CN104723027A

CN104723027A - 一种锻压焊接制造耐磨金属弯管的方法

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Publication number: CN104723027A
Application number: CN201310716959.0A
Authority: CN
Inventors: 周朝辉
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2015-06-24

Abstract

本发明公开了一种锻压焊接制造耐磨金属弯管的方法，切割下料获得金属坯料后加热金属坯料达到锻造温度，将坯料压扁后再通过内半管模具热锻压成形内半管，外半管模具热锻压成形外半管，然后车削内外半管R弧，再用夹具将内、外半管紧密组合在一起，焊接成弯管，再铣削弯管两端保证角度，制作端口耐磨套，然后铣镗弯管两端保证角度，再工装定位焊接弯管两端法兰，然后对弯管整体淬火，表面抛丸处理，再工装定位铣削加工弯管两端法兰全部至图示要求，再17MPa压力保压5分钟测试检验，最后表面油漆，入库装箱。

Description

一种锻压焊接制造耐磨金属弯管的方法

技术领域

本发明涉及一种建筑、矿山、冶金、电力、煤炭等行业输送管的制造工艺，特别是耐磨金属弯管的制造方法。

背景技术

在建筑、矿山、冶金、电力、煤炭等行业中，物料的输送是通过管道压力输送，输送管受到较大的压力和严重的磨损，因此对输送管，特别是连接弯管有较高的综合性能要求。住友金属工业株式会社申请的中华人民共和国专利号为200780033899.5的发明专利公开了一种弯管及其制造方法，制造具有X70级以上优选强度及韧性平衡的、抗拉性能及焊接金属的低温韧性优异的高强度的弯管。母材的组成为C：0.03～0.12％、Si：0.05～0.50％、Mn：1.4～2.2％、S：0.0050％以下、Al：0.06％以下、N：0.008％以下、余量是Fe和杂质，碳当量Ceq为0.36％以上，并且焊接裂纹敏感性指数Pcm为0.22％以下，焊接金属其焊接裂纹敏感性指数(Pcm)在0.30％以下，B量在5ppm以下，并且氧量在300ppm以下，将具有如上母材和焊接金属的UOE钢管，加热到900～1100℃的温度域而进行弯曲加工后，立即以3℃／秒以上的冷却速度将其冷却至300℃以下的温度域，其后在300～500℃的温度域进行回火。同为住友金属工业株式会社申请的中华人民共和国专利号为200780053600.2、201210075809.1的发明专利公开了与专利号为200780033899.5的发明专利类似的一种弯管及其制造方法，通过热轧后在700～500℃以不足5℃／sec的板厚方向中心部的冷却速度进行冷却制造厚钢板，将该厚钢板作为原料制造焊接钢管即弯管坯，将该弯管坯加热到900～1100℃弯曲加工后，在700～500℃以5℃／sec以上的壁厚方向中心部的冷却速度冷却到300℃以下的温度区域，之后，在300～500℃进行回火，由此制造相当于API规格X100等级以上的弯管。这三个专利申请保护的是材料的化学成分及加温与冷却工艺，但并没有公开弯管的具体成形过程及焊缝的分布情况。

中华人民共和国专利号为201110206790.5的发明专利公开了一种高强度双金属弯直管道制造方法，其特征是，由不同材料的内衬和外壁铸造而成，管道内衬材料为合金钢，管道外壁为焊管或无缝管，高强度双金属弯直管道采用消失模真空吸铸复合或离心铸造成型。将具有耐磨、耐热、耐腐蚀性能的合金钢内衬复合在普通钢管内，既能满足实际对管道的耐磨、耐热、耐腐蚀需求，又提高了管道的抗机械冲击、热冲击性能。中华人民共和国专利号为200510096240.7的发明专利公开了一种双金属复合耐磨管的制造工艺，用普通钢管作外套管，外套管内装入聚苯乙烯泡沫塑料制成的消失模，并安装上浇注系统，把外套管、消失模和浇注系统经过多道次的浸涂料和挂砂处理，在外壁形成壳体，然后放入高温焙烧炉进行焙烧，实现壳体烧结、泡沫塑料气化和钢管预热，出炉后浇注耐磨合金材料，即制成外层为普通钢，内衬为耐磨合金材料的复合耐磨管。然而消失模铸造复合工艺由于在冷型中合金液的流动性影响，不能制备超长管道，一般长度不能超过1.5米；其次，要实现耐磨合金层与钢管表面之间的整体冶金结合，必须保证合金层厚度在50mm以上，以提供足够的结晶潜热，因此无法生产薄壁管道，双金属复合管重量较大，消耗的原材料较多。铸造方法制备双金属复合耐磨管还容易出现铸造工艺的常见缺陷，如疏松、缩孔、气孔，难以保证双金属复合弯管的尺寸精度及质量；通过加入稀有元素提高材料的硬度和耐磨性，因而消耗较多的稀有元素，生产成本较高；铸造都是单件生产，生产效率较低。目前铸造方法制备双金属复合耐磨管由于成形工艺的限制，存在多方面的不足。

中华人民共和国专利号为201110134399.9的发明专利公开了一种耐磨、耐腐蚀、抗冲击双金属复合弯管的制造方法，采用合金钢管材制造内层管，低碳钢管材制造外层管，带锯床下料后，车削内外管材，加工到过盈配合尺寸，然后加热外管，将内管压入外管中，外管与内管形成过盈配合的双金属复合直管，将双金复合直管套到芯模上，通过中频感应加热双金属复合直管，再推挤双金属复合直管的一端，使双金属复合直管通过尺寸由小变大的锥形芯模进行扩径，再经过弯曲芯模进行弯曲，形成双金属复合弯管，然后工装定位焊接弯管两端法兰，再弯管整体淬火。这种方法虽然制造出的双金属复合弯管的质量较高，但需要15000KN专用的推挤设备及200KW的中频感应加热设备，推挤力量大，加热时消耗的电能多，而且还需要制造专业的推挤模具，成本较高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，提供一种制造成本低、使用寿命相对较高的金属弯管制造方法，该方法可以生产不同直径、不同弯曲角度的金属耐磨弯管。

本发明一种耐磨金属弯管的制造方法通过下述技术方案实现，包括如下步骤和工艺条件：

1、切割下料，获得金属坯料；

2、加热金属坯料达到锻造温度；

3、内半管模具热锻压成形内半管，外半管模具热锻压成形外半管；

4、工装装夹车削内外半管R弧；

5、用夹具将内、外半管组合在一起，焊接成弯管；

6、制作端口耐磨套；

7、铣削弯管两端保证角度；

8、工装定位焊接弯管两端法兰；

9、弯管整体热处理，硬度达到HRC63；

10、表面抛丸处理；

11、工装定位铣镗加工弯管两端法兰全部至图示要求尺寸；

12、17MPa压力测试检验，保压5分钟；

13、表面油漆；

14、入库装箱。

为了更好地实现本发明，两半管横截面为180度的半圆，两半管组合在一起横截面形成360度的圆，两组合半管组合焊接形成的焊缝为与弯管的内径和外径同心的两条弧线，两条弧线焊缝以过弯管圆心及弯管的最小内径和最大外径的平面为对称面。这样通过模具热锻压分别成形内、外半管时工件可以顺利脱模，并且可以组合成完整的弯管。

为了更好地实现本发明，在模具热锻压成形外半管时，使外半管管壁厚度渐变不均匀分布，弯管最大外径位置管壁厚度最厚，弯管最小内径位置管壁厚度最薄。

为了更好地实现本发明，通过模具热锻压出内层的内半管和外半管，及外层的内半管和外半管，用夹具将内、外层的内、外半管紧密组合在一起，焊接成双金属复合弯管，内层管采用合金钢材料，外层管采用低碳钢材料。

所述锻压焊接金属弯管的制造过程中，采用低碳钢和低合金钢坯，低碳钢为20钢、10钢等，低合金钢为Q345B，具有良好的焊接性能，硬度较低，但韧性良好，抗冲击。

所述锻压焊接双金属复合弯管的制造过程中，内层管采用合金钢材料，合金钢材料包括轴承钢、渗碳轴承钢、合金结构钢等。轴承钢包括：GCr15、9Cr18、9Cr18Mo等；渗碳轴承钢系列包括：G20CrMo、G20CrNiMo、G20CrNi2Mo、G20CrNi4、G20CrNi3Mo、G20Cr2Mn2Mo等；合金结构钢系列包括：35Mn2、27SiMn、45B、20MnMoB、35Cr、50Cr、30CrMo、35CrMnSiA、12CrMoV、45CrNi、18Cr2Ni4等；通过热处理可以达到高硬度，而且耐腐蚀、耐磨损；外层管采用低碳钢和低合金钢坯，低碳钢为20、10钢等，低合金钢为Q345B。

本发明与现有技术相比具有以下突出的优点：

1、与铸造弯管相比，锻压成形的内、外半管无疏松、缩孔、气孔缺陷，材料致密，材料的组织性能得到了提高；

2、使外半管管壁厚度不均匀分布，使用时磨损严重、容易磨穿的部位壁部较厚，从而提高了弯管的使用寿命；

3、锻压焊接金属弯管的制造路线工艺流程容易，需要的设备简单，生产成本低，不会产生废品。

附图说明

图1是本发明实施例一所述锻压焊接成形金属弯管结构示意图。

图2是本发明实施例二所述锻压焊接成形金属弯管A-A横截面结构示意图。

图3是本发明实施例五所述制备的一种双金属复合弯管结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一

本实施例所要制备的是一种单层耐磨金属弯管。切割45Mn2棒料下料，获得金属坯料，加热金属坯料达到1050摄氏度锻造温度，将坯料压扁后再通过内半管模具热锻压成形图1所示内半管3，外半管模具热锻压成形外半管5。然后车削内外半管R弧。再用夹具将内、外半管紧密组合在一起，焊接成弯管，形成焊缝4，焊缝4为与弯管的内径和外径同心的两条弧线，两条弧线焊缝4以过弯管圆心及弯管的最小内径和最大外径的平面为对称面。铣削弯管两端保证角度；再制作端口耐磨套；然后铣镗弯管两端保证角度；再车削加工弯管两端法兰；再工装定位焊接弯管两端法兰1，并形成焊缝2，获得如图1所示的金属弯管产品；再在870摄氏度对弯管整体淬火，内层材料硬度达到HRC52以上；然后表面抛丸处理；再工装定位铣削加工弯管两端法兰1全部至图示要求，保证角度；17MPa压力测试检验，保压5分钟。最后表面油漆，入库装箱。

实施例二

本实施例所要制备的是与实施例一相同的一种耐磨金属弯管，工艺步骤和方法与实施例一相同，不同之处在于在模具热锻压成形外半管时，使外半管管壁厚度如图2所示渐变不均匀分布，使用时磨损严重、容易磨穿的部位壁部较厚，从而提高了弯管的使用寿命。

实施例三

本实施例所要制备的是与实施例一相同的一种耐磨金属弯管，工艺步骤和方法与实施例一相同，不同之处在于采用的为35Mn2材料。

实施例四

本实施例所要制备的是与实施例一相同的一种耐磨金属弯管，工艺步骤和方法与实施例一相同，不同之处在于采用的为板坯作为初始坯料。

实施例五

本实施例所要制备的是一种双金属复合弯管。内层管采用GCr15轴承钢棒材下料，外层管采用Q345B板材下料，获得金属坯料，加热金属坯料达到1050摄氏度锻造温度，将坯料压扁后再通过外层内半管模具热锻压成形如图3所示外层内半管3-1，外层外半管模具热锻压成形外层外半管5-1，内层内半管模具热锻压成形内层内半管3-2，内层外半管模具热锻压成形内层外半管5-2。然后车削内外半管R弧，再用夹具将内、外半管紧密组合在一起，焊接成弯管，并形成焊缝4。铣削弯管两端保证角度；车削加工弯管两端面；再制作端口耐磨套；然后铣镗弯管两端保证角度；再工装定位焊接弯管两端法兰1，并形成焊缝2，获得如图3所示的双金属复合弯管产品；再在870摄氏度对弯管整体热处理，内层材料硬度达到HRC63以上；然后表面抛丸处理；再工装定位加工弯管两端法兰1全部至图示要求，保证角度；17MPa压力测试检验，保压5分钟。最后表面油漆，入库装箱。

实施例六

本实施例所要制备的是与实施例五相同的一种耐磨双金属复合弯管，工艺步骤和方法与实施例五相同，不同之处在于在模具热锻压成形内层外半管时，使内层外半管管壁厚度渐变不均匀分布，使用时磨损严重、容易磨穿的部位壁部较厚。

实施例七

本实施例所要制备的是与实施例五相同的一种耐磨双金属复合弯管，工艺步骤和方法与实施例五相同，不同之处在于内层管采用的为G20CrMo材料。

实施例八

本实施例所要制备的是与实施例五相同的一种耐磨双金属复合弯管，工艺步骤和方法与实施例五相同，不同之处在于内层管采用的为12CrMoV合金结构钢材料。

Claims

1.本发明一种金属弯管的制造方法，其特征在于：该制造方法按如下步骤和工艺条件进行：

(1)切割下料，获得金属坯料；

(2)加热金属坯料达到锻造温度；

(3)内半管模具热锻压成形内半管，外半管模具热锻压成形外半管；

(4)工装装夹车削内外半管R弧；

(5)用夹具将内、外半管组合在一起，焊接成弯管；

(6)制作端口耐磨套；

(7)铣削弯管两端保证角度；

(8)工装定位焊接弯管两端法兰；

(9)弯管整体热处理，硬度达到HRC63；

(10)表面抛丸处理；

(11)工装定位铣镗加工弯管两端法兰全部至图示要求尺寸

(12)17MPa压力测试检验，保压5分钟

(13)表面油漆；

(14)入库装箱。

2.如权利要求1所述金属弯管的制造过程中，其特征在于：两半管横截面为180度的半圆，两半管组合在一起横截面形成360度的圆，两组合半管组合焊接形成的焊缝为与弯管的内径和外径同心的两条弧线，两条弧线焊缝以过弯管圆心及弯管的最小内径和最大外径的平面为对称面。

3.如权利要求1所述金属弯管的制造过程中，其特征在于：外半管管壁厚度渐变不均匀分布，弯管最大外径位置管壁厚度最厚，弯管最小内径位置管壁厚度最薄。

4.如权利要求1所述金属弯管的制造过程中，其特征在于：通过模具热锻压出内层的内半管和外半管，及外层的内半管和外半管，用夹具将内、外层的内、外半管组合在一起，焊接成双金属复合弯管，内层管采用合金钢材料，外层管采用低碳钢材料。

5.如权利要求4所述金属弯管的制造过程中，其特征在于：内层管采用合金钢材料，合金钢材料包括轴承钢、渗碳轴承钢、合金结构钢等。轴承钢包括：GCr15、9Cr18、9Cr18Mo等；渗碳轴承钢系列包括：G20CrMo、G20CrNiMo、G20CrNi2Mo、G20CrNi4、G20CrNi3Mo、G20Cr2Mn2Mo等；合金结构钢系列包括：45Mn2、35Mn2、27SiMn、45B、20MnMoB、35Cr、50Cr、30CrMo、35CrMnSiA、12CrMoV、45CrNi、18Cr2Ni4等；外层管采用低碳钢和低合金钢坯，低碳钢为20钢、10钢，低合金钢为Q345B。