一种双金属复合三通管制备方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种三通管的制备方法，具体涉及一种双金属复合三通管制备方法，属于冶金及制管技术领域。
【背景技术】
[0002]三通管为管路上的常用部件，属于压力管道元件，广泛的应用于石油、化工、造船、核电、电站建设、食品、制药、航空航天、有色金属冶炼、城市供水、造纸等行业的管路上。在腐蚀恶劣的环境中，不锈钢合金是常用的防腐蚀材料，然而纯不锈钢合金管道材料成本较高，特别是在压力较高工况下，由于管壁较厚，所需成本就更高。用外层为普通碳素钢，内层为不锈钢制成的复合三通管，来代替纯不锈钢合金三通管，可节省不锈钢，大大降低三通管件成本，用于大口径三通管的生产，经济效益尤为显著。因此复合三通管在石化、核电、城市供水、食品、制药等行业有广泛的应用前景。国内现有双金属复合三通管的制作，首先先焊接成形复合直管，再通过胀形成形获得双金属三通管，整个工艺比较复杂，工艺流程较长，成本较高，不利于大规模的推广应用。
【发明内容】
[0003]为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种双金属复合三通管制备方法，该方法整个操作过程简单，容易控制，并且可以一次性成型双金属复合三通管，同时又保证了管件的成形质量。
[0004]为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种双金属复合三通管制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤:1)准备两种不同材质的内外金属管套装在一起;2)将套装在一起的金属管放在三通机模具内；3)在内管内注入液体，所述液体为纯净水;4)打开三通机模具，通过设备的增压系统提供内压Pi，同时通过液压机的两个水平侧缸同步对中运动挤压管坯，左右油缸提供压力Fa，上油缸提供支管端部的平衡力Fq，管坯受挤压后体积变小，管坯内的液体随管坯体积变小而压力升高，(同时增压系统可根据管坯复合及变形情况确定是否增压)，随着管内压力升高，内层管由弹性变形状态进入塑性变形状态，并贴紧外管，内外两管紧密贴合在一起，当管内压力进一步升高，达到三通支管胀出所需要的压力时，金属材料在侧缸和管坯内液体压力的双重作用下沿模具内腔流动而胀出支管。
[0005]作为本发明的一种改进，所述步骤4)中设备的增压系统提供内压Pi为在80-120MPa。
[0006]作为本发明的一种改进，所述步骤4)中左右油缸提供压力Fa为在8-20T，上油缸提供支管端部的平衡力Fq为在8-20T。
[0007]作为本发明的一种改进，所述步骤4)中随着管内压力升高，达到50_80MPa时，内层管由弹性变形状态进入塑性变形状态，并贴紧外管，内外两管紧密贴合在一起，当管内压力进一步升高，达到85-100MPa时金属材料在侧缸和管坯内液体压力的双重作用下沿模具内腔流动而胀出支管。
[0008]相对于现有技术，本发明的优点如下，I)该技术方案中胀形压力均匀分布，最为均匀稳定，所成形的产品质量好，不需要通过先复合再成形的焊接和胀形工艺就可以生产双金属复合三通管，提高了工作效率;2)该技术方案能够缩短产品生产周期，减少设备投入，从而降低生产成本，具有十分广阔的市场前景。
【附图说明】
[0009]图1为液体介质挤压胀形双金属复合三通管示意图；
图2为复合胀形力学模型。
【具体实施方式】
[0010]为了加深对本发明的认识和理解，下面结合附图和【具体实施方式】，进一步阐明本发明。
[0011 ]实施例1: 一种双金属复合三通管制备方法，所述方法包括以下步骤:I)准备两种不同材质的内外金属管套装在一起;2)将套装在一起的金属管放在三通机模具内；3)在内管内注入液体，所述液体为纯净水;4)打开三通机模具，通过设备的增压系统提供内压Pi，同时通过液压机的两个水平侧缸同步对中运动挤压管坯，左右油缸提供压力Fa，上油缸提供支管端部的平衡力Fq，管坯受挤压后体积变小，管坯内的液体随管坯体积变小而压力升高，(同时增压系统可根据管坯复合及变形情况确定是否增压)，随着管内压力升高，内层管由弹性变形状态进入塑性变形状态，并贴紧外管，内外两管紧密贴合在一起，当管内压力进一步升高，达到三通支管胀出所需要的压力时，金属材料在侧缸和管坯内液体压力的双重作用下沿模具内腔流动而胀出支管，其中所述步骤4)中设备的增压系统提供内压Pi为在80-120MPa;所述步骤4)中左右油缸提供压力Fa为在8-20T，上油缸提供支管端部的平衡力Fq为在8-20T，所述步骤4)中随着管内压力升高，达到50_80MPa时，内层管由弹性变形状态进入塑性变形状态，并贴紧外管，内外两管紧密贴合在一起，当管内压力进一步升高，达到85-100MPa时金属材料在侧缸和管坯内液体压力的双重作用下沿模具内腔流动而胀出支管。
[0012]具体复合胀形工艺如下:
三通管的液压胀形成形过程，按力学特性可分为两个阶段，分别是:自由胀形阶段。从管坯开始发生塑性变形直到平衡冲头顶端与管坯端部接触为止。在挤压冲头与内压的双重作用下，管坯从弹性变形进入到塑性变形阶段，并在模具、挤压冲头与内压的约束下，在主管型腔的过度区域产生突起直至突起部分接触到平衡冲头。这个阶段管坯的最大变形量是由金属允许的管壁减薄量和自由状态下管坯能承受的压缩量所决定的，此时如果内压不足，如内压低于50MPa时，管坯就会失稳起皱，反之管坯就会变薄甚至破裂。
[0013]三通管液压胀形的轴向挤压力由三个部分组成，一个是管坯内液体对冲头的反作用力；一个是使管坯沿轴向发生塑性变形所需要的力；一个力是管坯与模腔接触面之间的摩擦力。
[0014]稳定变形阶段。从支管端部与平衡冲头接触开始，直至成形结束。此时，管件受到三种力的作用，即内部胀形力、挤压力和平衡力。当这三个力保持合理的比例关系时，变形金属处于高静水压力和有利于塑性变形的偏应力状态下，能够按理想的状态变形。
[0015]通过研究分析得知，三通管的壁厚变化与液压胀形时三通管各部位的受力情况有关。一是胀形过程中，主要变形区(指整个成形支管以及与支管直接对应和相邻的部分主管，这部分区域在胀形过程中较大)中的绝大部分区域的主应变为拉应变，非主要变形区中，仅在主管两端部分区域以及与之相连的主要变形区中，支管两侧壁中下部较狭小的区域其主应变为压应变，而在整个胀形过程中全部管件区域的次应变均为压应变，最大次应变位于最大变形区中支管顶部边缘一侧曲率变化较大的部位;最小次应变也是所有应变中数值最大的压应变，它与最大主应变位于相同区域几乎同一位置。在整个胀形过程中，除支管顶部的最大变形区以外，三通管其他所有区域胀形所产生的主、次应变中，压应变的值均大于拉应变。根据对三通管胀形时的应变分析可知，一方面，三通管各部分在液压胀形过程中的受力情况是不同的，另一方面，三通管各部分在液压胀形过程中壁厚变化情况也是不同的。胀形过程中管件壁厚减薄是轴向挤压胀形中不可避免的现象，若想通过增大胀形介质内压力来获得更大的变形量，就应该采用以上介绍的复合成形工艺，通过支管冲头平衡力改变胀形区的应力应变状态，使胀形管件在较高的静水压力下实现稳定的变形。复合胀形力学模型如图2所示，它是在轴向压缩胀形的同时，另外对胀形区施加径向反压力，即支管平衡力Fq。胀形过程中，胀形介质所产生的内压力Pi作用在内管坯内表面，用以提供使内管与外管胀合和使管坯金属流向凹模支管空腔所需的径向扩张力;Fa施加在管坯端面上，提供轴向挤压力;Fq作用在胀形支管的端部，以平衡支管内胀形介质所产生的胀形力。由于径向反压力的作用，使胀形区最大变形处的应力状态得到了明显的改善，为发挥材料的塑性变形提供了有利的变形条件。运用非双金属管坯一次性制备双金属复合三通管工艺的技术关键，除了需要保证轴向压力与内压力的比值合适外，施加反压力的大小与时间无疑是重要的影响因素。反压力过小，不能有效地抑制胀形区减薄;反压力过大，不仅使胀形内压力和轴向挤压力相应地增大，从而导致凹模圆角处壁厚显著增加，甚至会因为较大压缩应力的作用，导致主管直壁失稳起皱，甚至损坏模具。因此，施加的反压力的大小，应以能维持平衡支管内的胀形力为依据。理论与实验研究表明，这种复合胀