作用下，可實現(xiàn)內(nèi)管和外管的界面結(jié)合，具有較高的結(jié)合強度；(5)加工流程短，工藝簡單、工藝穩(wěn)定性好和生產(chǎn)成本低。

附圖說明

圖1是金屬復(fù)合管塑性加工方法的結(jié)構(gòu)示意圖。

1-主軸；2-芯模；31-內(nèi)管；32-外管；4-旋輪組；5-尾頂；6-非接觸式測溫裝置；7-激光加熱頭；8-激光器；α-夾角；Δ-預(yù)設(shè)距離。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本發(fā)明金屬復(fù)合管塑性加工方法，步驟如下，

a、選取合適壁厚和直徑的外管32和內(nèi)管31，保證外管32能套接到內(nèi)管31上且外管32與內(nèi)管31形成小間隙配合，同時外管32壁厚大于內(nèi)管31壁厚；當(dāng)然，此處還要考慮到外管32，內(nèi)管31減薄率的問題；

b、對外管32的內(nèi)表面和內(nèi)管31的外表面先進行去脂干燥；

c、去除外管32的內(nèi)表面和內(nèi)管31的外表面的氧化層；

d、將內(nèi)管31套接到芯模2上，芯模2安裝在旋壓機的主軸1上，在將外管32套接到內(nèi)管31上，形成復(fù)合管坯，并進行定位，保證內(nèi)管31和外管32在旋轉(zhuǎn)過程中不發(fā)生錯動。

e、設(shè)定激光加熱頭7的初始輻照位置和旋輪組4的初始位置，使二者在復(fù)合管坯的軸向保持預(yù)設(shè)距離Δ；

f、設(shè)定激光參數(shù)，包括離焦量和輸出功率，設(shè)定旋壓參數(shù)，包括主軸(1)轉(zhuǎn)速、壓下量和進給速度；

g、開啟激光器8和旋壓機，旋壓機主軸1帶動芯模2轉(zhuǎn)動，復(fù)合管坯隨芯模2轉(zhuǎn)動，激光器8通過激光加熱頭7發(fā)出激光，對復(fù)合管坯表面進行輻照，復(fù)合管坯吸收激光能量，在復(fù)合管坯上形成局部加熱區(qū)，旋輪碾壓復(fù)合管坯的局部加熱區(qū)；同時，非接觸式測溫裝置6，優(yōu)選紅外測溫裝置，對局部加熱區(qū)的溫度進行實時監(jiān)測，通過調(diào)整激光器8的功率，實現(xiàn)局部加熱區(qū)溫度的調(diào)整；

h、激光加熱頭7和旋輪保持預(yù)設(shè)距離Δ同步進給，復(fù)合管坯不斷轉(zhuǎn)動，旋輪組4不斷對復(fù)合管坯的局部加熱區(qū)進行碾壓，直至加工完畢整個復(fù)合管坯的成形；

i、對成形的金屬復(fù)合管端口進行修正,使得內(nèi)管31和外管32保持平齊。

步驟a中內(nèi)管31的長度長于外管32的長度。

步驟b中先采用質(zhì)量百分比10％的鹽酸清洗外管32的內(nèi)表面和內(nèi)管31的外表面，然后用蒸餾水洗凈吹干。

步驟c利用鋼絲刷或鋼絲拋盤去除外管32的內(nèi)表面和內(nèi)管31的外表面的氧化層，然后用丙酮進行清洗并吹干。

步驟d中芯模2上設(shè)置有加熱裝置。

步驟e中激光器8輸出的激光與復(fù)合管坯的軸向形成夾角α，夾角α為20°-70°。優(yōu)選夾角α為30°。預(yù)設(shè)距離Δ為2mm-10mm。預(yù)設(shè)距離Δ為5mm。外管32的外表面涂有潤滑劑，優(yōu)選，水性石墨層。

旋輪組4可以是兩個旋輪，兩個旋輪分別設(shè)置在復(fù)合管坯圓周方向的相對兩側(cè)。旋輪組4也可以是三個旋輪，三個旋輪設(shè)置在復(fù)合管坯圓周方向且均勻分布。

具體實例：(1)選用銅管和鋼管，其中銅管內(nèi)徑為Φ100mm，銅管壁厚為0.6mm，鋼管內(nèi)徑為Φ101.2mm，鋼管壁厚為1.8mm，銅管比鋼管長5mm，鋼管內(nèi)孔與銅管外圓形成H8/g7配合。

(2)進行表面處理：采用質(zhì)量百分比10％的鹽酸清洗鋼管的內(nèi)表面和銅管的外表面，用清水洗凈，然后吹干；

(3)采用鋼絲拋盤分別打毛銅管的外表面和鋼管的內(nèi)表面，然后用丙酮進行清洗，并吹干；

(4)銅管穿入鋼管，形成復(fù)合管坯后套接到芯模2上，利用銅管的管壁底部進行定位，然后用尾頂5頂緊；

(5)設(shè)定旋壓參數(shù)：主軸1的轉(zhuǎn)速為450r/min、旋輪的壓下量為0.85mm和進給速度30mm/min；

(6)調(diào)整激光加熱頭(7)，使其輸出激光與復(fù)合管坯軸向成30°角，離焦量為35mm，設(shè)置激光器8輸出功率為1250W；

(7)設(shè)定旋輪組4的初始位置，旋輪組4包括兩個旋輪，相對設(shè)置在復(fù)合管坯的周向兩側(cè)，設(shè)定激光光斑的初始輻照位置，使激光光斑和旋輪與坯料接觸區(qū)在軸向保持預(yù)設(shè)值Δ為5mm；

(8)在鋼管外表面涂設(shè)有水性石墨層。

(9)開始加工，激光器8輸出的激光通過激光加熱頭7輻照到復(fù)合管坯的表面，旋輪組4碾壓復(fù)合管坯表面的加熱區(qū)，復(fù)合管坯隨芯模2轉(zhuǎn)動，旋輪組4和激光加熱頭7保持預(yù)設(shè)距離按30mm/min的速度沿芯模2軸線進給，在此過程中，采用紅外測溫裝置對加熱區(qū)的溫度進行在線監(jiān)測，以保證加熱溫度滿足加工需要。直至旋輪組4碾壓完畢整個復(fù)合管坯，激光器8停止出光，主軸1停轉(zhuǎn)；

(10)切除超出鋼管的多余銅管。

以上，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。