CN103071736A - 一种大型钛制封头复合成型工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大型钛制封头复合成型工艺，包括以下步骤：一、多模多次热冲压加工成型封头凸出部分：按照预先设计的大型钛制封头凸出部分的结构和尺寸，采用冲压机由先至后对置于冲压模具内的被加工坯料进行多次热冲压，并获得封头半成品；二、切边：对封头半成品进行切边；三、冷旋压加工成型封头直边部分与转角过渡部分：按照预先设计的大型钛制封头直线部分和转角过渡部分的结构与尺寸，采用旋压设备对步骤二中切边后封头半成品的上部端口进行冷旋压处理，获得加工成型的封头成品。本发明工艺步骤简单、设计合理且操控简便、使用效果好，所加工成型封头的力学性能和化学成分均能满足相关标准要求。
Description
技术领域
本发明属于封头制造技术领域，尤其是涉及一种大型钛制封头复合成型工艺。
背景技术
封头是压力容器的承压部件，根据几何形状的不同，可分为球形、椭圆形、碟形、球冠形、锥壳和平盖等几种，其中球形、椭圆形、碟形和球冠型封头又统称为凸形封头。对于凸形封头（除球冠型封头），其中部为向外凸出的凸出部分，该凸出部分的开口端上设置有一圈直边（即直边部分），且该凸出部分与直边部分之间为转角过渡部分。球形、椭圆形、碟形和球冠型封头的凸出部分相应为半球形、椭圆形、碟形和球冠形。
随着化工领域的快速发展和某些特殊场合的要求，化工和石油化工设备也逐步大型化和高压化，大型封头的实际需求日益迫切。封头是压力容器上的重要构件，主要起承压作用，传统主要采用冲压成型方法和旋压成型方法。由于钛材耐蚀性好，能够大大提高储罐或压力容器的使用寿命，钛制封头的应用领域越来越广泛。随着封头大型化和高压化的发展，传统的成型方法在保留主要优点的同时，不断地显现出各自的缺点，下面对两种传统成型方法存在的问题进行阐述：
冲压成型方法：分为热冲压和冷冲压两种，特点为直边段壁厚增加，转角过渡部分壁厚减薄。为了得到形状和尺寸比较精确的工件，冷冲压成型要考虑脱模后的回弹问题；热冲压成型要考虑高温成形后的冷却尺寸收缩问题。随着封头大型化，需成型总深度显著增大，从而直边段增厚也越来越明显，需要考虑阳模和阴模的配合间隙越来越大，一次整体冲压成型极为困难，而且随着封头尺寸大型化，冲压封头的尺寸和精度保证方面越 来越差，需要对设备的资金投入越来越多，高昂的设备成本极大程度限制了冲压成型方法的应用。另一方面，热冲压过程中高温材料流塑性好，在阳模压制力作用下，坯料直边段受切向压缩应力和过渡段挤压的共同作用，导致直边段增厚、刚性增强，而过渡段及附近减薄明显，产生变形硬化，容易产生直边处撕裂和严重的过渡处应力集中问题。
旋压成型方法：旋压法最适宜品种多、数量少的大型封头生产。旋压方法和冲压方法相比，它的优点：1）对于大型封头，旋压的成型工装结构尺寸小且简单，投入成本低，工装更换比较方便和快速；2）旋压成型工装的通用范围广，只需要调节内外滚的相对位置，就能生产出不同规格尺寸的封头；3）从工艺特点考虑，大直径薄壁封头冲压起皱问题，采用旋压法可以解决。旋压成型方法是由内滚轮和外滚轮配合挤压使用，其中内滚轮的回转是靠与封头之间的摩擦力，从而容易导致壁厚减薄增大，壁厚的减薄是旋压成形的关键。相对冲压成型工艺，旋压成形操作过程中自由度比较多，因设备种类不同、操作人不同和操作方法的不同，均会导致更为显著的减薄现象，存在更大的差异和不稳定性，因而旋压成型方法不适合厚壁或下压量比较大的封头。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种大型钛制封头复合成型工艺，其工艺步骤简单、设计合理且操控简便、使用效果好，所加工成型封头的力学性能和化学成分均能满足相关标准要求。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种大型钛制封头复合成型工艺，所加工的大型钛制封头为凸形封头，所述凸形封头的公称直径大于4000mm；所述凸形封头包括凸出部分，所述凸出部分的开口端为直边部分，且所述凸出部分与所述直边部分之间为转角过渡部分，其特征在于该工艺包括以下步骤：
步骤一、多模多次热冲压加工成型封头凸出部分：按照预先设计的所述大型钛制封头凸出部分的结构和尺寸，采用冲压机由先至后对置于冲压模具内的被加工坯料进行多次热冲压，并获得封头半成品；其中，热冲压次数为N次，N≥3；所述冲压模具包括呈阴模和布设在阴模正上方的阳模，所述被加工坯料置于阴模和阳模之间；每一次热冲压过程中，所述被加工坯料的温度均不低于550℃；
N次热冲压过程中，采用同一个阳模，且阳模的结构和尺寸均与所述大型钛制封头凸出部分的内部结构和尺寸一致；N次热冲压过程中，所采用阴模的形状均为圆环形，所采用阴模的数量为k，其中K≤N，且k个所述阴模的内径按照使用的先后顺序逐渐增大；第N次热冲压时，所采用阴模的内径与所述大型钛制封头凸出部分的开口端外径一致；
步骤二、切边：对步骤一中所述封头半成品进行切边；
步骤三、冷旋压加工成型封头直边部分与转角过渡部分：按照预先设计的所述大型钛制封头直线部分和转角过渡部分的结构与尺寸，采用旋压设备对步骤二中切边后所述封头半成品的开口端进行冷旋压处理，获得加工成型的封头成品；且进行冷旋压处理时，所述封头半成品的旋压部位温度为150℃～300℃。
上述一种大型钛制封头复合成型工艺，其特征是：步骤一中所述阴模的内侧壁上部与被加工坯料之间的接触面为圆弧形接触面，且每一次对阴模进行更换后，还需在更换后的阴模的所述圆弧形接触面上均匀涂刷一层耐高温润滑剂或一层石墨粉，并相应在所述圆弧形接触面上形成一层厚度为0.2mm～1mm的耐高温润滑涂层二。
上述一种大型钛制封头复合成型工艺，其特征是：步骤三中进行冷旋压加工之前，还需按照预先设计的所述大型钛制封头凸出部分的结构和尺寸，采用压鼓机对步骤二中切边后的所述封头半成品进行整形；且对所述封头半成品进行整形之前，需先将所述封头半成品的需整形部位预热到180℃～300℃。
上述一种大型钛制封头复合成型工艺，其特征是：步骤二中对所述封头半成品进行切边后，还需对切边后的所述封头半成品的内外表面均进行喷砂处理，并将所述封头半成品内外表面的粗糙度均处理为Sa2.5级以上。
上述一种大型钛制封头复合成型工艺，其特征是：步骤一中对被加工坯料进行多次热冲压之前，先在被加工坯料的表面上均匀涂刷一层耐高温防氧化涂料，并相应在被加工坯料的表面上形成一层厚度为0.2mm～1.0mm的耐高温防氧化涂层一。
上述一种大型钛制封头复合成型工艺，其特征是：步骤一中进行N次热冲压时，N≤10。
上述一种大型钛制封头复合成型工艺，其特征是：步骤一中进行N次热冲压时，所采用的k个所述阴模按照使用先后顺序分别为1#阴模、2#阴模…k#阴模，j#阴模的内径大于i#阴模的内径，其中j=i+1，其中i=1、2…k-1；且进行N次热冲压时，其热冲压过程如下：
步骤101、第一次热冲压：先将被加工坯料加热到600℃～700℃，同时将阳模预热到150℃～300℃；之后，将预热后的被加工坯料置于由1#阴模和预热后的阳模组成的冲压模具内，之后采用所述冲压机对所述被加工坯料进行热冲压，获得本次热冲压后的封头初步产品；
步骤102、下一次热冲压：先将上一次热冲压后所获得的封头初步产品加热到600℃～700℃，同时将阳模预热到150℃～300℃；之后，将预热后的所述封头初步产品置于由m#阴模和预热后的阳模组成的冲压模具内，之后采用所述冲压机对所述被加工坯料进行热冲压，获得本次热冲压后的封头初步产品；其中m=2、3…k；
步骤103、当前所完成热冲压次数判断：当判断得出当前所完成的热冲压次数=N时，则完成热冲压过程，获得所述封头半成品；否则，返回步骤102。
上述一种大型钛制封头复合成型工艺，其特征是：步骤101中将被加工坯料加热到600℃～700℃后，还需将被加工坯料在600℃～700℃温度 条件下进行保温，且保温时间t1=c×d1，其中c=1～3，d1为被加工坯料的厚度且其单位为mm；步骤102中将上一次热冲压后所获得的封头初步产品加热到600℃～700℃后，还需将所述封头初步产品在600℃～700℃温度条件下进行保温，保温时间为t1且其单位为min；步骤一中进行N次热冲压时，第i次热冲压完成后所获得封头初步产品的中部为一个凸出部，且所述凸出部的上部端口外径与本次热冲压所采用阴模的内径一致。
上述一种大型钛制封头复合成型工艺，其特征是：步骤101中将被加工坯料加热到600℃～700℃时，采用天然气炉进行加热；步骤102中将上一次热冲压后所获得的封头初步产品加热到600℃～700℃时，采用天然气炉进行加热。
上述一种大型钛制封头复合成型工艺，其特征是：步骤101中进行热冲压时，所述被加工坯料中部在竖直方向上的下压速率为4mm/s～5mm/s；步骤102中进行热冲压时，所述封头初步产品中部在竖直方向上的下压速率为2mm/s～3mm/s；
步骤101中进行第一次热冲压过程中，所述被加工坯料中部在竖直方向上的下压量为0.28h～0.4h；步骤102中进行下一次热冲压过程中，所述封头初步产品中部的下压量为0.1h±0.02h；其中，h为所述凸型封头的设计总深度。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、工艺步骤简单、操作简便且实现方便，投入成本较低。
2、采用适当厚度的防高温氧化涂料，有效防止了热冲压制造过程中钛表面的氧化问题，保证了坯料的塑韧性。
3、对阴模的上表面内边沿涂抹适当厚度的石墨粉或耐高温润滑油，解决了封头冲压过程中，尤其是对于大型封头的多次冲压过程中，封头直线部分与转角过渡部分的外表面被划伤或撕裂的问题。
4、设计合理，从三个方面降低了设备压制力和封头过分减薄现象：其一，坯料加热完成后，快速吊运和找正坯料，热冲压过程温度控制在700 ℃～550℃，提高了始压温度和保证了终压温度至少在钛材退火温度（540℃～600℃）范围内，使得热冲压过程很好的塑形变形，降低了封头的压制力；其二，阴模上表面内边沿涂抹耐高温润滑油或石墨粉，很好保证了热冲压的顺利进行，同时降低了封头过渡段处的过分减薄；其三，封头始压和终压过程中，放缓压制速度，使封头变形尽量均匀，降低封头局部过分减薄和整体壁厚平均减薄量，同时也降低了压制力。
5、采用多模多次热冲压，显著减小或消除了加工硬化或应力集中，保证了热冲压成形过程安全高质量顺利完成，同时，可以减少或消除鼓包、褶皱或拉断等缺陷。
6、采用热冲压和冷旋压复合成型方法，利用二者成型的优点，同时利用压鼓机整形和喷砂等一系列工序，不但提高了成形精度，而且使得封头最终成型更加美观，提高了封头使用的安全可靠性，特别适合大型中厚度封头的制造。同时，采用本发明也可以对不带直边部分的封头（如球冠型封头等）进行加工，但对不带直边部分的封头进行加工时，只需先进行多模多次多热冲压，且待多模多次多热冲压后，再进行切边，之后再对切边后的封头半成品的开口端进行加工，使得其开口端满足设计要求。
7、使用效果好，具有以下优点：第一、有效防止了钛封头在热成形过程中的氧化问题；第二、通过多模多次多热处理的方式，解决了成形过程中的变形硬化和过渡段处应力集中问题；第三、成型后的封头，力学性能和化学成分均能满足相关标准要求，消除了吸氢、吸氧和吸氮对封头质量的影响，特别适用于大直径中厚尺寸钛制封头的制造。
8、适用范围广，且推广应用前景广泛，同样适用于大型钛钢复合板封头的成型。
综上所述，本发明工艺步骤简单、设计合理且操控简便、使用效果好，所加工成型封头的力学性能和化学成分均能满足相关标准要求。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的工艺流程框图。
图2为本发明的热冲压状态示意图。
图3为本发明的冷旋压状态示意图。
附图标记说明:
1—定位压边环； 2—阳模； 3—液压吊柱；
4—阴模； 5—液压顶柱； 6—液压脱模顶柱；
7—被加工坯料； 8—热冲压成型封头； 9—内滚轮；
10—外滚轮；
具体实施方式
如图1所示的一种大型钛制封头复合成型工艺，所加工的大型钛制封头为凸形封头，所述凸形封头的公称直径大于4000mm；所述凸形封头包括凸出部分，所述凸出部分的开口端为直边部分，且所述凸出部分与所述直边部分之间为转角过渡部分，该工艺包括以下步骤：
步骤一、多模多次热冲压加工成型封头凸出部分：按照预先设计的所述大型钛制封头凸出部分的结构和尺寸，采用冲压机由先至后对置于冲压模具内的被加工坯料7进行多次热冲压，并获得封头半成品；其中，热冲压次数为N次，N≥3；所述冲压模具包括呈阴模4和布设在阴模4正上方的阳模2，所述被加工坯料7置于阴模4和阳模2之间；每一次热冲压过程中，所述被加工坯料7的温度均不低于550℃；其热冲压状态详见图2。
实际进行N次热冲压过程中，所述被加工坯料7的温度控制在700℃～550℃的范围内。
N次热冲压过程中，采用同一个阳模2，且阳模2的结构和尺寸均与所述大型钛制封头凸出部分的内部结构和尺寸一致；N次热冲压过程中，所采用阴模4的形状均为圆环形，所采用阴模4的数量为k，其中K≤N，且k个所述阴模4的内径按照使用的先后顺序逐渐增大；第N次热冲压时， 所采用阴模4的内径与所述大型钛制封头凸出部分的开口端外径一致。
实际加工时，所述凸形封头为球形封头、球形、椭圆形、碟形或球冠型封头，且所述凸出部分的形状相应为封头、球形、椭圆形、碟形或球冠形。所述凸出部分的开口端（即所述直边部分）为圆形。所述凸形封头的公称直径为所述直边部分的内径。本实施例中，所加工的大型钛制封头的公称直径为DN5400mm且其壁厚为20mm。
步骤一中进行热冲压之前，先准备被加工坯料7，且预先所准备的所述被加工坯料7为圆形坯料，并且需对所述圆形坯料表面的油污和杂物进行清除。本实施例中，准备圆形坯料时，先将钛板材按照下料尺寸在制作平台上划圆，确定拼接坯料的个数和形状，并拼焊成所述圆形坯料，将待冲压面焊缝余高打磨至与母材平齐，并清理扇形坯料表面的油污和杂物。
本实施例中，对被加工坯料7进行多次热冲压之前，先在被加工坯料7（即所述圆形坯料）的表面上均匀涂刷一层耐高温防氧化涂料，并相应在被加工坯料7的表面上形成一层厚度为0.2mm～1.0mm的耐高温防氧化涂层一。
本实施例中，在被加工坯料7的表面上均匀涂刷一层钛合金抗氧化热轧保护涂料KBC-12，且涂刷厚度为0.4mm。实际进行涂刷时，可根据具体需要，对耐高温防氧化涂层一的厚度在0.2mm～1.0mm的范围内进行相应调整，并且可以采用其它型号的耐高温防氧化涂料。
实际进行冲压过程中，所涂刷的耐高温防氧化涂层一能对被加工坯料7的外表面进行有效保护，有效防止了热冲压过程中钛材表面的氧化问题，保证了被加工坯料7的塑韧性。
本实施例中，所述阴模4通过沿圆周方向布设的多个液压顶柱5进行支撑固定，且阴模4呈水平向布设。所述阳模2位于阴模4的正上方。所述被加工坯料7置于所述阳模2与阴模4之间，并且被加工坯料7上部通过定位压边环1进行压紧固定，所述定位压边环1通过多个沿圆周方向布设的液压吊柱3进行固定，且所述定位压边环1呈水平布设，所述阳模2呈水 平向布设。实际进行热冲压时，采用冲压机由上至下对阳模2施压冲压力。同时，所述阴模4的正下方设置有液压顶柱5。
实际进行N次热冲压时，所采用的k个所述阴模4按照使用先后顺序分别为1#阴模、2#阴模…k#阴模，j#阴模的内径大于i#阴模的内径，其中j=i+1，其中i=1、2…k-1；且进行N次热冲压时，其热冲压过程如下：
步骤101、第一次热冲压：先将被加工坯料7加热到600℃～700℃，同时将阳模2预热到150℃～300℃；之后，将预热后的被加工坯料7置于由1#阴模和预热后的阳模2组成的冲压模具内，之后采用所述冲压机对所述被加工坯料7进行热冲压，获得本次热冲压后的封头初步产品；
步骤102、下一次热冲压：先将上一次热冲压后所获得的封头初步产品加热到600℃～700℃，同时将阳模2预热到150℃～300℃；之后，将预热后的所述封头初步产品置于由m#阴模和预热后的阳模2组成的冲压模具内，之后采用所述冲压机对所述被加工坯料7进行热冲压，获得本次热冲压后的封头初步产品；其中m=2、3…k；
步骤103、当前所完成热冲压次数判断：当判断得出当前所完成的热冲压次数=N时，则完成热冲压过程，获得所述封头半成品；否则，返回步骤102。
同时，步骤101中将被加工坯料7加热到600℃～700℃后，还需将被加工坯料7在600℃～700℃温度条件下进行保温，且保温时间t1=c×d1，其中c=1～3，d1为被加工坯料7（即预先准备的所述圆形坯料）的厚度且其单位为mm；步骤102中将上一次热冲压后所获得的封头初步产品加热到600℃～700℃后，还需将所述封头初步产品在600℃～700℃温度条件下进行保温，保温时间为t1且其单位为min。
步骤101中将被加工坯料7加热到600℃～700℃时，采用天然气炉进行加热；步骤102中将上一次热冲压后所获得的封头初步产品加热到600℃～700℃时，采用天然气炉进行加热。
步骤一中进行N次热冲压时，N≤10。本实施例中，N=7。实际进行热 冲压处理时，可根据具体需要，将热冲压次数N在3次～10次之间进行相应调整。步骤一中进行N次热冲压时，第i次热冲压完成后所获得封头初步产品的中部为一个凸出部，且所述凸出部的上部端口外径与本次热冲压所采用阴模4的内径一致。待完成N次热冲压后，所述封头初步产品中部的凸出部便为所述大型钛制封头的凸出部分。
实际操作过程中，步骤101中进行热冲压时，所述被加工坯料7中部在竖直方向上的下压速率为4mm/s～5mm/s；步骤102中进行热冲压时，所述封头初步产品中部在竖直方向上的下压速率为2mm/s～3mm/s。
步骤101中进行第一次热冲压过程中，所述被加工坯料7中部在竖直方向上的下压量为0.28h～0.4h；步骤102中进行下一次热冲压过程中，所述封头初步产品中部的下压量为0.1h±0.02h；其中，h为所述凸形封头的设计总深度。
本实施例中，所述圆形坯料的厚度为30mm，t1=45min～50min。
本实施例中，步骤101中进行第一次热冲压时，所采用的阴模4为1#阴模，且第一次热冲压完成后所获得封头初步产品的凸出部的上部端口内径为4800mm，所述1#阴模的内径与该凸出部的上部端口外径一致（所述封头初步产品与所述1#阴模之间的中间间隙不考虑）。进行第一次热冲压时，先将被加工坯料7（即所述圆形坯料）预热到700℃，同时将阳模2预热到150℃～200℃；之后，将预热后的被加工坯料7置于由1#阴模和预热后的阳模2组成的冲压模具内，然后采用所述冲压机对所述被加工坯料7进行热冲压，获得第一次热冲压后的封头初步产品。
本实施例中，进行第一次热冲压过程中，所述被加工坯料7的温度在680℃～580℃范围内。
本实施例中，步骤101中进行热冲压时，所述被加工坯料7中部在竖直方向上的下压速率为4.5mm/s；且进行第一次热冲压过程中，所述被加工坯料7中部在竖直方向上的下压量为0.34h。
本实施例中，步骤102中进行第二次热冲压时，所采用的阴模4为2# 阴模，且第二次热冲压完成后所获得封头初步产品的凸出部的上部端口内径为5200mm，所述2#阴模的内径与该凸出部的上部端口外径一致（所述封头初步产品与所述2#阴模之间的中间间隙不考虑）。进行第二次热冲压时，先将第一次热冲压后所获得的封头初步产品预热到700℃，同时将阳模2预热到150℃～200℃；之后，将预热后的封头初步产品置于由2#阴模和预热后的阳模2组成的冲压模具内，然后采用所述冲压机对所述被加工坯料7进行热冲压，获得第二次热冲压后的封头初步产品。经过第二次热冲压后，所述封头初步产品的凸出部进一步加深。
本实施例中，进行第二次热冲压过程中，所述被加工坯料7的温度在680℃～580℃范围内。
本实施例中，步骤102中进行热冲压时，所述被加工坯料7中部在竖直方向上的下压速率为2.4mm/s；且进行第一次热冲压过程中，所述被加工坯料7中部在竖直方向上的下压量为0.11h。
本实施例中，再5次重复步骤102后（即按照步骤102中所述的方法，进行第三次至第七次热冲压后，且第三次至第七次热冲压时所采用的阴模4均为3#阴模），便获得热冲压成型的所述封头半成品，所述封头半成品的凸出部深度为h（h为需加工大型钛制封头的设计总深度），即获得加工成型的所述凸出部分。其中，第三次至第七次热冲压完成后所获得封头初步产品的凸出部的上部端口内径均为5400mm，3#阴模的内径与该凸出部的上部端口外径一致（所述封头初步产品与所述3#阴模之间的中间间隙不考虑）。
步骤一中所述阴模4的内侧壁上部与被加工坯料7之间的接触面为圆弧形接触面，且每一次对阴模4进行更换后，还需在更换后的阴模4的所述圆弧形接触面上均匀涂刷一层耐高温润滑剂或一层石墨粉，并相应在所述圆弧形接触面上形成一层厚度为0.2mm～1.0mm的耐高温润滑涂层二。
本实施例中，所述耐高温润滑涂层二的厚度为0.4mm。实际加工过程中，所述耐高温润滑涂层二能有效防止在冲压过程中，阴模4的上表面内 边沿划伤或撕裂需成型封头的直边部分和/或转角过渡部分的外表面钛材。
实际进行热冲压时，使用的阴模4均为冲压该规格封头的模具，与实际模具有一定的单边间隙。
步骤二、切边：对步骤一中所述封头半成品进行切边。
本实施例中，进行切边时，按照需加工大型钛制封头8的设计尺寸进行切边。
本实施例中，依据GB/T25198-2012《压力容器封头》，按照各种形式封头的参数关系，计算封头的设计总深度h，并利用等离子切割机进行切边。
本实施例中，步骤二中对所述封头半成品进行切边后，还需对切边后的所述封头半成品的内外表面均进行喷砂处理，并将所述封头半成品内外表面的粗糙度均处理为Sa2.5级以上。
经过喷砂处理后，将所述封头半成品的内外表面的耐高温防氧化涂层一进行去除。
同时，步骤三中进行冷旋压加工之前，还需按照预先设计的所述大型钛制封头凸出部分的结构和尺寸，采用压鼓机对步骤二中切边后的所述封头半成品进行整形；且对所述封头半成品进行整形之前，需先将所述封头半成品的需整形部位预热到180℃～300℃。
本实施例中，对所述封头半成品进行整形之前，需先将所述封头半成品的需整形部位预热到180℃～200℃。并且整形之前进行预热时，采用天然气炉进行加热。
步骤三、冷旋压加工成型封头直边部分与转角过渡部分：按照预先设计的所述大型钛制封头直线部分和转角过渡部分的结构与尺寸，采用旋压设备对步骤二中切边后所述封头半成品的开口端进行冷旋压处理，获得加工成型的封头成品；且进行冷旋压处理时，所述封头半成品的旋压部位温度为150℃～300℃，其冷旋压状态详见图3。
实际进行冷旋压时，利用旋压设备的内滚轮9和外滚轮8对所述封头 半成品（即热冲压成型封头8）的上部端口进行冷旋压处理。
本实施例中，冷旋压过程中，所述封头半成品旋压部位的温度控制在150℃～200℃范围内。
本实施例中，所述封头成品的外周长公差为（-15～+18）mm。
实际成型过程中，冷旋压过程结束后，还需利用大型立式车床加工所述封头成品的坡口，所加工的坡口与封头所安装的筒体（DN5400×12）相匹配，采用内平齐削边外坡口。
最后，还需对加工成型的封头成品上的焊缝分别进行渗透和射线等无损检测（包括涡流、超声等）。对焊缝分别按照JB/T4730.2-2005和JB/T4730.5-2005进行100%RT和100%PT，要求100%RT符合Ⅱ级，100%PT符合I级。
本实施例中，所加工成型的大型钛制封头的内外表面光亮，无氧化，成型美观，焊缝按照JB/T4730.2-2005进行100%RT，符合Ⅱ级；按照JB/T4730.5-2005进行100%PT，符合Ⅰ级，最终通过封头成形后的切边取样、力学性能分析以及化学成分分析，满足化工行业中耐腐蚀性能较高的工况，大幅度提高了封头使用的安全可靠性。
实施例2
本实施例中，与实施例1不同的是：步骤一中对被加工坯料7进行多次热冲压之前，先在被加工坯料7（即所述圆形坯料）的外表面上均匀涂刷一层耐高温防氧化涂料，并相应在被加工坯料7的表面上形成一层厚度为0.2mm的耐高温防氧化涂层一；N=10；步骤101中进行第一次热冲压时，先将被加工坯料7（即所述圆形坯料）预热到600℃，同时将阳模2预热到150℃～200℃；且进行第一次热冲压过程中，所述被加工坯料7的温度在600℃～550℃范围内；步骤101中进行热冲压时，所述被加工坯料7中部在竖直方向上的下压速率为4mm/s；且进行第一次热冲压过程中，所述被加工坯料7中部在竖直方向上的下压量为0.28h；步骤102中进行第二次热冲压时，先将第一次热冲压后所获得的封头初步产品加热到600℃， 同时将阳模2预热到150℃～200℃；且进行第二次热冲压过程中，所述被加工坯料7的温度在600℃～550℃范围内；步骤102中进行热冲压时，所述被加工坯料7中部在竖直方向上的下压速率为2mm/s；且进行第二次热冲压过程中，所述被加工坯料7中部在竖直方向上的下压量为0.08h；进行第三次至第十次热冲压时，所采用的阴模4均为3#阴模，且均将上一次热冲压后所获得的封头初步产品加热到600℃，同时将阳模2预热到150℃～200℃；且进行第三次至第十次热冲压过程中，所述被加工坯料7的温度在600℃～550℃范围内，所述被加工坯料7中部在竖直方向上的下压速率为2mm/s，且每一次热冲压过程中所述被加工坯料7中部在竖直方向上的下压量为0.08h；所述耐高温润滑涂层二的厚度为0.2mm；对所述封头半成品进行整形之前，需先将所述封头半成品的需整形部位预热到180℃～250℃；步骤三中进行冷旋压加工时，所述封头半成品旋压部位的温度在150℃～250℃范围内。
本实施例中，其余工艺步骤和工艺参数均与实施例1相同。
实施例3
本实施例中，与实施例1不同的是：步骤一中对被加工坯料7进行多次热冲压之前，先在被加工坯料7（即所述圆形坯料）的外表面上均匀涂刷一层耐高温防氧化涂料，并相应在被加工坯料7的表面上形成一层厚度为1mm的耐高温防氧化涂层一；N=6；步骤101中进行第一次热冲压时，先将被加工坯料7（即所述圆形坯料）加热到700℃，同时将阳模2预热到200℃～250℃；且进行第一次热冲压过程中，所述被加工坯料7的温度在700℃～600℃范围内；步骤101中进行热冲压时，所述被加工坯料7中部在竖直方向上的下压速率为5mm/s；且进行第一次热冲压过程中，所述被加工坯料7中部在竖直方向上的下压量为0.4h；步骤102中进行第二次热冲压时，先将第一次热冲压后所获得的封头初步产品加热到700℃，同时将阳模2预热到150℃～250℃；且进行第二次热冲压过程中，所述被加工坯料7的温度在700℃～600℃范围内；步骤102中进行热冲压时，所 述被加工坯料7中部在竖直方向上的下压速率为3mm/s；且进行第二次热冲压过程中，所述被加工坯料7中部在竖直方向上的下压量为0.12h；进行第三次至第六次热冲压时，所采用的阴模4均为3#阴模，且均将上一次热冲压后所获得的封头初步产品加热到700℃，同时将阳模2预热到150℃～250℃；且进行第三次至第六次热冲压过程中，所述被加工坯料7的温度在700℃～600℃范围内，所述被加工坯料7中部在竖直方向上的下压速率为3mm/s，且每一次热冲压过程中所述被加工坯料7中部在竖直方向上的下压量为0.12h；所述耐高温润滑涂层二的厚度为1mm；对所述封头半成品进行整形之前，需先将所述封头半成品的需整形部位预热到240℃～300℃；步骤三中进行冷旋压加工时，所述封头半成品旋压部位的温度在240℃～300℃范围内。
本实施例中，其余工艺步骤和工艺参数均与实施例1相同。
实施例4
本实施例中，与实施例1不同的是：步骤一中对被加工坯料7进行多次热冲压之前，先在被加工坯料7（即所述圆形坯料）的外表面上均匀涂刷一层耐高温防氧化涂料，并相应在被加工坯料7的表面上形成一层厚度为0.6mm的耐高温防氧化涂层一；N=8；步骤101中进行第一次热冲压时，先将被加工坯料7（即所述圆形坯料）加热到650℃，同时将阳模2预热到250℃～300℃；且进行第一次热冲压过程中，所述被加工坯料7的温度在650℃～600℃范围内；步骤101中进行热冲压时，所述被加工坯料7中部在竖直方向上的下压速率为4.4mm/s；且进行第一次热冲压过程中，所述被加工坯料7中部在竖直方向上的下压量为0.3h；步骤102中进行第二次热冲压时，先将第一次热冲压后所获得的封头初步产品加热到650℃，同时将阳模2预热到250℃～300℃；且进行第二次热冲压过程中，所述被加工坯料7的温度在650℃～600℃范围内；步骤102中进行热冲压时，所述被加工坯料7中部在竖直方向上的下压速率为2.5mm/s；且进行第二次热冲压过程中，所述被加工坯料7中部在竖直方向上的下压量为0.1h；进 行第三次至第八次热冲压时，所采用的阴模4均为3#阴模，且均将上一次热冲压后所获得的封头初步产品加热到650℃，同时将阳模2预热到250℃～300℃；且进行第三次至第八次热冲压过程中，所述被加工坯料7的温度在650℃～600℃范围内，所述被加工坯料7中部在竖直方向上的下压速率为2.5mm/s，且每一次热冲压过程中所述被加工坯料7中部在竖直方向上的下压量为0.1h；所述耐高温润滑涂层二的厚度为1mm；对所述封头半成品进行整形之前，需先将所述封头半成品的需整形部位预热到260℃～300℃；步骤三中进行冷旋压加工时，所述封头半成品旋压部位的温度在260℃～300℃范围内。
本实施例中，其余工艺步骤和工艺参数均与实施例1相同。
实施例5
本实施例中，与实施例1不同的是：步骤一中对被加工坯料7进行多次热冲压之前，先在被加工坯料7（即所述圆形坯料）的外表面上均匀涂刷一层耐高温防氧化涂料，并相应在被加工坯料7的表面上形成一层厚度为0.6mm的耐高温防氧化涂层一；N=9；步骤101中进行第一次热冲压时，先将被加工坯料7（即所述圆形坯料）加热到650℃，同时将阳模2预热到250℃～300℃；且进行第一次热冲压过程中，所述被加工坯料7的温度在650℃～600℃范围内；步骤101中进行热冲压时，所述被加工坯料7中部在竖直方向上的下压速率为4.4mm/s；且进行第一次热冲压过程中，所述被加工坯料7中部在竖直方向上的下压量为0.36h；步骤102中进行第二次热冲压时，先将第一次热冲压后所获得的封头初步产品加热到650℃，同时将阳模2预热到250℃～300℃；且进行第二次热冲压过程中，所述被加工坯料7的温度在650℃～600℃范围内；步骤102中进行热冲压时，所述被加工坯料7中部在竖直方向上的下压速率为2.5mm/s；且进行第二次热冲压过程中，所述被加工坯料7中部在竖直方向上的下压量为0.08h；进行第三次至第九次热冲压时，所采用的阴模4均为3#阴模，且均将上一次热冲压后所获得的封头初步产品加热到650℃，同时将阳模2预热到250 ℃～300℃；且进行第三次至第九次热冲压过程中，所述被加工坯料7的温度在650℃～600℃范围内，所述被加工坯料7中部在竖直方向上的下压速率为2.5mm/s，且每一次热冲压过程中所述被加工坯料7中部在竖直方向上的下压量为0.08h；所述耐高温润滑涂层二的厚度为1mm；对所述封头半成品进行整形之前，需先将所述封头半成品的需整形部位预热到260℃～300℃；步骤三中进行冷旋压加工时，所述封头半成品旋压部位的温度在260℃～300℃范围内。
本实施例中，其余工艺步骤和工艺参数均与实施例1相同。
实施例6
本实施例中，与实施例1不同的是：步骤一中对被加工坯料7进行多次热冲压之前，先在被加工坯料7（即所述圆形坯料）的外表面上均匀涂刷一层耐高温防氧化涂料，并相应在被加工坯料7的表面上形成一层厚度为0.6mm的耐高温防氧化涂层一；N=3，步骤101中进行第一次热冲压过程中，所述被加工坯料7中部在竖直方向上的下压量为0.6h；步骤102中进行第二次和第三次热冲压时，所述被加工坯料7中部在竖直方向上的下压量均为0.2h。
本实施例中，其余工艺步骤和工艺参数均与实施例1相同。
实施例7
本实施例中，与实施例1不同的是：步骤一中对被加工坯料7进行多次热冲压之前，先在被加工坯料7（即所述圆形坯料）的外表面上均匀涂刷一层耐高温防氧化涂料，并相应在被加工坯料7的表面上形成一层厚度为0.6mm的耐高温防氧化涂层一；N=4，步骤101中进行第一次热冲压过程中，所述被加工坯料7中部在竖直方向上的下压量为0.46h；步骤102中进行第二次、第三次和第四次热冲压时，所述被加工坯料7中部在竖直方向上的下压量均为0.18h。
本实施例中，其余工艺步骤和工艺参数均与实施例1相同。
实施例8
本实施例中，与实施例1不同的是：步骤一中对被加工坯料7进行多次热冲压之前，先在被加工坯料7（即所述圆形坯料）的外表面上均匀涂刷一层耐高温防氧化涂料，并相应在被加工坯料7的表面上形成一层厚度为0.6mm的耐高温防氧化涂层一；N=4，步骤101中进行第一次热冲压过程中，所述被加工坯料7中部在竖直方向上的下压量为0.46h；步骤102中进行第二次、第三次和第四次热冲压时，所述被加工坯料7中部在竖直方向上的下压量均为0.15h。
本实施例中，其余工艺步骤和工艺参数均与实施例1相同。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (10)
1.一种大型钛制封头复合成型工艺，所加工的大型钛制封头为凸形封头，所述凸形封头的公称直径大于4000mm；所述凸形封头包括凸出部分，所述凸出部分的开口端为直边部分，且所述凸出部分与所述直边部分之间为转角过渡部分，其特征在于该工艺包括以下步骤：
步骤一、多模多次热冲压加工成型封头凸出部分：按照预先设计的所述大型钛制封头凸出部分的结构和尺寸，采用冲压机由先至后对置于冲压模具内的被加工坯料（7）进行多次热冲压，并获得封头半成品；其中，热冲压次数为N次，N≥3；所述冲压模具包括呈阴模（4）和布设在阴模（4）正上方的阳模（2），所述被加工坯料（7）置于阴模（4）和阳模（2）之间；每一次热冲压过程中，所述被加工坯料（7）的温度均不低于550℃；
N次热冲压过程中，采用同一个阳模（2），且阳模（2）的结构和尺寸均与所述大型钛制封头凸出部分的内部结构和尺寸一致；N次热冲压过程中，所采用阴模（4）的形状均为圆环形，所采用阴模（4）的数量为k，其中K≤N，且k个所述阴模（4）的内径按照使用的先后顺序逐渐增大；第N次热冲压时，所采用阴模（4）的内径与所述大型钛制封头凸出部分的开口端外径一致；
步骤二、切边：对步骤一中所述封头半成品进行切边；
步骤三、冷旋压加工成型封头直边部分与转角过渡部分：按照预先设计的所述大型钛制封头直线部分和转角过渡部分的结构与尺寸，采用旋压设备对步骤二中切边后所述封头半成品的开口端进行冷旋压处理，获得加工成型的封头成品；且进行冷旋压处理时，所述封头半成品的旋压部位温度为150℃～300℃。
2.按照权利要求1所述的一种大型钛制封头复合成型工艺，其特征在于：步骤一中所述阴模（4）的内侧壁上部与被加工坯料（7）之间的接触面为圆弧形接触面，且每一次对阴模（4）进行更换后，还需在更换后的阴模（4）的所述圆弧形接触面上均匀涂刷一层耐高温润滑剂或一层石墨粉，并相应在所述圆弧形接触面上形成一层厚度为0.2mm～1mm的耐高温润滑涂层二。
3.按照权利要求1或2所述的一种大型钛制封头复合成型工艺，其特征在于：步骤三中进行冷旋压加工之前，还需按照预先设计的所述大型钛制封头凸出部分的结构和尺寸，采用压鼓机对步骤二中切边后的所述封头半成品进行整形；且对所述封头半成品进行整形之前，需先将所述封头半成品的需整形部位预热到180℃～300℃。
4.按照权利要求2所述的一种大型钛制封头复合成型工艺，其特征在于：步骤二中对所述封头半成品进行切边后，还需对切边后的所述封头半成品的内外表面均进行喷砂处理，并将所述封头半成品内外表面的粗糙度均处理为Sa2.5级以上。
5.按照权利要求1或2所述的一种大型钛制封头复合成型工艺，其特征在于：步骤一中对被加工坯料（7）进行多次热冲压之前，先在被加工坯料（7）的表面上均匀涂刷一层耐高温防氧化涂料，并相应在被加工坯料（7）的表面上形成一层厚度为0.2mm～1.0mm的耐高温防氧化涂层一。
6.按照权利要求1或2所述的一种大型钛制封头复合成型工艺，其特征在于：步骤一中进行N次热冲压时，N≤10。
7.按照权利要求1或2所述的一种大型钛制封头复合成型工艺，其特征在于：步骤一中进行N次热冲压时，所采用的k个所述阴模（4）按照使用先后顺序分别为1#阴模、2#阴模…k#阴模，j#阴模的内径大于i#阴模的内径，其中j=i+1，其中i=1、2…k-1；且进行N次热冲压时，其热冲压过程如下：
步骤101、第一次热冲压：先将被加工坯料（7）加热到600℃～700℃，同时将阳模（2）预热到150℃～300℃；之后，将预热后的被加工坯料（7）置于由1#阴模和预热后的阳模（2）组成的冲压模具内，之后采用所述冲压机对所述被加工坯料（7）进行热冲压，获得本次热冲压后的封头初步产品；
步骤102、下一次热冲压：先将上一次热冲压后所获得的封头初步产品加热到600℃～700℃，同时将阳模（2）预热到150℃～300℃；之后，将预热后的所述封头初步产品置于由m#阴模和预热后的阳模（2）组成的冲压模具内，之后采用所述冲压机对所述被加工坯料（7）进行热冲压，获得本次热冲压后的封头初步产品；其中m=2、3…k；
步骤103、当前所完成热冲压次数判断：当判断得出当前所完成的热冲压次数=N时，则完成热冲压过程，获得所述封头半成品；否则，返回步骤102。
8.按照权利要求7所述的一种大型钛制封头复合成型工艺，其特征在于：步骤101中将被加工坯料（7）加热到600℃～700℃后，还需将被加工坯料（7）在600℃～700℃温度条件下进行保温，且保温时间t1=c×d1，其中c=1～3，d1为被加工坯料（7）的厚度且其单位为mm；步骤102中将上一次热冲压后所获得的封头初步产品加热到600℃～700℃后，还需将所述封头初步产品在600℃～700℃温度条件下进行保温，保温时间为t1且其单位为min；步骤一中进行N次热冲压时，第i次热冲压完成后所获得封头初步产品的中部为一个凸出部，且所述凸出部的上部端口外径与本次热冲压所采用阴模（4）的内径一致。
9.按照权利要求7所述的一种大型钛制封头复合成型工艺，其特征在于：步骤101中将被加工坯料（7）加热到600℃～700℃时，采用天然气炉进行加热；步骤102中将上一次热冲压后所获得的封头初步产品加热到600℃～700℃时，采用天然气炉进行加热。
10.按照权利要求1或2所述的一种大型钛制封头复合成型工艺，其特征在于：步骤101中进行热冲压时，所述被加工坯料（7）中部在竖直方向上的下压速率为4mm/s～5mm/s；步骤102中进行热冲压时，所述封头初步产品中部在竖直方向上的下压速率为2mm/s～3mm/s；
步骤101中进行第一次热冲压过程中，所述被加工坯料（7）中部在竖直方向上的下压量为0.28h～0.4h；步骤102中进行下一次热冲压过程中，所述封头初步产品中部的下压量为0.1h±0.02h；其中，h为所述凸型封头的设计总深度。
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