專利名稱：一種鈦合金管材的快速制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及管材成型技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種新型鈦合金管狀材料的快速制備工藝。
背景技術(shù)：
眾所周知，鈦合金作為20世紀(jì)50年代發(fā)展起來的一種重要金屬，因其密度小，比強度高和耐腐蝕性高等優(yōu)良特性，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于石油、化工、冶金、生物醫(yī)學(xué)等各大領(lǐng)域，并一直是航空航天工業(yè)的“脊柱”材料之一。我國鈦資源豐富，隨著國民經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展、工藝裝備的不斷改進(jìn)、生產(chǎn)效率的提高，鈦及鈦合金管材應(yīng)用的領(lǐng)域?qū)⒉粩鄶U(kuò)大，采用高效的鈦及鈦合金管材制備工藝將成為必然。目前鈦合金管材可分為無縫管和有縫管兩種，其中:
(1)無縫管材:無縫管材因其制造工藝不同，又分為熱軋(擠壓)無縫管材和冷拔(軋)無縫管材兩種；
熱軋(擠壓)無縫管材的工藝流程概述是:圓管坯一加熱一穿孔一三輥斜軋、連軋或擠壓一脫管一定徑(或減徑)一冷卻一坯管一矯直一水壓試驗(或探傷)一標(biāo)記一入庫；熱軋無縫管一般在自動軋管機(jī)組上生產(chǎn)，實心管坯經(jīng)檢查并清除表面缺陷，截成所需長度，在管坯穿孔端端面上定心，然后送往加熱爐加熱，在穿孔機(jī)上穿孔，在穿孔同時不斷旋轉(zhuǎn)和前進(jìn)，在軋輥和頂頭的作用下，管坯內(nèi)部逐漸形成空腔，稱毛管，再送至自動軋管機(jī)上繼續(xù)軋制，最后經(jīng)均整機(jī)均整壁厚，經(jīng)定徑機(jī)定徑，達(dá)到規(guī)格要求，利用連續(xù)式軋管機(jī)組生產(chǎn)熱軋無縫管材是較先進(jìn)的方法；
冷拔(軋)無縫管:圓管坯一加熱一穿孔一打頭一退火一酸洗一涂油(鍍銅)一多道次冷拔(冷軋)一坯管一熱處理一矯直一水壓試驗(探傷)一標(biāo)記一入庫，若欲獲得尺寸更小和質(zhì)量更好的無縫管，必須采用冷軋、冷拔或者兩者聯(lián)合的方法。冷軋通常在二輥式軋機(jī)上進(jìn)行，管材在變斷面圓孔槽和不動的錐形頂頭所組成的環(huán)形孔型中軋制，冷拔通常在0.5 100T的單鏈?zhǔn)交螂p鏈?zhǔn)嚼浒螜C(jī)上進(jìn)行；擠壓法即將加熱好的管坯放在密閉的擠壓圓筒內(nèi)，穿孔棒與擠壓桿一起運動，使擠壓件從較小的?？字袛D出；
(2)焊接管材
焊接管材一般將板材通過冷軋卷邊后形成對接焊縫，通過內(nèi)外焊接形成管狀坯料，經(jīng)過后續(xù)塑形加工手段形成管材，常用的焊接管材的制備流程:板材一檢測一銑邊一預(yù)彎一J成形一C成形一O成形一預(yù)焊一焊引弧板一內(nèi)焊一外焊一去引弧板一吸禮:一整圓一退火一空冷一矯直一修端一水壓測試一標(biāo)記一入庫。從上述可以看出，管材制備流程過于繁雜，需要大量的人力和物力的投入，不僅能耗較大，而且無法實現(xiàn)在短時間內(nèi)生產(chǎn)所需的異形管材，另外，鈦是活性金屬，高溫下極易氧化污染， 在鈦合金管材的制備過程中，還必須時刻注意對鈦合金的保護(hù)
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有的鈦及鈦合金管材制備工藝流程過于復(fù)雜以及成本較高的不足，提供一種生產(chǎn)效率高、在自行設(shè)計的保護(hù)裝置配合下的鈦合金管材的快速制備工藝。本發(fā)明可以通過如下措施達(dá)到:
一種鈦合金管材的快速制備工藝，其特征是基于焊接堆焊技術(shù)以及熔焊快速成形的基礎(chǔ)之下，使用自行設(shè)計的熔焊快速成形保護(hù)設(shè)備，進(jìn)行鈦及鈦合金管材堆焊快速成形制備，制備工藝包括如下步驟:
步驟一、保護(hù)設(shè)備外罩的制作，采用Imm厚的5系鋁合金板材在底板上制作圓柱形保護(hù)設(shè)備外罩，保護(hù)設(shè)備外罩上覆以Imm厚5系鋁合金圓形蓋板形成封閉的空間，通過IOmm直徑的不銹鋼棒材配以相應(yīng)螺紋夾具制作保護(hù)設(shè)備外罩支架，根據(jù)所制備的鈦及鈦合金管材的尺寸，調(diào)節(jié)保護(hù)設(shè)備外罩的大小和高度，通過保護(hù)設(shè)備外罩，可以解決及鈦合金管材制備時的氧化問題，以適應(yīng)不同尺寸(直徑50-400mm，高度50_300mm)的鈦及鈦合金管材制備，步驟二、預(yù)通保護(hù)氣，保護(hù)氣為氬氣，預(yù)通氣15s，氬氣流量為7-12L/min，使保護(hù)設(shè)備外罩內(nèi)充滿保護(hù)氣體，
步驟三、進(jìn)行焊道的焊接，將焊槍放在保護(hù)設(shè)備外罩內(nèi)的焊接機(jī)器人上，通過焊接機(jī)器人將焊槍端部調(diào)整至距底板12mm-15mm處,焊接電源為Fronius CMT Advanced焊接電源，調(diào)整電源相應(yīng)焊接參數(shù):采用CMT焊接技術(shù)，電流選擇90-110A，焊接速度為lOmm/s，在底板上堆敷第一道圓形焊道之后熄弧，通過焊接機(jī)器人將焊槍抬升1.5mm,熄弧后30s進(jìn)行第二焊道的堆敷，堆敷第二道圓形焊道之后熄弧，并通過焊接機(jī)器人將焊槍抬升1.5_，熄弧后30s進(jìn)行第三、四至第N道焊道的堆敷，達(dá)到所需管材的尺寸之后，熄滅電弧，并保持保護(hù)氣體繼續(xù)送氣，待管材冷卻至室溫后，停止送氣，
步驟四、當(dāng)管坯冷卻后取出管坯，利用機(jī)械清理的方式，除去表面的熔渣，在保證尺寸的前提下，通過車床，銑床等機(jī)加設(shè)備除去管材表面毛刺，
步驟五、通過定徑機(jī)或·者成形機(jī)設(shè)備對管材進(jìn)行定徑處理，使管材達(dá)到所需的尺寸要求，管材放入熱處理爐內(nèi)進(jìn)行真空熱處理(850°C保溫1.5小時，隨爐冷卻至室溫)，
步驟六、管材精整處理，包括:管材矯直、端面平頭、內(nèi)外徑打磨后再經(jīng)水壓檢驗，測試管材的水密性后得成品管材。本發(fā)明可以在保護(hù)設(shè)備外罩內(nèi)根據(jù)管材的形狀和尺寸設(shè)置內(nèi)套，內(nèi)套與保護(hù)設(shè)備外罩間形成管材成型腔。本發(fā)明所述的保護(hù)設(shè)備外罩和內(nèi)套采用鋁合金材質(zhì)，以在管材成形的過程中提供有效的保護(hù)氣氛，有效的解決鈦合金管材成形時發(fā)生的氧化問題。本發(fā)明所述的使保護(hù)設(shè)備外罩橫向和縱向調(diào)節(jié)范圍處于50mm至400mm，高度上調(diào)節(jié)范圍為50_至300mm。本發(fā)明所述的CMT焊接技術(shù)是用電弧熱為熱源，熔化金屬材料，在設(shè)計的軌跡上逐層堆積熔融金屬材料的工藝，實現(xiàn)鈦及鈦合金管材的快速成形制備，并同樣適用于鋼鐵，鋁合金等常用金屬材料，通過調(diào)節(jié)配套的保護(hù)罩可以實現(xiàn)管件大小的調(diào)節(jié)，以適應(yīng)對不同尺寸的鈦合金管材成形需求，具有操作方法簡單，成形效率高，設(shè)備簡便，成本低，使用范圍廣等優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明的管材制備原理示意圖。圖2是圖1中A-A制管階段剖面圖。圖3是圖1中A-A成管階段剖面圖。圖4是圖1中A-A成管脫模后的剖面圖。
具體實施例方式一種鈦合金管材的快速制備工藝，其特征是基于CMT焊接技術(shù)焊接堆焊技術(shù)以及熔焊快速成形的基礎(chǔ)之下，使用自行設(shè)計的熔焊快速成形保護(hù)設(shè)備，進(jìn)行鈦及鈦合金管材堆焊快速成形制備，制備工藝包括如下步驟:
步驟一、保護(hù)設(shè)備外罩I的制作，采用Imm厚的5系鋁合金板材在底板3上制作圓柱形保護(hù)設(shè)備外罩1，保護(hù)設(shè)備外罩I上覆以Imm厚5系鋁合金圓形蓋板形成封閉的空間，保護(hù)設(shè)備外罩I和內(nèi)套I采用鋁合金材質(zhì)，以在管材成形的過程中提供有效的保護(hù)氣氛，有效的解決鈦合金管材成形時發(fā)生的氧化問題，保護(hù)設(shè)備外罩I橫向和縱向調(diào)節(jié)范圍處于50mm至400mm,高度上調(diào)節(jié)范圍為50mm至500mm,通過IOmm直徑的不銹鋼棒材配以相應(yīng)螺紋夾具制作保護(hù)設(shè)備外罩支架，保護(hù)設(shè)備外罩I內(nèi)根據(jù)管材的形狀和尺寸設(shè)置內(nèi)套1，內(nèi)套I與保護(hù)設(shè)備外罩I間形成管材成型腔，本發(fā)明根據(jù)所制備的鈦及鈦合金管材的尺寸，調(diào)節(jié)保護(hù)設(shè)備外罩I的大小和高度，通過保護(hù)設(shè)備外罩，可以解決及鈦合金管材制備時的氧化問題，以適應(yīng)不同尺寸直徑50-400mm，高度50m-300mm的鈦及鈦合金管材制備，
步驟二、預(yù)通保護(hù) 氣，保護(hù)氣為氬氣，預(yù)通氣15s，氬氣流量為7-12L/min，使保護(hù)設(shè)備外罩內(nèi)充滿保護(hù)氣體，
步驟三、進(jìn)行焊道的焊接，將焊槍2放在保護(hù)設(shè)備外罩I內(nèi)的焊接機(jī)器人上，通過焊接機(jī)器人將焊槍2端部調(diào)整至距底板12mm-15mm處,焊接電源為Fronius CMT Advanced焊接電源，調(diào)整電源相應(yīng)焊接參數(shù):采用CMT焊接技術(shù)，電流選擇90A-110A，焊接速度為IOmm/s，在底板3上堆敷第一道圓形焊道之后熄弧，通過焊接機(jī)器人將焊槍抬升1.5mm,熄弧后30s進(jìn)行第二焊道的堆敷，堆敷第二道圓形焊道之后熄弧，并通過焊接機(jī)器人將焊槍抬升
1.5mm,熄弧后30s進(jìn)行第三、四至第N道焊道的堆敷，達(dá)到所需管材的尺寸之后，熄滅電弧，并保持保護(hù)氣體繼續(xù)送氣，待管材6冷卻至室溫后，停止送氣，
步驟四、當(dāng)管材6冷卻后取出，利用機(jī)械清理的方式，除去表面的熔渣，在保證尺寸的前提下，通過車床，銑床等機(jī)加設(shè)備除去管材表面毛刺，
步驟五、通過定徑機(jī)或者成形機(jī)設(shè)備對管材6進(jìn)行定徑處理，使管材6達(dá)到所需的尺寸要求，管材放入熱處理爐內(nèi)進(jìn)行真空熱處理(850°C保溫1.5小時，隨爐冷卻至室溫)，
步驟六、管材6精整處理，包括:管材矯直、端面平頭、內(nèi)外徑打磨后再經(jīng)水壓檢驗，測試管材的水密性后得成品管材。本發(fā)明所述的CMT焊接技術(shù)是用電弧熱為熱源，熔化金屬材料，在設(shè)計的軌跡上逐層堆積熔融金屬材料的工藝，實現(xiàn)鈦及鈦合金管材的快速成形制備，并同樣適用于鋼鐵，鋁合金等常用金屬材料，通過調(diào)節(jié)配套的保護(hù)罩可以實現(xiàn)管件大小的調(diào)節(jié)，以適應(yīng)對不同尺寸的鈦合金管材成形需求，具有操作方法簡單，成形效率高，設(shè)備簡便，成本低，使用范圍廣等優(yōu)點。
權(quán)利要求
1.一種鈦合金管材的快速制備工藝，其特征是基于焊接堆焊技術(shù)以及熔焊快速成形的基礎(chǔ)之下，使用自行設(shè)計的熔焊快速成形保護(hù)設(shè)備，進(jìn)行鈦及鈦合金管材堆焊快速成形制備，制備工藝包括如下步驟: 步驟一、保護(hù)設(shè)備外罩的制作，在底板上制作圓柱形保護(hù)設(shè)備外罩，保護(hù)設(shè)備外罩上覆有蓋板形成封閉的空間， 步驟二、預(yù)通保護(hù)氣，保護(hù)氣為氬氣，預(yù)通氣10-20S，氬氣流量為7-12L/min， 步驟三、進(jìn)行焊道的焊接，將焊槍放在保護(hù)設(shè)備外罩內(nèi)的焊接機(jī)器人上，通過焊接機(jī)器人將焊槍端部調(diào)整至距底板12mm-15mm處，在底板上堆敷第一道圓形焊道之后熄弧，通過焊接機(jī)器人將焊槍抬升1.5mm，熄弧后30s進(jìn)行第二焊道的堆敷，堆敷第二道圓形焊道之后熄弧，并通過焊接機(jī)器人將焊槍抬升1.5mm,熄弧后30s進(jìn)行第三、四至第N道焊道的堆敷，達(dá)到所需管材的尺寸之后，熄滅電弧，并保持保護(hù)氣體繼續(xù)送氣，待管材冷卻至室溫后，停止送氣， 步驟四、當(dāng)管材冷卻后取出管材，利用機(jī)械清理的方式，除去表面的熔渣， 步驟五、通過定徑機(jī)或者成形機(jī)設(shè)備對管材進(jìn)行定徑處理，使管材達(dá)到所需的尺寸要求，管材放入熱處理爐內(nèi)進(jìn)行真空熱處理，850°C保溫1.5小時，隨爐冷卻至室溫， 步驟六、管材精整處理，包括:管材矯直、端面平頭、內(nèi)外徑打磨后再經(jīng)水壓檢驗，測試管材的水密性后得成品管材。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈦合金管材的快速制備工藝，其特征是保護(hù)設(shè)備外罩內(nèi)設(shè)置內(nèi)套，內(nèi)套與保護(hù)設(shè)備外罩間形成焊接管材成型腔。
3.根據(jù)權(quán)利要 求1或2所述的一種鈦合金管材的快速制備工藝，其特征是保護(hù)設(shè)備外罩和內(nèi)套采用Imm厚的5系招合金材質(zhì),保護(hù)設(shè)備外罩橫向和縱向調(diào)節(jié)范圍處于50mm至40Ctam,高度上調(diào)節(jié)范圍為5Ctam至300謹(jǐn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈦合金管材的快速制備工藝，其特征是保護(hù)設(shè)備外罩通過IOmm直徑的不銹鋼棒材配以相應(yīng)螺紋夾具制作保護(hù)設(shè)備外罩支架支撐。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈦合金管材的快速制備工藝，其特征是采用CMT焊接技術(shù)，焊接電源為Fronius CMT Advanced焊接電源，調(diào)整電源相應(yīng)焊接參數(shù):電流選擇90A-110A，焊接速度為 10mm/s。
全文摘要
本發(fā)明涉及管材成型技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種鈦合金管材的快速制備工藝，其特征是基于焊接堆焊技術(shù)以及熔焊快速成形的基礎(chǔ)之下，使用自行設(shè)計的熔焊快速成形保護(hù)設(shè)備，進(jìn)行鈦及鈦合金管材堆焊快速成形制備，制備工藝包括如下步驟保護(hù)設(shè)備外罩的制作；預(yù)通保護(hù)氣；進(jìn)行焊道的焊接；機(jī)械清理及定徑和精整處理，本發(fā)明采用CMT焊接技術(shù)是用電弧熱為熱源，熔化金屬材料，在設(shè)計的軌跡上逐層堆積熔融金屬材料的工藝，實現(xiàn)鈦及鈦合金管材的快速成形制備，并同樣適用于鋼鐵，鋁合金等常用金屬材料，通過調(diào)節(jié)配套的保護(hù)罩可以實現(xiàn)管件大小的調(diào)節(jié)，以適應(yīng)對不同尺寸的鈦合金管材成形需求，具有操作方法簡單，成形效率高，設(shè)備簡便，成本低，使用范圍廣等優(yōu)點。
文檔編號B23P15/00GK103231218SQ20131017223
公開日2013年8月7日 申請日期2013年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月11日
發(fā)明者孫清潔, 桑海波, 劉一搏, 姜云祿, 馮吉才 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海)