CN111992611A - 一种由金属管材直接热成形双金属复合管件的方法及装置 - Google Patents

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CN111992611A CN202010558111.XA CN202010558111A CN111992611A CN 111992611 A CN111992611 A CN 111992611A CN 202010558111 A CN202010558111 A CN 202010558111A CN 111992611 A CN111992611 A CN 111992611A
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杨建雷
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Abstract

本发明属于双金属复合管件技术领域，公开了一种由金属管材直接热成形双金属复合管件的方法及装置，成形能力和成形温度确定,管件可成形性分析,管坯下料组装。根据可用的管坯尺寸下料，将外层管套在内层管的外面，内层管内壁与外层管外壁之间通过位于外层管和内层管两端间的两个支撑环保持均匀间隙0.1‑10mm；模具装配,自由胀形,合模进给，升压定形，卸载取件。得到双金属复合管件。本发明采用气压胀形方法，工序简单，能够通过单一工序同时实现室温难变形双金属复合管件的复合和成形。高温下管材的变形抗力小，塑性成形性能高，能够实现难变形材料的大塑性成形。双金属复合管件通过冷缩实现结合，结合可靠。

Description

一种由金属管材直接热成形双金属复合管件的方法及装置
技术领域
本发明属于双金属复合管件技术领域，尤其涉及一种由金属管材直接热成形双金属复合管件的方法及装置。
背景技术
目前，双金属复合管由两种不同性能的金属结合而成，它兼具两种组元金属的优良性能，综合利用了内管和外管的不同性能，发挥不同合金的性能优势，双金属复合管件由双金属复合管进一步加工而成，其应用越来越广泛。
现有技术中，双金属复合管的塑性成形方式有很多种，如拉拔复合、挤压复合、爆炸复合、液压胀接、电磁复合等，但上述方法不太适合镁合金、高强铝合金、钛合金和高温合金等室温难变形双金属复合管的生产，更不能直接成形为复合管件。
目前，复合管件的成形大部分都是用已成形的复合管作为坯料，例如，采用固体颗粒介质胀形成双金属复合管，再利用复合管再成形复合管件，工序多，成本高，能耗高；采用焊接的方法制作复合管件，具有焊缝应力集中、耐应力腐蚀性差等问题；CN106363070A公开了一种金属双层复合管件的加工工艺，该工艺将套接在一起的金属外管和金属内管先后置入内管和外管模型腔中；向金属内管和外管的内部通入高压水，依次完成对金属内管和外管的内高压成形，制成金属双层复合管件，这种方法需要两次内高压成形，工序多且要求金属具有较好的塑性。以上技术均未考虑复合管件之间的结合问题。
专利CN106183220A公开了一种复合管热胀形方法，该方法利用两种合金胀形温度重合的特点，在高温下同步胀形，加工双金属复合管，该工艺虽可用于加工双金属复合管，但并未进一步给出复合管件的加工工艺。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：(1)现有技术中，不太适合镁合金、高强铝合金、钛合金和高温合金等室温难变形双金属复合管的生产，更不能直接成形为复合管件。
(2)现有技术中，制作金属双层复合管件的方法需要两次成形，工序多且要求金属具有较好的塑性。
(3)现有技术中，制作金属双层复合管件的方法均未考虑两层管之间的结合问题。
解决以上问题及缺陷的难度为：解决以上问题及缺陷的难度在于受两种金属管材塑性的限制，难以在同一工序中同时实现两种管材的变形和复合，并使管件具有结合力。
解决以上问题及缺陷的意义为：现有技术利用复合管再成形复合管件，工序多，成本高，能耗高，为此开发利用两种金属管材直接成形双金属复合管件的成形工艺为金属复合管件的成形开辟了一条新途径。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种由金属管材直接热成形双金属复合管件的方法及装置。现有技术该专利CN106183220A为本申请发明人所拥有的专利技术，本发明是在该发明CN106183220A的基础上的进一步创造和拓展。
本发明是这样实现的，一种由两种单层的金属管直接成形成双金属复合管件的方法包括如下步骤：
(1)成形能力和成形温度确定。根据管材热拉伸试验或胀形试验测定两种单层金属或合金管在不同温度下的热成形能力和材料常数，确定两种金属管材塑性相匹配的成形温度；
(2)管件可成形性分析。利用有限元分析软件基于步骤(1)所得的数据模拟所述两种金属管材直接热气压胀形双金属复合管件的成形过程，判断所述双金属复合管件的可成形性，并得到可用的管坯外径、壁厚等尺寸参数以及成形气压、加载路径、轴向进给量、成形时间等工艺参数。
(3)管坯下料组装。根据可用的管坯尺寸下料，将外层管套在内层管的外面，内层管内壁与外层管外壁之间通过位于外层管和内层管两端间的两个支撑环保持均匀间隙0.1-10mm；
(4)模具装配。将组合好的双层管放入模块中组装好，并将内层管、外层管以及左右两个模块放入套筒中，装配好通气管，打开加热装置，并加热到两种金属或合金的共同热成形温度，保温1-20min；
(5)自由胀形。从通气孔通入成形气体，加气压载荷使内层管发生自由胀形并贴靠外层管，内外两层管贴靠后，外层管和内层管同步发生自由胀形，气体压力为1MPa-3MPa,胀形时间为5-60s；
(6)合模进给。开启两侧轴向进给装置使左右两个模块在套筒内同时向中间移动，使左右两个模块贴合在一起，在此期间，外层管和内层管继续同步胀形，并且局部和模壁接触，当左右两个模块接触后，停止轴向进给装置。
(7)升压定形。按照设定的加载路径继续升高气压，使气压达到5-20MPa，并保压60-600s，使外层管完全贴靠模腔内壁，形成双金属复合管件的清晰轮廓。
(8)卸载取件。胀形结束后，关闭加热装置，先释放内层管内的成形气体，再退回并关闭轴向进给装置，将管件从模具中取出空冷，因外层管的冷却收缩大于内层管的冷却收缩，故外层管和内层管因冷缩结合在一起，得到双金属复合管件。
当所成形的复合管件所需的变形量不大时，左右两个模块之间可不留间隙，无需用轴向进给装置合模进给，省略步骤(6)。
步骤(1)中，所述室温难变形外层管/内层管金属组合可为镁合金/铝合金、不锈钢/钛合金、不锈钢/高温合金、高温合金/钛合金等。
步骤(4)中，所述加热方式是电阻炉加热、感应加热、自阻加热。
步骤(5)中，所述成形气体是氩气、氮气、空气。
进一步，所述由金属管材直接热成形双金属复合管件的方法进一步包括：
步骤1、根据管材热拉伸试验或胀形试验测定高温合金单层管和钛合金单层管在不同温度下的热成形能力和材料常数，确定高温合金管和钛合金管塑性相匹配的成形温度为940℃；
步骤2、利用有限元分析软件基于步骤1的数据模拟所述两种金属管材直接热气压胀形双金属复合管件的成形过程，判断双金属复合管件的可成形性，并得到可用的管坯和管坯的外径、壁厚尺寸参数和成形气压、加载路径、成形时间工艺参数；
步骤3、根据所得的可用管坯尺寸下料，将高温合金管套在钛合金管的外部，内层钛管外壁与外层高温合金管内壁之间通过位于外层管和内层管两端间的两个支撑环保持均匀间隙0.1-10mm，内层钛管2的两端各伸出外层管两端 50-100mm；
步骤4、将左右陶瓷模块放入保护套管中装配好，并将组合好的双层管和放入左右陶瓷模块组成的模腔中，并使外层管外壁与左右陶瓷模块的内壁保持均匀间隙0.1-1mm，施加压力使密封头和进气封头顶靠内层钛合金管的两端密封内层钛合金管；
步骤5、在内层钛合金管两侧露出段加装电极，并与电源相连，通电使钛合金管和高温合金管利用自阻加热到920-960℃后断电；
步骤6、通入氩气加压，使内层钛合金管发生自由胀形并贴靠外层高温合金管，内外两层管贴靠后，外层管和内层管同步发生自由胀形，气体压力为 1MPa-3MPa,胀形时间为5-60s；
步骤7、按照设定的加载路径继续升高气压，使气压达到5-20MPa，并保压 60s-600s，使外层管完全贴靠模腔内壁，形成轮廓清晰的双金属复合管件；
步骤8、胀形结束后，卸除内层钛管中的气体压力，退回密封头和进气封头，将管件从陶瓷模块中取出空冷，因高温合金的冷却收缩大于钛合金的冷却收缩，故高温合金管和钛合金管因冷缩结合在一起，得到双金属凸形环复合管件。
所述由金属管材直接热成形双金属复合管件的方法进一步包括：
步骤I、根据管材热拉伸试验或胀形试验测定镁合金单层管和铝合金单层管在不同温度下的热成形能力和材料常数，确定镁管和铝管塑性相匹配的成形温度为440℃；
步骤II、利用有限元分析软件基于步骤一的数据模拟所述两种金属管材直接热气压胀形双金属复合管件的成形过程，判断所述双金属复合管件的可成形性，并得到可用的镁合金和铝合金管坯的外径、壁厚尺寸参数以及成形气压、加载路径、轴向进给量、成形时间工艺参数；
步骤III、根据所得的可用管坯尺寸下料，将铝管的两端用铝片焊接密封，并在一端引出通气管；将镁管套在铝管的外部，内层铝管外壁与外层镁管内壁之间通过位于外层管和内层管两端间的两个支撑环保持均匀间隙0.1-10mm，内层铝管和外层镁管两端平齐；
步骤IV、将组合好的双层管放入左右两个模块和中，并将镁管、铝管以及左模块和右模块放入套筒中，在通气孔中装入通气管，放入并打开加热装置，加热到440℃，保温10min；
步骤V、从通气孔通入氩气，加气压使内层铝管发生自由胀形并贴靠外层镁管，内外两层管贴靠后，铝管和镁管同步发生自由胀形，气体压力为1MPa-3MPa, 胀形时间为5-30s；
步骤VI、合模进给，开启两侧的轴向进给装置使左右两个模块和在套筒内同时向中间移动，使左右两个模块和贴合在一起，在此期间，镁管和铝管继续同步胀形，并且局部与模腔接触，当左模块和右模块接触后，停止轴向进给装置；
步骤VII、升压定形，按照设定的加载路径继续升高气压，使气压达到 5-20MPa，并保压30s-300s，使外层的镁管完全贴靠模腔内壁，形成轮廓清晰的镁/铝双金属阶梯复合管件；
步骤VIII、胀形结束后，先释放内层铝管内的成形气体，再退回轴向进给装置，关闭加热装置和轴向进给装置，将所述复合管件从左模块和右模块中取出空冷，因镁管的冷却收缩大于铝管的冷却收缩，镁管和铝管因冷缩结合在一起，得到镁/铝双金属阶梯复合管件。
本发明的另一目的在于提供一种实施所述由金属管材直接热成形双金属复合管件的方法的由金属管材直接热成形双金属复合管件装置。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：
本发明针对现有技术的缺陷和不足，提供一种由两种单层的金属管直接成形为双金属复合管件的生产工艺，其原理是利用两种金属或合金气压胀形温度重合的特点，将热膨胀系数大的金属管作为外管，热膨胀系数小的金属管作为内管，在高温下通入气体使两种金属或合金管同时胀形，使复合管件的复合和成形过程同步进行，直到外管贴模为止，冷却时已经贴靠的双金属管同时冷却，由冷缩结合力提供双金属管件间的抱紧力，实现双金属复合管件的成形与结合。本方法生产工艺简洁，成形工序少，为双金属复合管件的生产开辟了一条新的途径。
本发明采用气压胀形方法，工序简单，能够通过单一工序同时实现室温难变形双金属复合管件的复合和成形。
高温下管材的变形抗力小，塑性成形性能高，能够实现室温难变形材料的大塑性成形。
双金属复合管件通过冷缩实现结合，结合可靠。
本发明与现有技术对比的技术效果或者实验效果，包括：
现有技术是先成形复合管，再由复合管成形为复合管件。本发明将复合管件的成形和复合结合在一起，由管材直接热成形复合管件。
现有技术生产复合管件未考虑管件双金属间的结合，而本发明利用两种金属的热膨胀系数不同而导致的收缩不同实现管间机械结合。
现有技术由于受金属塑性的限制，无法生产一些双金属组合的复合管件，而本发明克服现有技术的不足，可生产镁/铝、钛/高温合金等双金属组合的复合管件。
Figure RE-RE-GDA0002730192180000071
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的由金属管材直接热成形双金属复合管件的方法流程图。
图2是本发明实施例提供的图1为具体实施方式一的成形初始状态示意图。
图3为具体实施方式一的成形终了状态示意图。
图2、3中，1-高温合金管；2-钛管；3-左陶瓷模块；4-支撑环；5-保护套管；6-密封头；7-电源；8-右陶瓷模块；9-电极；10-进气封头；11-通气孔。
图4为具体实施方式二的成形初始状态示意图。
图5为具体实施方式二的自由胀形状态示意图。
图6为具体实施方式二的合模进给状态示意图。
图7为具体实施方式二的成形终了状态示意图。
图7中，12-右模块；13-套筒；14-左模块；15-通气孔；16-密封端盖；17- 支撑环；18-铝管；19-镁管。
图8是本发明实施例提供的AZ31/7475双金属复合阶梯管件尺寸图。
图9是本发明实施例提供的图8AZ31/7475双金属复合阶梯管件升压定形后的应力应变云图。
图9a)镁管应力云图；图9b)铝管应力云图；图9c)镁管应变云图；图9d) 铝管应变云图。
图10是本发明实施例提供的AZ31/7475双金属复合阶梯管件照片图。图10(a)复合阶梯管件外观；图10(b)复合阶梯管剖面图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种由金属管材直接热成形双金属复合管件的方法及装置，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明提供一种由金属管材直接热成形双金属复合管件的方法，包括：
S101，成形能力和成形温度确定：根据管材热拉伸试验或胀形试验测定两种单层金属或合金管在不同温度下的热成形能力和材料常数，确定两种金属管材塑性相匹配的成形温度。
S102，管件可成形性分析：利用有限元分析软件基于步骤S101所得的数据模拟所述两种金属管材直接热气压胀形双金属复合管件的成形过程，判断所述双金属复合管件的可成形性，并得到管坯外径、壁厚尺寸参数以及成形气压、加载路径、轴向进给量、成形时间工艺参数。
S103，管坯下料组装：根据管坯尺寸下料，将外层管套在内层管的外面，内层管内壁与外层管外壁之间通过位于外层管和内层管两端间的两个支撑环保持均匀间隙0.1-10mm。
S104，模具装配：将组合好的双层管放入模块中组装好，并将内层管、外层管以及左右两个模块放入套筒中，装配好通气管，打开加热装置，并加热到两种金属或合金的共同热成形温度，保温1-20min。
S105，自由胀形：从通气孔通入成形气体，加气压载荷使内层管发生自由胀形并贴靠外层管，内外两层管贴靠后，外层管和内层管同步发生自由胀形。
S106，合模进给：开启两侧轴向进给装置使左右两个模块在套筒内同时向中间移动，使左右两个模块贴合在一起，外层管和内层管继续同步胀形，并且局部和模壁接触，当左右两个模块接触后，停止轴向进给装置。
S107，升压定形：按照设定的加载路径继续升高气压，并保压，使外层管完全贴靠模腔内壁，形成双金属复合管件的清晰轮廓。
S108，卸除内层钛管中的气体压力，退回密封头和进气封头，将管件从陶瓷模块中取出空冷，得到金属管材直接热成形双金属复合管件。
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。
实施方式一
(如图2、图3所示)包括以下步骤：
步骤一、根据管材热拉伸试验或胀形试验测定高温合金单层管和钛合金单层管在不同温度下的热成形能力和材料常数，确定高温合金管1和钛合金管2塑性相匹配的成形温度为940℃；
步骤二、利用有限元分析软件基于步骤一的数据模拟所述两种金属管材直接热气压胀形双金属复合管件的成形过程，判断GH4169/Ti-6Al-4V双金属复合管件的可成形性，并得到可用的GH4169管坯和Ti-6Al-4V管坯的外径、壁厚等尺寸参数和成形气压、加载路径、成形时间等工艺参数。
步骤三、根据所得的可用管坯尺寸下料，将高温合金管1套在钛合金管2 的外部，内层钛管2外壁与外层高温合金管1内壁之间通过位于外层管1和内层管2两端间的两个支撑环4保持均匀间隙0.1-10mm，内层钛管2的两端各伸出外层管1两端50-100mm；
步骤四、将左右陶瓷模块3和8放入保护套管5中装配好，并将组合好的双层管1和2放入左右陶瓷模块3和8组成的模腔中，并使外层管1外壁与左右陶瓷模块 3和8的内壁保持均匀间隙0.1-1mm，施加压力使密封头6和进气封头9顶靠内层钛合金管2的两端密封内层钛合金管2；
步骤五、在内层钛合金管2两侧露出段加装电极9，并与电源7相连，通电使钛合金管2和高温合金管1利用自阻加热到920-960℃后断电；
步骤六、通入氩气加压，使内层钛合金管2发生自由胀形并贴靠外层高温合金管1，内外两层管贴靠后，外层管1和内层管2同步发生自由胀形，气体压力为 1MPa-3MPa,胀形时间为5-60s；
步骤七、按照设定的加载路径继续升高气压，使气压达到5-20MPa，并保压 60s-600s，使外层管1完全贴靠模腔内壁，形成轮廓清晰的双金属复合管件；
步骤八、胀形结束后，卸除内层钛管2中的气体压力，退回密封头6和进气封头10，将管件从陶瓷模块3和8中取出空冷，因高温合金的冷却收缩大于钛合金的冷却收缩，故高温合金管和钛合金管因冷缩结合在一起，得到 GH4169/Ti-6Al-4V双金属凸形环复合管件。
实施方式二
如图4-图7所示：镁/铝(AZ31/7475)双金属阶梯复合管件的成形。
本实施方式包括以下步骤：
步骤一、根据管材热拉伸试验或胀形试验测定AZ31镁合金单层管和7475铝合金单层管在不同温度下的热成形能力和材料常数，确定镁管19和铝管18塑性相匹配的成形温度为440℃。
步骤二、利用有限元分析软件基于步骤一的数据模拟所述两种金属管材直接热气压胀形双金属复合管件的成形过程，判断所述AZ31/7475双金属复合管件的可成形性，并得到可用的AZ31镁合金和7475铝合金管坯的外径、壁厚等尺寸参数以及成形气压、加载路径、轴向进给量、成形时间等工艺参数。
步骤三、根据所得的可用管坯尺寸下料，将铝管18的两端用铝片16焊接密封，并在一端引出通气管15；将镁管19套在铝管18的外部，内层铝管18外壁与外层镁管19内壁之间通过位于外层管19和内层管18两端间的两个支撑环17保持均匀间隙0.1-10mm，内层铝管18和外层镁管19两端平齐。
步骤四、将组合好的双层管放入左右两个模块14和12中，并将镁管19、铝管18以及左模块14和右模块12放入套筒13中，在通气孔15中装入通气管，放入并打开加热装置，加热到440℃，保温10min。
步骤五、从通气孔15通入氩气，加气压使内层铝管18发生自由胀形并贴靠外层镁管19，内外两层管贴靠后，铝管18和镁管19同步发生自由胀形，气体压力为1MPa-3MPa,胀形时间为5-30s。
步骤六、合模进给，开启两侧的轴向进给装置使左右两个模块14和12在套筒13内同时向中间移动，使左右两个模块14和12贴合在一起，在此期间，镁管19和铝管18继续同步胀形，并且局部与模腔接触，当左模块14和右模块 12接触后，停止轴向进给装置。
步骤七、升压定形，按照设定的加载路径继续升高气压，使气压达到 5-20MPa，并保压30s-300s，使外层的镁管完全贴靠模腔内壁，形成轮廓清晰的镁/铝双金属阶梯复合管件。
步骤八、胀形结束后，先释放内层铝管18内的成形气体，再退回轴向进给装置，关闭加热装置和轴向进给装置，将所述复合管件从左模块14和右模块12 中取出空冷，因镁管19的冷却收缩大于铝管7的冷却收缩，故镁管19和铝管17因冷缩结合在一起，得到镁/铝双金属阶梯复合管件。
实施方式三
镁/铝(AZ31/7475)双金属阶梯复合管件的成形。如图8AZ31/7475双金属复合阶梯管件尺寸图。
本实施方式包括以下步骤：
步骤一、根据管材热拉伸试验或胀形试验测定AZ31镁合金单层管和7475铝合金单层管在不同温度下的热成形能力和材料常数，确定镁管和铝管塑性相匹配的成形温度为440℃。
步骤二、利用有限元分析软件Abaqus基于步骤一的数据模拟所述两种金属管材直接热气压胀形双金属复合管件的成形过程，判断所述AZ31/7475双金属复合管件的可成形性，并得到可用的AZ31镁合金和7475铝合金管坯的尺寸参数为AZ31镁合金管的尺寸为Φ33×0.83mm，7475铝合金管的尺寸为Φ30×2.0mm，管坯长度144mm。以及终了成形气压6MPa、轴向进给量10mm、成形时间300s。
图9AZ31/7475双金属复合阶梯管件升压定形后的应力应变云图。图9a) 镁管应力云图；图9b)铝管应力云图；图9c)镁管应变云图；图9d)铝管应变云图。
步骤三、根据所得的可用管坯尺寸下料，将铝管18的两端用铝片16焊接密封，并在一端引出通气管15；将镁管19套在铝管18的外部，内层铝管18外壁与外层镁管19内壁之间通过位于外层管19和内层管18两端间的两个支撑环17保持均匀间隙0.67mm，内层铝管18和外层镁管19两端平齐。
步骤四、将组合好的双层管放入左右两个模块14和12中，并将镁管19、铝管18以及左模块14和右模块12放入套筒13中，在通气孔15中装入通气管，放入并打开加热装置，加热到440℃，保温10min。
步骤五、从通气孔15通入氩气，加气压使内层铝管18发生自由胀形并贴靠外层镁管19，内外两层管贴靠后，铝管18和镁管19同步发生自由胀形，气体压力为1MPa,胀形时间为30s。
步骤六、合模进给，开启两侧的轴向进给装置使左右两个模块14和12在套筒13内同时向中间移动，各进给5mm，使左右两个模块14和12贴合在一起，在此期间，镁管19和铝管18继续同步胀形，并且局部与模腔接触，当左模块 14和右模块12接触后，停止轴向进给装置。
步骤七、升压定形，按照设定的加载路径继续升高气压，使气压达到6MPa，并保压300s，使外层的镁管完全贴靠模腔内壁，形成轮廓清晰的镁/铝双金属阶梯复合管件。
步骤八、胀形结束后，先释放内层铝管18内的成形气体，再退回轴向进给装置，关闭加热装置和轴向进给装置，将所述复合管件从左模块14和右模块12 中取出空冷，因镁管19的冷却收缩大于铝管7的冷却收缩，故镁管19和铝管 17因冷缩结合在一起，得到镁/铝双金属阶梯复合管件。
图10AZ31/7475双金属复合阶梯管件照片图。图10(a)复合阶梯管件外观；图10(b)复合阶梯管剖面图。
在本发明另一实施例中，与实施方式二方法相同，只是将AZ80/7075代替 AZ31/7475，同样达到相同效果。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种由金属管材直接热成形双金属复合管件的方法，其特征在于，所述由金属管材直接热成形双金属复合管件的方法包括：
步骤一，成形能力和成形温度确定：根据管材热拉伸试验或胀形试验测定两种单层金属或合金管在不同温度下的热成形能力和材料常数，确定与两种金属管材塑性相匹配的成形温度；
步骤二，管件可成形性分析：利用有限元分析软件基于步骤一所得的数据模拟所述两种金属管材直接热气压胀形双金属复合管件的成形过程，判断所述双金属复合管件的可成形性，并得到管坯外径、壁厚尺寸参数以及成形气压、加载路径、轴向进给量、成形时间工艺参数；
步骤三，管坯下料组装：根据管坯尺寸下料，将外层管套在内层管的外面，内层管内壁与外层管外壁之间通过位于外层管和内层管两端间的两个支撑环保持均匀间隙0.1-10mm；
步骤四，模具装配：将组合好的双层管放入模块中组装好，并将内层管、外层管以及左右两个模块放入套筒中，装配好通气管，打开加热装置，并加热到两种金属或合金的共同热成形温度，保温1-20min；
步骤五，自由胀形：从通气孔通入成形气体，加气压载荷使内层管发生自由胀形并贴靠外层管，内外两层管贴靠后，外层管和内层管同步发生自由胀形；
步骤六，合模进给：开启两侧轴向进给装置使左右两个模块在套筒内同时向中间移动，使左右两个模块贴合在一起，外层管和内层管继续同步胀形，并且局部和模壁接触，当左右两个模块接触后，停止轴向进给装置；
步骤七，升压定形：按照设定的加载路径继续升高气压，并保压，使外层管完全贴靠模腔内壁，形成双金属复合管件的清晰轮廓。
2.如权利要求1所述的由金属管材直接热成形双金属复合管件的方法，其特征在于，步骤一中，所述室温难变形外层管/内层管金属组合为镁合金/铝合金、不锈钢/钛合金、不锈钢/高温合金、高温合金/钛合金。
3.如权利要求1所述的由金属管材直接热成形双金属复合管件的方法，其特征在于，步骤四中，所述加热方式是电阻炉加热、感应加热、自阻加热。
4.如权利要求1所述的由金属管材直接热成形双金属复合管件的方法，其特征在于，步骤五中，气体压力为1MPa-3MPa,胀形时间为5-60s；所述成形气体是氩气、氮气、空气。
5.如权利要求1所述的由金属管材直接热成形双金属复合管件的方法，其特征在于，步骤六中，当所成形的复合管件所需的变形量不大时，左右两个模块之间可不留间隙，无需用轴向进给装置合模进给，不操作步骤六，由步骤五直接进入步骤七。
6.如权利要求1所述的由金属管材直接热成形双金属复合管件的方法，其特征在于，步骤七中，气压5-20MPa，保压60-600s。
7.如权利要求1所述的由金属管材直接热成形双金属复合管件的方法，其特征在于，步骤七后，还需进行：卸除内层管中的气体压力，退回密封头和进气封头，将管件从陶瓷模块中取出空冷，得到金属管材直接热成形双金属复合管件。
8.如权利要求1所述的由金属管材直接热成形双金属复合管件的方法，其特征在于，所述由金属管材直接热成形双金属复合管件的方法进一步包括：
步骤1、根据管材热拉伸试验或胀形试验测定高温合金单层管和钛合金单层管在不同温度下的热成形能力和材料常数，确定高温合金管和钛合金管塑性相匹配的成形温度为940℃；
步骤2、利用有限元分析软件基于步骤1的数据模拟所述两种金属管材直接热气压胀形双金属复合管件的成形过程，判断双金属复合管件的可成形性，并得到可用的管坯和管坯的外径、壁厚尺寸参数和成形气压、加载路径、成形时间工艺参数；
步骤3、根据所得的可用管坯尺寸下料，将高温合金管套在钛合金管的外部，内层钛管外壁与外层高温合金管内壁之间通过位于外层管和内层管两端间的两个支撑环保持均匀间隙0.1-10mm，内层钛管2的两端各伸出外层管两端50-100mm；
步骤4、将左右陶瓷模块放入保护套管中装配好，并将组合好的双层管和放入左右陶瓷模块组成的模腔中，并使外层管外壁与左右陶瓷模块的内壁保持均匀间隙0.1-1mm，施加压力使密封头和进气封头顶靠内层钛合金管的两端密封内层钛合金管；
步骤5、在内层钛合金管两侧露出段加装电极，并与电源相连，通电使钛合金管和高温合金管利用自阻加热到920-960℃后断电；
步骤6、通入氩气加压，使内层钛合金管发生自由胀形并贴靠外层高温合金管，内外两层管贴靠后，外层管和内层管同步发生自由胀形，气体压力为1MPa-3MPa,胀形时间为5-60s；
步骤7、按照设定的加载路径继续升高气压，使气压达到5-20MPa，并保压60s-600s，使外层管完全贴靠模腔内壁，形成轮廓清晰的双金属复合管件；
步骤8、胀形结束后，卸除内层钛管中的气体压力，退回密封头和进气封头，将管件从陶瓷模块中取出空冷，因高温合金的冷却收缩大于钛合金的冷却收缩，故高温合金管和钛合金管因冷缩结合在一起，得到双金属凸形环复合管件。
9.如权利要求1所述的由金属管材直接热成形双金属复合管件的方法，其特征在于，所述由金属管材直接热成形双金属复合管件的方法进一步包括：
步骤I、根据管材热拉伸试验或胀形试验测定镁合金单层管和铝合金单层管在不同温度下的热成形能力和材料常数，确定镁管和铝管塑性相匹配的成形温度为440℃；
步骤II、利用有限元分析软件基于步骤一的数据模拟所述两种金属管材直接热气压胀形双金属复合管件的成形过程，判断所述双金属复合管件的可成形性，并得到可用的镁合金和铝合金管坯的外径、壁厚尺寸参数以及成形气压、加载路径、轴向进给量、成形时间工艺参数；
步骤III、根据所得的可用管坯尺寸下料，将铝管的两端用铝片焊接密封，并在一端引出通气管；将镁管套在铝管的外部，内层铝管外壁与外层镁管内壁之间通过位于外层管和内层管两端间的两个支撑环保持均匀间隙0.1-10mm，内层铝管和外层镁管两端平齐；
步骤IV、将组合好的双层管放入左右两个模块和中，并将镁管、铝管以及左模块和右模块放入套筒中，在通气孔中装入通气管，放入并打开加热装置，加热到440℃，保温10min；
步骤V、从通气孔通入氩气，加气压使内层铝管发生自由胀形并贴靠外层镁管，内外两层管贴靠后，铝管和镁管同步发生自由胀形，气体压力为1MPa-3MPa,胀形时间为5-30s；
步骤VI、合模进给，开启两侧的轴向进给装置使左右两个模块和在套筒内同时向中间移动，使左右两个模块和贴合在一起，在此期间，镁管和铝管继续同步胀形，并且局部与模腔接触，当左模块和右模块接触后，停止轴向进给装置；
步骤VII、升压定形，按照设定的加载路径继续升高气压，使气压达到5-20MPa，并保压30s-300s，使外层的镁管完全贴靠模腔内壁，形成轮廓清晰的镁/铝双金属阶梯复合管件；
步骤VIII、胀形结束后，先释放内层铝管内的成形气体，再退回轴向进给装置，关闭加热装置和轴向进给装置，将所述复合管件从左模块和右模块中取出空冷，因镁管的冷却收缩大于铝管的冷却收缩，镁管和铝管因冷缩结合在一起，得到镁/铝双金属阶梯复合管件。
10.一种实施权利要求1～9任意一项所述由金属管材直接热成形双金属复合管件的方法的由金属管材直接热成形双金属复合管件装置。
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