CN102899472A - 钛及钛合金u型弯管真空热处理方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钛及钛合金U型弯管真空热处理的方法及其装置，该方法采用外热式分段加热，加热过程中结合真空和惰性气体保护两种方式来调节气体氛围。其装置包括加热炉、真空系统和充气装置。加热炉采用外热式电阻分段加热；真空系统和充气装置分别与加热炉炉膛相连。本发明可消除或减少加工过程中产生的残余应力，改善加工性能，有利于再加工以及提高尺寸和组织的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及金属加工领域，特别是涉及为了消除钛及钛合金U型弯管变形所产生的应力而采取的真空热处理方法及其装置。
背景技术
换热器包括固定管板式，U型管板式及盘管式等多种形式，分别适用于不同场合。U型弯管适宜于温差大，管内流体比较干净的场合。U型弯管在弯制加工过程中会产生残余应力，引起尺寸变化，影响到弯管的使用寿命，因此必须对一定弯曲半径的弯管进行热处理，以消除残余应力。
钛是活性金属，高温时会与空气中的O、N、H、CO、CO2、NH3、H2O等发生强烈的化学反应，形成硬质表层，导致金属材料脆性增加，影响材料性能与进一步加工。因而，与碳钢、不锈钢、铜合金等金属的热处理工艺不同，钛的热处理工艺必须应用特殊热处理设备，采取真空热处理或氩气保护气氛热处理方式。现有的加热炉存在加热不均、炉内气氛不达标的问题，热处理效果不理想。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，更有效地对钛及钛合金U型弯管进行真空热处理。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种钛及钛合金U型弯管真空热处理的方法，采用外热式分段加热，加热过程中结合真空和惰性气体保护两种方式来调节气体氛围，在加热初期使用真空，温度超过定值后加入惰性气体调节气压。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种钛及钛合金U型弯管真空热处理的装置，包括加热炉、真空系统和充气装置。加热炉采用外热式电阻分段加热；真空系统和充气装置分别与加热炉炉膛相连。
在本发明一个较佳实施例中，钛及钛合金U型弯管真空热处理的装置还包括固定件和推送装置。固定件连接在推送装置上，用以固定钛及钛合金U型弯管。推送装置沿加热炉轴线方向来回移动。
本发明钛及钛合金U型弯管真空热处理方法及其装置可消除或减少加工过程中产生的残余应力，改善加工性能，有利于再加工以及提高尺寸和组织的稳定性。
附图说明
图1是本发明钛及钛合金U型弯管真空热处理装置的示意图；
图2是图1沿A向的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
本发明钛及钛合金U型弯管真空热处理的方法采用外热式分段加热钛及钛合金U型弯管，加热温度均匀，梯度小；加热过程中结合真空和惰性气体保护两种方式来调节加热装置的压力。
本发明钛及钛合金U型弯管真空热处理装置包括料架1、料车2、加热炉3、真空系统、惰性气体充气装置、水冷系统、气动系统和控制系统。
U型钛弯管因温度升高产生不必要的形变，影响其尺寸精度，以至于换热器制作时穿管困难。请参阅图1，为U型钛弯管设计的料架1可按尺寸要求固定多个钛及钛合金U型弯管。料架1可根据加工要求调节尺寸，将需要真空热处理的钛及钛合金U型弯管固定在带有滚轮的料车2上。
加热炉3采取外热式电阻加热，炉膛为类圆柱形，分段加热，即沿加热炉3轴线方向均匀间隔排布加热式电阻片。外热式电阻加热与内热式相比的优点是设备简单可靠，操作方便，便于维护，工作周期较短。而圆形炉膛与分段加热的设计使温度均匀，梯度小。
真空系统与加热炉3的炉膛连接。真空系统包括扩散泵4和机械泵5。钛及钛合金热处理必须保证一定的真空度。机械泵5能达到的真空度较底，扩散泵4能达到的真空度较高。抽真空时先启动机械泵5，达到一定真空度后才可启动扩散泵4。
加热炉3的炉膛具有充气口6，外接充气装置，以便在需要时充入惰性气体，使钛及钛合金U型弯管在惰性气体保护气氛中加热，以确保热处理取得更好的效果。
惰性气体通常选用氩气。
该装置还包括水冷系统、气动系统及控制系统。水冷系统用以给加热炉散热降温，气动系统协助真空系统和充气装置运转，控制系统控制温度及所有操作。
在进入真空热处理之前，按照除脂—超声清洗—酸洗—烘干的工序，将U型钛弯管清洗干净，这样处理后的管材光洁明亮，银白色，无氧化及污染痕迹。
请参阅图1和图2，多根钛及钛合金U型弯管叠加垒放在料车2上，并用多个料架1固定。料车2沿加热炉3轴线方向进退，将钛及钛合金U型弯管送入或拉出加热炉3。
在热处理过程中，先抽真空，使加热炉3内的压强不大于6.7x10-2 Pa（帕斯卡）。然后按预热-升温-保温-降温的工序处理。其中加热额定温度950℃，一般使用温度500～850℃。当温度超过750℃时，将加热炉3内压强控制在不小于2x10-3Pa，或充入惰性气体进行分压控制。降温至200℃以下即可出炉。
本发明钛及钛合金U型弯管真空热处理工艺及其装置可有效地消除弯管变形产生的应力，同时又避免高温下钛及钛合金材料受到氧、氮、氢等气体的污染，从而确保材料的性能及进一步加工。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (3)
1. 一种钛及钛合金U型弯管真空热处理的方法，其特征在于，采用外热式分段加热钛及钛合金U型弯管，加热过程中结合真空和惰性气体保护两种方式来调节气体氛围，在加热初期使用真空，温度超过定值后加入惰性气体。
2.一种钛及钛合金U型弯管真空热处理的装置，其特征在于，包括：加热炉、真空系统和惰性气体充气装置，所述加热炉采用外热式电阻分段加热，所述真空系统和惰性气体充气装置分别与加热炉炉膛相连。
3.按照权利要求2所述的钛及钛合金U型弯管真空热处理的装置，其特征在于：所述钛及钛合金U型弯管真空热处理的装置还包括固定件和推送装置，所述固定件连接在推送装置上，所述推送装置沿加热炉轴线方向来回移动。
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