一種雙金屬復合管熱脹形-冷縮結合生產方法技術

本發明專利技術公開了一種雙金屬復合管熱脹形?冷縮結合生產方法，本發明專利技術利用不同金屬熱膨脹系數的差異，將熱膨脹系數大的金屬管作為外管，熱膨脹系數小的金屬管作為內管，在高溫下使兩種金屬或合金管同時脹形或者使內管單獨脹形貼靠外管，冷卻時已經貼靠的雙金屬管同時冷卻，由冷縮結合力提供雙金屬管間的抱緊力，實現雙金屬復合管的成形與結合。本方法也可用于異型截面雙金屬復合管和雙金屬復合管件的生產。本發明專利技術采用熱脹形?冷縮結合方法工序簡單，能夠通過單一工序同時實現雙金屬復合管的成形與結合。本發明專利技術的方法在高溫下，管材的變形抗力小，塑性成形性能高，能夠實現難變形材料的成形。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及雙金屬復合管加工
，尤其涉及一種雙金屬復合管熱脹形-冷縮結合生產方法。
技術介紹
雙金屬復合管是由兩種不同性能的金屬結合而成的一種復合材料，它兼具 兩種組元金屬的優良性能，，綜合利用了內層管板與外層管的不同性能，發揮不同合金的性能優勢，具有高強度、耐腐蝕、電磁屏蔽以及優異的導電、導熱等綜合性能，因而，越來越多地應用于航空、航天、機械、化工、電力和電子等工業領域。異種合金雙層板殼復合結構是由兩種不同的材料成形與結合的。現有技術中，雙金屬復合管的生產方式有多種，如拉拔、擠壓、爆炸、離心鑄造、連續鑄造、液壓脹接等。這些方法都已在生產中得到應用，但還存在著產品能耗高、成本高、質量差、環境污染嚴重、市場競爭力弱等不足，有些方法還存在工序復雜、結合界面的位置和厚度不能精確控制、壁厚不均勻的不足，而且有些雙金屬組合的復合管尚不能生產出來。專利CN 102700223 A提出了一種異種材料熱脹形生產復合管的方法，但其是金屬管與非金屬材料的復合。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種雙金屬復合管的熱脹形-冷縮結合生產方法，其原理是利用不同金屬熱膨脹系數的差異，將熱膨脹系數大的金屬管作為外管，熱膨脹系數小的金屬管作為內管，在高溫下使兩種金屬或合金管同時脹形或者使內管單獨脹形貼靠外管，冷卻時已經貼靠的雙金屬管同時冷卻，由冷縮結合力提供雙金屬管間的抱緊力，實現雙金屬復合管的成形與結合。本方法也可用于異型截面雙金屬復合管和雙金屬復合管件的生產。本專利技術采用如下技術方案：本專利技術的雙金屬復合管熱脹形-冷縮結合生產方法的具體步驟如下：（1）下料，將熱膨脹系數不同的兩種管材進行切割，得到成形管坯，并采用清潔劑擦拭金屬管表面，保持管材表面清潔；（2）將熱膨脹系數小的金屬管插進熱膨脹系數高的金屬管內，構成一組雙金屬管，內外管之間的間隙為0.1-10mm, 將雙金屬管置于成形模具內，外金屬管外壁與成形模具內壁之間具有0.1-8mm的間隙，使成形模具、外金屬管和內金屬管保持同軸以免偏心而導致成形后壁厚不均勻，密封內金屬管的兩端（固體介質脹形除外），在內金屬管的一端預留介質通道，使能夠充進成形介質；（3）將成形模具和雙金屬管或者僅將雙金屬管加熱到兩種金屬均被脹形的成形溫度100-1100℃；（4）將成形介質通過介質通道進入密封空間中，為成形提供穩定壓力，使雙金屬管在兩種金屬同時進行脹形的溫度100-1100℃和壓力0.5MPa-20MPa下脹形，脹形時間為5-300s, 使外金屬管外壁全部貼靠成形模具內壁；（5）脹形結束后，排出成形介質，取出雙金屬管脹形件，冷卻到室溫，得到雙金屬復合管。步驟（1）中，所述金屬管的材質是鋅、鋅合金、鎂、鎂合金、鋁、鋁合金、銅、銅合金、鈦、鈦合金、鋼或高溫合金。步驟（2）中，在外金屬管兩端設置兩個支撐環，保持成形模具、外金屬管和內金屬管同軸。步驟（2）中，所述成形介質是氬氣、氮氣、空氣、耐熱油、鋼珠或陶瓷珠。步驟（3）中，加熱方式是電阻爐加熱、感應加熱、自阻加熱或固體介質傳導加熱。本專利技術的積極效果如下：（1）本專利技術采用熱脹形-冷縮結合方法工序簡單，能夠通過單一工序同時實現雙金屬復合管的成形與結合。（2）在高溫下，管材的變形抗力小，塑性成形性能高，能夠實現難變形材料的成形。（3）因復合所需變形量很小，且有模具控制外形尺寸和輪廓，故可采用高應變速率成形，生產效率高。（4）雙金屬復合管通過過盈配合實現結合，結合可靠。（5）可實現熱膨脹系數不同的任何兩種金屬管的復合。附圖說明圖1為具體實施方式一的成形初始狀態示意圖。圖2為具體實施方式一的成形終了狀態示意圖；圖中，1-鋼管、2-鈦管、3-陶瓷模具、4-支撐環、5-保護套管、6-密封頭、7-電源、8-電極、9-進氣封頭。圖3為具體實施方式二的成形初始狀態示意圖。圖4為具體實施方式二的成形終了狀態示意圖；圖中，1-鈦管、2-銅管、3-陶瓷模具、4-支撐環、5-密封頭、6-感應線圈、7-進氣封頭。圖5為具體實施方式三的成形初始狀態示意圖。圖6為具體實施方式三的成形終了狀態示意圖；圖中，1-鎂管、2-鋁管、3-模具、4-支撐環、5-頂板、6-管端蓋、7-底板。圖7為具體實施方式四的成形初始狀態示意圖。圖8為具體實施方式四的成形終了狀態示意圖；圖中，1-鎂管、2-鋼管、3-陶瓷模具、4-支撐環、5-沖頭、6-感應線圈、7-鋼珠、8-底板。具體實施方式下面的實施例是對本專利技術的進一步詳細描述。具體實施方式一：鋼/鈦雙金屬復合管的成形，結合圖1-2說明本實施方式。本施方式的方法包括以下步驟：步驟一、將鋼管 1 套在鈦管 2的外部，內層鈦管 2 內壁與外層鋼管 1 外壁之間通過位于外層管兩端的兩個支撐環4保持均勻間隙 0.1-10mm，內層鈦管2的兩端各伸出外層鋼管1兩端50-100mm；步驟二、將組合好的雙層管放入陶瓷模具3中，并使外層鋼管1外壁與陶瓷模具3內壁保持均勻間隙0.1-8mm；步驟三、加壓使密封頭6和進氣封頭9頂靠內層鈦管2的兩端密封內層鈦管2；步驟四、在內層鈦管2兩側露出段加裝電極8，并與電源7相連，通電使鈦管2和鋼管1利用自阻加熱到700-950℃；步驟五、通氣加壓，使內層鈦管2和外層鋼管1發生脹形并貼靠模具3的內壁，氣體壓力為0.5MPa-20MPa,脹形時間為5-300s；步驟六、脹形結束后，卸除內層鈦管2中的氣體壓力，將工件從模具3中取出空冷，因鋼的冷卻收縮大于鈦的冷卻收縮，故鋼管和鈦管因冷縮結合在一起，得到鋼/鈦雙金屬復合管。具體實施方式二 ：銅/鈦雙金屬復合管的成形，結合圖3-4說明本實施方式。本實施方式的方法包括以下步驟：步驟一、將銅管 2 套在鈦管 1 的外部，內層鈦管 2 內壁與外層銅管 1 外壁之間通過位于外層銅管1兩端的兩個支撐環4保持均勻間隙 0.1-10mm，內層鈦管2的兩端各伸出外層銅管1兩端10-50mm；步驟二、將組合好的雙層管放入已嵌入感應線圈6的陶瓷模具3中，并使外層銅管1與陶瓷模具3內壁保持均勻間隙0.1-8mm；步驟三、加壓使密封頭5和進氣封頭7頂靠內層鈦管2的兩端密封內層鈦管2；步驟四、使感應線圈6通電將鈦管2和銅管1加熱到700-930℃；步驟五、通氣加壓，使內層鈦管2和外層銅管1發生脹形并貼靠模具3的內壁，介質氣體壓力P為0.5MPa-20MPa,脹形時間為5-300s；步驟六、脹形結束后，卸除內層鈦管2中的氣體壓力，將工件從模具3中取出空冷，得到需要的銅/鈦雙金屬復合管。具體實施方式三：鎂/鋁雙金屬復合管的成形，結合圖5-6說明本實施方式。本實施方式的方法包括以下步驟：步驟一、將鋁管2的兩端用鋁片焊接密封，并在一端引出通氣管；步驟二、將鎂管 1套在鋁管 2的外部，外層鎂管 1 內壁與內層鋁管 2 外壁之間通過位于外層鋁管1兩端的兩個支撐環4保持均勻間隙 0.1-10mm；步驟三、將組合好的雙層管放入已置于電阻爐中的模具3中，并使鎂管1外壁與模具3內壁保持均勻間隙0.1-8mm；步驟四、電阻爐通電加熱到250-500℃，保溫5-10分鐘；步驟五、通氣加壓，使內層鋁管2和外層鎂管1發生脹形并貼靠模具3的內壁，介質氣體的壓力P為0.5MPa-20MPa,脹形時間為5-300s；步驟六、脹形結束后，卸本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種雙金屬復合管熱脹形?冷縮結合生產方法，其特征在于：所述方法的具體步驟如下：（1）下料，將熱膨脹系數不同的兩種管材進行切割，得到成形管坯，并采用清潔劑擦拭金屬管表面，保持管材表面清潔；（2）將熱膨脹系數小的金屬管插進熱膨脹系數高的金屬管內，構成一組雙金屬管，內外管之間的間隙為0.1?10mm,?將雙金屬管置于成形模具內，外金屬管外壁與成形模具內壁之間具有0.1?8mm的間隙，使成形模具、外金屬管和內金屬管保持同軸以免偏心而導致成形后壁厚不均勻，密封內金屬管的兩端（固體介質脹形除外），在內金屬管的一端預留介質通道，使能夠充進成形介質；（3）將成形模具和雙金屬管或者僅將雙金屬管加熱到兩種金屬均被脹形的成形溫度100?1100℃；（4）將成形介質通過介質通道進入密封空間中，為成形提供穩定壓力，使雙金屬管在兩種金屬同時進行脹形的溫度100?1100℃和壓力0.5MPa?20MPa下脹形，脹形時間為5?300s,?使外金屬管外壁全部貼靠成形模具內壁；（5）脹形結束后，排出成形介質，取出雙金屬管脹形件，冷卻到室溫，得到雙金屬復合管。

【技術特征摘要】
1.一種雙金屬復合管熱脹形-冷縮結合生產方法，其特征在于：所述方法的具體步驟如下：（1）下料，將熱膨脹系數不同的兩種管材進行切割，得到成形管坯，并采用清潔劑擦拭金屬管表面，保持管材表面清潔；（2）將熱膨脹系數小的金屬管插進熱膨脹系數高的金屬管內，構成一組雙金屬管，內外管之間的間隙為0.1-10mm, 將雙金屬管置于成形模具內，外金屬管外壁與成形模具內壁之間具有0.1-8mm的間隙，使成形模具、外金屬管和內金屬管保持同軸以免偏心而導致成形后壁厚不均勻，密封內金屬管的兩端（固體介質脹形除外），在內金屬管的一端預留介質通道，使能夠充進成形介質；（3）將成形模具和雙金屬管或者僅將雙金屬管加熱到兩種金屬均被脹形的成形溫度100-1100℃；（4）將成形介質通過介質通道進入密封空間中，為成形提供穩定壓力，使雙金屬管在兩種金屬同時進行脹形的溫度100-1100℃和壓力0.5MPa-...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王剛，李思奕，孔得紅，
申請(專利權)人：哈爾濱工業大學威海，
類型：發明
國別省市：山東;37