CN103691795A - 一种有色金属三通的液压胀形成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有色金属三通的液压胀形成型方法，该方法为：一、清洗去除有色金属管坯内、外表面附着的杂质和油污，然后向有色金属管坯的外表面涂抹润滑剂；二、选择模具，将涂抹润滑剂的有色金属管坯置于模具模腔内；三、采用三通液压机对置于模具内的有色金属管坯进行液压胀形成型，得到半成品三通；四、对半成品三通进行热处理；五、对热处理后的半成品三通重复步骤二和步骤三，得到成型件；六、对成型件进行消应力热处理；七、切除成型件的支管堵头，然后进行坡口加工，最后喷砂处理，得到成品三通。本发明的方法有效防止了有色金属三通在制造过程中的氧化，降低或消除了成形过程中的残余应力及加工硬化问题，显著提高了产品成品率。

Description

一种有色金属三通的液压胀形成型方法

技术领域

本发明属于有色金属三通成型技术领域，具体涉及一种有色金属三通的液压胀形成型方法。

背景技术

三通管件为管路中不可缺少的元件之一，在石化、电力、机械、船舶、海洋等领域被广泛使用，且需求越来越多，尤其是海洋工程装备产业被作为国家重点规划产业，对有色金属三通应用起到快速推动作用。

三通管件冷成型工艺主要应用在不锈钢、碳钢等材料，有色金属很少采用。直接采用不锈钢等黑色金属材料传统冷成型工艺，成品率仅为45%～60%，成本非常高，严重限制有色金属的应用。

传统有色金属成形工艺有主要为热压成形方法。热压成形的三通管不仅需要两到三次的压包工序，还包括后续的拉拔工序，中间成形过程要进行多次的加热跟半水冷辅助工序。往往得到的三通管件成形精度不高，表面氧化皮厚，对坯料厚度要求留较多的加工余量，原材料浪费严重，生产成本高，工序繁杂，工人劳动强度大，效率低，支管长度低，产品受力极不均匀，严重影响产品在苛刻环境下的使用，难以达到现代生产对“精、净、省”的要求。

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的不足，提供一种有色金属三通的液压胀形成型方法。该方法有效防止了有色金属三通在制造过程中的氧化，降低或消除了成形过程中的残余应力及加工硬化问题，显著提高了产品成品率（97%以上）。该方法采用两次液压胀形成型，并在两次成型后均进行热处理，克服了材料短时间内剧烈形变产生的内部位错增生、位错缠结和晶格畸变而导致冷作硬化的现象，防止很小外载荷条件下的失稳开裂，成型极限显著提高，且可有效防止胀破现象发生，可获得支管伸出较长的三通管。采用该方法成型的三通产品尺寸精度高，特别适用于壁薄、内高压及腐蚀介质环境使用的有色金属材料三通的制造及同规格三通的批量生产。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种有色金属三通的液压胀形成型方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、清洗去除有色金属管坯内、外表面附着的杂质和油污，然后向有色金属管坯的外表面涂抹润滑剂；

步骤二、根据需要成型的三通尺寸选择模具，将步骤一中涂抹润滑剂的有色金属管坯置于模具模腔内；

步骤三、采用三通液压机对步骤二中置于模具内的有色金属管坯进行液压胀形成型，得到半成品三通；所述成型过程中控制三通液压机上用于缓冲需要成型的三通支管的支撑杆的位移ΔH=（h-a/2）/2，其中h为需要成型的三通的支管高度，单位为mm，a为有色金属管坯的外径，单位为mm；

步骤四、对步骤三中所述半成品三通进行热处理；

步骤五、对步骤四中热处理后的半成品三通重复步骤二和步骤三，得到成型件；

步骤六、对步骤五中所述成型件进行消应力热处理；

步骤七、切除步骤六中经消应力热处理后的成型件的支管堵头，然后对切除支管堵头的成型件的各端口进行坡口加工，最后对坡口加工后的成型件进行喷砂处理，得到成品三通。

上述的一种有色金属三通的液压胀形成型方法，步骤一中清洗去除有色金属管坯内、外表面附着的杂质和油污之前先对有色金属管坯进行表面涡流检测和超声检测，选择无裂纹、夹杂和分层缺陷的管坯；步骤一中所述润滑剂为二硫化钼或锻造石墨乳。

上述的一种有色金属三通的液压胀形成型方法，步骤二中将有色金属管坯置于模具模腔内时在有色金属管坯外壁与模具内壁之间设置一层塑料薄膜。

上述的一种有色金属三通的液压胀形成型方法，步骤三中所述支撑杆与支管接触的一端向内凹陷，且向内凹陷的部分呈球形堵头状或椭圆形堵头状。

上述的一种有色金属三通的液压胀形成型方法，步骤三中所述成型过程中对支撑杆施加向上的推力F2，所述推力F2=F1-C，其中F1为成型过程中向下的拉应力，单位为MPa，C为2MPa～10MPa。

上述的一种有色金属三通的液压胀形成型方法，步骤四中所述热处理之前在半成品三通的内、外表面均涂抹厚度为0.3mm～0.4mm的防氧化涂料。

上述的一种有色金属三通的液压胀形成型方法，步骤五中重复步骤二和步骤三之前对热处理后的半成品三通外表面进行抛光去除半成品三通外表面的防氧化涂料。

上述的一种有色金属三通的液压胀形成型方法，步骤六中所述消应力热处理之前在成型件的内、外表面均涂抹厚度为0.3mm～0.4mm的防氧化涂料。

上述的一种有色金属三通的液压胀形成型方法，当有色金属管坯的材质为镍合金时，步骤四中所述热处理为固溶处理；当有色金属管坯的材质为除镍合金以外的其他有色金属时，步骤四中所述热处理为再结晶退火处理。

上述的一种有色金属三通的液压胀形成型方法，步骤七中所述喷砂处理的喷砂级别为Sa2.5级或Sa3级。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明的方法有效防止了有色金属三通在制造过程中的氧化，降低或消除了成形过程中的残余应力及加工硬化问题，显著提高了产品成品率（97%以上）。

2、本发明采用两次液压胀形成型，并在两次成型后均进行热处理，克服了材料短时间内剧烈形变产生的内部位错增生、位错缠结和晶格畸变而导致冷作硬化的现象，防止很小外载荷条件下的失稳开裂，成型极限显著提高，且可有效防止胀破现象发生，可获得支管伸出较长的三通管。

3、采用本发明的方法成型的三通产品尺寸精度高，特别适用于壁薄、内高压及腐蚀介质环境使用的有色金属材料三通的制造及同规格三通的批量生产。

4、采用本发明的方法制造的有色金属三通冷成型工序少，生产效率高，生产环境好，工人劳动强度低，节省材料，材料利用率高，装配误差小，可靠性高，综合成本显著降低。

5、本发明的方法采用二次成形二次热处理，其中第一次为再结晶退火处理（镍合金材料进行固溶处理），因第一次变形量最大，晶粒变形被拉长，加工硬化程度、内应力较大，需要通过再结晶退火恢复材料组织和性能，使晶粒细化成等轴晶粒，消除加工硬化和内应力，防止第二次成型过程中产生撕裂而报废，提高最终成品率；第二次为消应力热处理，主要为消除冷变形过程中产生的附加内应力，仍保留一定程度的冷作硬化效果，可以增加使用过程中的耐冲刷腐蚀，提高成型三通的综合性能。

6、本发明采用液压胀形成型，成型过程中介质与管坯内壁摩擦阻力近似为零，传力最为均匀，能使材料在最有利的受力条件下变形，内表面光滑，金属塑性流动纹路清晰，有利于理解和分析成形机理进行改善，使用过程中流体阻力小。

7、本发明采用端面为向内凹陷的球面的支撑杆，在三通成型过程中，支撑杆存在推力F2，且F2=F1-C，C为2MPa～10MPa，保证成型过程缓慢进行，受力均匀，有利于显著降低支管拉应力，防止过大塑性变形产生过大内应力开裂而使内压泄放而无法继续成形；最终三通成型后，机加工去除的支管堵头可二次利用，充当封头，材料利用率高。

8、本发明采用端面为向内凹陷的球面的支撑杆，克服了常规平面状支撑杆中间内顶出的平盖封头受力状态差和易开裂报废的倾向。

下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明有色金属管坯、模具与支撑杆的位置关系示意图。

图2为本发明半成品三通的截面示意图。

图3为本发明成型件的截面示意图。

附图标记说明：

1—有色金属管坯；  2—模具；  3—支撑杆。

具体实施方式

实施例1

Ф48.3×2.77mm，支管高度为58.15mm的C-276镍基合金三通的制造：

步骤一、对C-276镍基合金管坯按照JB/T4730.6-2005进行表面涡流检测，选择无裂纹、夹杂等缺陷的管坯，并按照JB/T4730.3-2005进行超声检测，选择无分层等内部缺陷的管坯；根据金属体积不变原理，锯切割下料直管坯，去毛刺，清洗去除管坯内、外表面附着的杂质和油污，然后向管坯的外表面涂抹润滑剂S-0锻造石墨乳；

步骤二、根据需要成型的三通尺寸选择模具，将步骤一中涂抹润滑剂的管坯置于模具模腔内，并在管坯外壁与模具内壁之间设置一层塑料薄膜；

步骤三、采用三通液压机对步骤二中置于模具内的管坯进行液压胀形成型，得到半成品三通；所述成型过程中控制三通液压机上用于缓冲需要成型的三通支管的支撑杆的位移ΔH=17mm；所述支撑杆与支管接触的一端向内凹陷，且向内凹陷的部分呈球形堵头状；所述成型过程向下的拉应力F1为100MPa，成型过程中对支撑杆施加向上的推力F2，且F2=90MPa；

步骤四、在步骤三中所述半成品三通的内、外表面均涂抹厚度为0.3mm的防氧化涂料（JZ-403A高温防氧化抗脱碳涂料，山东省安丘市金星化工厂），对涂抹防氧化涂料的半成品三通进行1180℃/60min的固溶处理，然后水冷降温至600℃以下；

步骤五、对步骤四中固溶处理后的半成品三通外表面进行抛光去除半成品三通外表面的防氧化涂料，然后对半成品三通重复步骤二和步骤三，得到成型件；

步骤六、对步骤五中所述成型件进行550℃/30min的消应力热处理；

步骤七、切除步骤六中经消应力热处理后的成型件的支管堵头，然后对切除支管堵头的成型件的各端口进行坡口加工，主管和支管端均为外V型单边30°，钝边1mm，最后对坡口加工后的成型件进行喷砂处理，去除表面防氧化涂料和可能存在的挤压皮，喷砂级别为Sa3级，得到成品C-276镍基合金三通。

本实施例制造的C-276镍基合金三通内外表面光滑，成型美观，产品成品率达97%以上，经100%PT探伤，符合JB/T4730.5-2005Ⅰ级标准；

外形尺寸：①中心到端面距离偏差为+0.3mm；

②最小壁厚为2.57mm；

均满足GB/T27684-2011要求。

本实施例制造的C-276镍基合金三通满足了海洋工程等领域中耐腐蚀性能要求较高的工况条件，提高了管道输送的安全可靠性。

实施例2

Ф60.3×3.91mm，支管高度为64.15mm的R60702纯锆三通的制造：

步骤一、对R60702纯锆管坯按照JB/T4730.6-2005进行表面涡流检测，选择无裂纹、夹杂等缺陷的管坯，并按照JB/T4730.3-2005进行超声检测，选择无分层等内部缺陷的管坯；根据金属体积不变原理，锯切割下料直管坯，去毛刺，清洗去除管坯内、外表面附着的杂质和油污，然后向管坯的外表面涂抹润滑剂S-0锻造石墨乳；

步骤二、根据需要成型的三通尺寸选择模具，将步骤一中涂抹润滑剂的管坯置于模具模腔内，并在管坯外壁与模具内壁之间设置一层塑料薄膜；

步骤三、采用三通液压机对步骤二中置于模具内的管坯进行液压胀形成型，得到半成品三通；所述成型过程中控制三通液压机上用于缓冲需要成型的三通支管的支撑杆的位移ΔH=17mm；所述支撑杆与支管接触的一端向内凹陷，且向内凹陷的部分呈椭圆形堵头状；所述成型过程向下的拉应力F1为90MPa，成型过程中对支撑杆施加向上的推力F2，且F2=88MPa；

步骤四、在步骤三中所述半成品三通的内、外表面均涂抹厚度为0.4mm的防氧化涂料（KBC-12钛合金抗氧化涂料，浙江黄岩特种涂料厂），对涂抹防氧化涂料的半成品三通进行600℃/40min的再结晶退火处理；

步骤五、对步骤四中再结晶退火处理后的半成品三通外表面进行抛光去除半成品三通外表面的防氧化涂料，然后对半成品三通重复步骤二和步骤三，得到成型件；

步骤六、在步骤五中所述成型件的内、外表面均涂抹厚度为0.3mm的防氧化涂料（KBC-12钛合金抗氧化涂料，浙江黄岩特种涂料厂），然后对涂抹防氧化涂料的成型件进行450℃/35min的消应力热处理；

步骤七、切除步骤六中经消应力热处理后的成型件的支管堵头，然后对切除支管堵头的成型件的各端口进行坡口加工，主管和支管端均为外V型单边30°，钝边1mm，最后对坡口加工后的成型件进行喷砂处理，去除表面防氧化涂料和可能存在的挤压皮，喷砂级别为Sa3级，得到成品R60702纯锆三通。

本实施例制造的R60702纯锆三通内外表面光滑，成型美观，产品成品率达97%以上，经100%PT探伤，符合JB/T4730.5-2005Ⅰ级标准；

外形尺寸：①中心到端面距离偏差为+0.2mm；

②最小壁厚为3.59mm；

均满足GB/T27684-2011要求。

本实施例制造的R60702纯锆三通满足了石油化工等领域中耐腐蚀性能要求较高的工况条件，提高了管道输送的安全可靠性。

实施例3

Ф33.4×1.65mm，支管高度为38.7mm的TA2纯钛三通的制造：

步骤一、对TA2纯钛管坯按照JB/T4730.6-2005进行表面涡流检测，选择无裂纹、夹杂等缺陷的管坯，并按照JB/T4730.3-2005进行超声检测，选择无分层等内部缺陷的管坯；根据金属体积不变原理，锯切割下料直管坯，去毛刺，清洗去除管坯内、外表面附着的杂质和油污，然后向管坯的外表面涂抹润滑剂二硫化钼；

步骤二、根据需要成型的三通尺寸选择模具，将步骤一中涂抹润滑剂的管坯置于模具模腔内，并在管坯外壁与模具内壁之间设置一层塑料薄膜；

步骤三、采用三通液压机对步骤二中置于模具内的管坯进行液压胀形成型，得到半成品三通；所述成型过程中控制三通液压机上用于缓冲需要成型的三通支管的支撑杆的位移ΔH=11mm；所述支撑杆与支管接触的一端向内凹陷，且向内凹陷的部分呈椭圆形堵头状；所述成型过程向下的拉应力F1为105MPa，成型过程中对支撑杆施加向上的推力F2，且F2=98MPa；

步骤四、在步骤三中所述半成品三通的内、外表面均涂抹厚度为0.4mm的防氧化涂料（KBC-12钛合金抗氧化涂料，浙江黄岩特种涂料厂），对涂抹防氧化涂料的半成品三通进行560℃/25min的再结晶退火处理；

步骤五、对步骤四中再结晶退火处理后的半成品三通外表面进行抛光去除半成品三通外表面的防氧化涂料，然后对半成品三通重复步骤二和步骤三，得到成型件；

步骤六、在步骤五中所述成型件的内、外表面均涂抹厚度为0.4mm的防氧化涂料（KBC-12钛合金抗氧化涂料，浙江黄岩特种涂料厂），然后对涂抹防氧化涂料的成型件进行480℃/15min的消应力热处理；

步骤七、切除步骤六中经消应力热处理后的成型件的支管堵头，然后对切除支管堵头的成型件的各端口进行坡口加工，主管和支管端均为外V型单边30°，钝边1mm，最后对坡口加工后的成型件进行喷砂处理，去除表面防氧化涂料和可能存在的挤压皮，喷砂级别为Sa2.5级，得到成品TA2纯钛三通。

本实施例制造的TA2纯钛三通内外表面光滑，成型美观，产品成品率达97%以上，经100%PT探伤，符合JB/T4730.5-2005Ⅰ级标准；

外形尺寸：①中心到端面距离偏差为+0.3mm；

②最小壁厚为1.51mm；

均满足GB/T27684-2011要求。

本实施例制造的TA2纯钛三通满足了石油化工等领域中耐腐蚀性能要求较高的工况条件，提高了管道输送的安全可靠性。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据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)

1.一种有色金属三通的液压胀形成型方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、清洗去除有色金属管坯内、外表面附着的杂质和油污，然后向有色金属管坯的外表面涂抹润滑剂；

步骤二、根据需要成型的三通尺寸选择模具，将步骤一中涂抹润滑剂的有色金属管坯置于模具模腔内；

步骤三、采用三通液压机对步骤二中置于模具内的有色金属管坯进行液压胀形成型，得到半成品三通；所述成型过程中控制三通液压机上用于缓冲需要成型的三通支管的支撑杆的位移ΔH=（h-a/2）/2，其中h为需要成型的三通的支管高度，单位为mm，a为有色金属管坯的外径，单位为mm；

步骤四、对步骤三中所述半成品三通进行热处理；

步骤五、对步骤四中热处理后的半成品三通重复步骤二和步骤三，得到成型件；

步骤六、对步骤五中所述成型件进行消应力热处理；

步骤七、切除步骤六中经消应力热处理后的成型件的支管堵头，然后对切除支管堵头的成型件的各端口进行坡口加工，最后对坡口加工后的成型件进行喷砂处理，得到成品三通。

2.根据权利要求1所述的一种有色金属三通的液压胀形成型方法，其特征在于，步骤一中清洗去除有色金属管坯内、外表面附着的杂质和油污之前先对有色金属管坯进行表面涡流检测和超声检测，选择无裂纹、夹杂和分层缺陷的管坯；步骤一中所述润滑剂为二硫化钼或锻造石墨乳。

3.根据权利要求1所述的一种有色金属三通的液压胀形成型方法，其特征在于，步骤二中将有色金属管坯置于模具模腔内时在有色金属管坯外壁与模具内壁之间设置一层塑料薄膜。

4.根据权利要求1所述的一种有色金属三通的液压胀形成型方法，其特征在于，步骤三中所述支撑杆与支管接触的一端向内凹陷，且向内凹陷的部分呈球形堵头状或椭圆形堵头状。

5.根据权利要求1所述的一种有色金属三通的液压胀形成型方法，其特征在于，步骤三中所述成型过程中对支撑杆施加向上的推力F2，所述推力F2=F1-C，其中F1为成型过程中向下的拉应力，单位为MPa，C为2MPa～10MPa。

6.根据权利要求1所述的一种有色金属三通的液压胀形成型方法，其特征在于，步骤四中所述热处理之前在半成品三通的内、外表面均涂抹厚度为0.3mm～0.4mm的防氧化涂料。

7.根据权利要求6所述的一种有色金属三通的液压胀形成型方法，其特征在于，步骤五中重复步骤二和步骤三之前对热处理后的半成品三通外表面进行抛光去除半成品三通外表面的防氧化涂料。

8.根据权利要求7所述的一种有色金属三通的液压胀形成型方法，其特征在于，步骤六中所述消应力热处理之前在成型件的内、外表面均涂抹厚度为0.3mm～0.4mm的防氧化涂料。

9.根据权利要求1所述的一种有色金属三通的液压胀形成型方法，其特征在于，当有色金属管坯的材质为镍合金时，步骤四中所述热处理为固溶处理；当有色金属管坯的材质为除镍合金以外的其他有色金属时，步骤四中所述热处理为再结晶退火处理。

10.根据权利要求1所述的一种有色金属三通的液压胀形成型方法，其特征在于，步骤七中所述喷砂处理的喷砂级别为Sa2.5级或Sa3级。