一種雙金屬復(fù)合三通管制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種三通管的制備方法，具體涉及一種雙金屬復(fù)合三通管制備方法，屬于冶金及制管技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]三通管為管路上的常用部件，屬于壓力管道元件，廣泛的應(yīng)用于石油、化工、造船、核電、電站建設(shè)、食品、制藥、航空航天、有色金屬冶煉、城市供水、造紙等行業(yè)的管路上。在腐蝕惡劣的環(huán)境中，不銹鋼合金是常用的防腐蝕材料，然而純不銹鋼合金管道材料成本較高，特別是在壓力較高工況下，由于管壁較厚，所需成本就更高。用外層為普通碳素鋼，內(nèi)層為不銹鋼制成的復(fù)合三通管，來代替純不銹鋼合金三通管，可節(jié)省不銹鋼，大大降低三通管件成本，用于大口徑三通管的生產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)效益尤為顯著。因此復(fù)合三通管在石化、核電、城市供水、食品、制藥等行業(yè)有廣泛的應(yīng)用前景。國內(nèi)現(xiàn)有雙金屬復(fù)合三通管的制作，首先先焊接成形復(fù)合直管，再通過脹形成形獲得雙金屬三通管，整個工藝比較復(fù)雜，工藝流程較長，成本較高，不利于大規(guī)模的推廣應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決上述存在的問題，本發(fā)明公開了一種雙金屬復(fù)合三通管制備方法，該方法整個操作過程簡單，容易控制，并且可以一次性成型雙金屬復(fù)合三通管，同時又保證了管件的成形質(zhì)量。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下，一種雙金屬復(fù)合三通管制備方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟:1)準(zhǔn)備兩種不同材質(zhì)的內(nèi)外金屬管套裝在一起;2)將套裝在一起的金屬管放在三通機(jī)模具內(nèi)；3)在內(nèi)管內(nèi)注入液體，所述液體為純凈水;4)打開三通機(jī)模具，通過設(shè)備的增壓系統(tǒng)提供內(nèi)壓Pi，同時通過液壓機(jī)的兩個水平側(cè)缸同步對中運(yùn)動擠壓管坯，左右油缸提供壓力Fa，上油缸提供支管端部的平衡力Fq，管坯受擠壓后體積變小，管坯內(nèi)的液體隨管坯體積變小而壓力升高，(同時增壓系統(tǒng)可根據(jù)管坯復(fù)合及變形情況確定是否增壓)，隨著管內(nèi)壓力升高，內(nèi)層管由彈性變形狀態(tài)進(jìn)入塑性變形狀態(tài)，并貼緊外管，內(nèi)外兩管緊密貼合在一起，當(dāng)管內(nèi)壓力進(jìn)一步升高，達(dá)到三通支管脹出所需要的壓力時，金屬材料在側(cè)缸和管坯內(nèi)液體壓力的雙重作用下沿模具內(nèi)腔流動而脹出支管。
[0005]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述步驟4)中設(shè)備的增壓系統(tǒng)提供內(nèi)壓Pi為在80-120MPa。
[0006]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述步驟4)中左右油缸提供壓力Fa為在8-20T，上油缸提供支管端部的平衡力Fq為在8-20T。
[0007]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述步驟4)中隨著管內(nèi)壓力升高，達(dá)到50_80MPa時，內(nèi)層管由彈性變形狀態(tài)進(jìn)入塑性變形狀態(tài)，并貼緊外管，內(nèi)外兩管緊密貼合在一起，當(dāng)管內(nèi)壓力進(jìn)一步升高，達(dá)到85-100MPa時金屬材料在側(cè)缸和管坯內(nèi)液體壓力的雙重作用下沿模具內(nèi)腔流動而脹出支管。
[0008]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下，I)該技術(shù)方案中脹形壓力均勻分布，最為均勻穩(wěn)定，所成形的產(chǎn)品質(zhì)量好，不需要通過先復(fù)合再成形的焊接和脹形工藝就可以生產(chǎn)雙金屬復(fù)合三通管，提高了工作效率;2)該技術(shù)方案能夠縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，減少設(shè)備投入，從而降低生產(chǎn)成本，具有十分廣闊的市場前景。
【附圖說明】
[0009]圖1為液體介質(zhì)擠壓脹形雙金屬復(fù)合三通管示意圖；
圖2為復(fù)合脹形力學(xué)模型。
【具體實(shí)施方式】
[0010]為了加深對本發(fā)明的認(rèn)識和理解，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】，進(jìn)一步闡明本發(fā)明。
[0011 ]實(shí)施例1: 一種雙金屬復(fù)合三通管制備方法，所述方法包括以下步驟:I)準(zhǔn)備兩種不同材質(zhì)的內(nèi)外金屬管套裝在一起;2)將套裝在一起的金屬管放在三通機(jī)模具內(nèi)；3)在內(nèi)管內(nèi)注入液體，所述液體為純凈水;4)打開三通機(jī)模具，通過設(shè)備的增壓系統(tǒng)提供內(nèi)壓Pi，同時通過液壓機(jī)的兩個水平側(cè)缸同步對中運(yùn)動擠壓管坯，左右油缸提供壓力Fa，上油缸提供支管端部的平衡力Fq，管坯受擠壓后體積變小，管坯內(nèi)的液體隨管坯體積變小而壓力升高，(同時增壓系統(tǒng)可根據(jù)管坯復(fù)合及變形情況確定是否增壓)，隨著管內(nèi)壓力升高，內(nèi)層管由彈性變形狀態(tài)進(jìn)入塑性變形狀態(tài)，并貼緊外管，內(nèi)外兩管緊密貼合在一起，當(dāng)管內(nèi)壓力進(jìn)一步升高，達(dá)到三通支管脹出所需要的壓力時，金屬材料在側(cè)缸和管坯內(nèi)液體壓力的雙重作用下沿模具內(nèi)腔流動而脹出支管，其中所述步驟4)中設(shè)備的增壓系統(tǒng)提供內(nèi)壓Pi為在80-120MPa;所述步驟4)中左右油缸提供壓力Fa為在8-20T，上油缸提供支管端部的平衡力Fq為在8-20T，所述步驟4)中隨著管內(nèi)壓力升高，達(dá)到50_80MPa時，內(nèi)層管由彈性變形狀態(tài)進(jìn)入塑性變形狀態(tài)，并貼緊外管，內(nèi)外兩管緊密貼合在一起，當(dāng)管內(nèi)壓力進(jìn)一步升高，達(dá)到85-100MPa時金屬材料在側(cè)缸和管坯內(nèi)液體壓力的雙重作用下沿模具內(nèi)腔流動而脹出支管。
[0012]具體復(fù)合脹形工藝如下:
三通管的液壓脹形成形過程，按力學(xué)特性可分為兩個階段，分別是:自由脹形階段。從管坯開始發(fā)生塑性變形直到平衡沖頭頂端與管坯端部接觸為止。在擠壓沖頭與內(nèi)壓的雙重作用下，管坯從彈性變形進(jìn)入到塑性變形階段，并在模具、擠壓沖頭與內(nèi)壓的約束下，在主管型腔的過度區(qū)域產(chǎn)生突起直至突起部分接觸到平衡沖頭。這個階段管坯的最大變形量是由金屬允許的管壁減薄量和自由狀態(tài)下管坯能承受的壓縮量所決定的，此時如果內(nèi)壓不足，如內(nèi)壓低于50MPa時，管坯就會失穩(wěn)起皺，反之管坯就會變薄甚至破裂。
[0013]三通管液壓脹形的軸向擠壓力由三個部分組成，一個是管坯內(nèi)液體對沖頭的反作用力；一個是使管坯沿軸向發(fā)生塑性變形所需要的力；一個力是管坯與模腔接觸面之間的摩擦力。
[0014]穩(wěn)定變形階段。從支管端部與平衡沖頭接觸開始，直至成形結(jié)束。此時，管件受到三種力的作用，即內(nèi)部脹形力、擠壓力和平衡力。當(dāng)這三個力保持合理的比例關(guān)系時，變形金屬處于高靜水壓力和有利于塑性變形的偏應(yīng)力狀態(tài)下，能夠按理想的狀態(tài)變形。
[0015]通過研究分析得知，三通管的壁厚變化與液壓脹形時三通管各部位的受力情況有關(guān)。一是脹形過程中，主要變形區(qū)(指整個成形支管以及與支管直接對應(yīng)和相鄰的部分主管，這部分區(qū)域在脹形過程中較大)中的絕大部分區(qū)域的主應(yīng)變?yōu)槔瓚?yīng)變，非主要變形區(qū)中，僅在主管兩端部分區(qū)域以及與之相連的主要變形區(qū)中，支管兩側(cè)壁中下部較狹小的區(qū)域其主應(yīng)變?yōu)閴簯?yīng)變，而在整個脹形過程中全部管件區(qū)域的次應(yīng)變均為壓應(yīng)變，最大次應(yīng)變位于最大變形區(qū)中支管頂部邊緣一側(cè)曲率變化較大的部位;最小次應(yīng)變也是所有應(yīng)變中數(shù)值最大的壓應(yīng)變，它與最大主應(yīng)變位于相同區(qū)域幾乎同一位置。在整個脹形過程中，除支管頂部的最大變形區(qū)以外，三通管其他所有區(qū)域脹形所產(chǎn)生的主、次應(yīng)變中，壓應(yīng)變的值均大于拉應(yīng)變。根據(jù)對三通管脹形時的應(yīng)變分析可知，一方面，三通管各部分在液壓脹形過程中的受力情況是不同的，另一方面，三通管各部分在液壓脹形過程中壁厚變化情況也是不同的。脹形過程中管件壁厚減薄是軸向擠壓脹形中不可避免的現(xiàn)象，若想通過增大脹形介質(zhì)內(nèi)壓力來獲得更大的變形量，就應(yīng)該采用以上介紹的復(fù)合成形工藝，通過支管沖頭平衡力改變脹形區(qū)的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)，使脹形管件在較高的靜水壓力下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的變形。復(fù)合脹形力學(xué)模型如圖2所示，它是在軸向壓縮脹形的同時，另外對脹形區(qū)施加徑向反壓力，即支管平衡力Fq。脹形過程中，脹形介質(zhì)所產(chǎn)生的內(nèi)壓力Pi作用在內(nèi)管坯內(nèi)表面，用以提供使內(nèi)管與外管脹合和使管坯金屬流向凹模支管空腔所需的徑向擴(kuò)張力;Fa施加在管坯端面上，提供軸向擠壓力;Fq作用在脹形支管的端部，以平衡支管內(nèi)脹形介質(zhì)所產(chǎn)生的脹形力。由于徑向反壓力的作用，使脹形區(qū)最大變形處的應(yīng)力狀態(tài)得到了明顯的改善，為發(fā)揮材料的塑性變形提供了有利的變形條件。運(yùn)用非雙金屬管坯一次性制備雙金屬復(fù)合三通管工藝的技術(shù)關(guān)鍵，除了需要保證軸向壓力與內(nèi)壓力的比值合適外，施加反壓力的大小與時間無疑是重要的影響因素。反壓力過小，不能有效地抑制脹形區(qū)減薄;反壓力過大，不僅使脹形內(nèi)壓力和軸向擠壓力相應(yīng)地增大，從而導(dǎo)致凹模圓角處壁厚顯著增加，甚至?xí)驗(yàn)檩^大壓縮應(yīng)力的作用，導(dǎo)致主管直壁失穩(wěn)起皺，甚至損壞模具。因此，施加的反壓力的大小，應(yīng)以能維持平衡支管內(nèi)的脹形力為依據(jù)。理論與實(shí)驗(yàn)研究表明，這種復(fù)合脹