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摘 要 简述利用中频感应加热扩径推制Φ114mm～1016mm大直径单焊缝钛弯头的推制方法和工艺流程。
关键词 钛弯头；中频感应加热；推制工艺
中图分类号TH13 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2014）123-0200-02
Study on Pushing Large Diameter Ti Elbow by Use of Medium Frequency Heating Process
ZhangJun
Nanjing Baotai Speaclal Matericals Co.，Ltd Nanjing 211100
Abstract This paper mainly discusses processing method and engineering flow to push large dimeter （Φ114～Φ1016mm） single weld titanium elbow by use of medium frequency induction heating technology.
Keywords titanium elbow；medium frequency induction heating；pushing technology
0引言
钛弯头是石油、化工、电力、海洋、军工、航空航天、高铁等行业工程管道的重要管件之一，其质量决定了整个管系工程的安全和使用寿命。用中频感应加热可推制Dg114mm～1016mm、壁厚5mm～15mm的多种规格的45°、90°的钛弯头，弯曲半径R=1.5Dg（长半径）和R=1.0Dg（短半径），其性能高于环焊缝制钛弯头（俗称虾米腰）、双焊缝二哈夫钛弯头和铸造钛弯头。
1 热推成形原理
扩径推制钛弯头的成形原理是根据钛金属材料塑性变形时体积不变的规律进行设计的，即管坯的体积等于弯头的体积。把钛管套在芯棒上，用液压推力装置将钛管沿芯棒进入弯头模具，在高温状态下，钛管产生扩径和弯曲变形，并向前移动直至脱离模具成90°弯头。如图1所示。
图1 热推钛弯头原理简图
2 中频感应加热
中频感应加热即中等频率的交变电流通过感应线圈时，周围形成交变磁场，当金属工件从感应线圈通过时，工件内部产生电动势，产生涡流电流，将工件加热。控制感应线圈中电流的大小，可有效的将工件加热到推制弯头所需的温度范围。感应加热器形状如弯头模具形状，直径尺寸比弯头模具直径大100mm～200m，采用铜方管绕制而成，根据弯头模具大小12～20匝为宜。
3 加热温度
推制弯头的加热温度既要保证管坯在推制时具有足够的塑性，又要使成型后的弯头获得良好的组织和性能，因此推制钛弯头的加热温度应高于钛管的再结晶温度。参考Ta2的温度变形曲线和试验数据，推制钛弯头的加热温度在450℃～750℃为宜，具体为模具与芯棒连接处温度低，约450℃，模具中部温度高，约750℃，模具前端温度中，约600℃。外弧温度高，内弧温度低，温差相差70℃为最佳。在推制过程中，可根据需要进行火焰补热。
4 推制速度
钛弯头的成形质量和成形良品率，在很大程度上取决于推制速度。推制速度又取决于液压推力大小和加热设备的功率和效率，并且与模具各区段温度和曲率有关。根据生产经验，推制速度为80mm/min～250mm/min，并根据实际情况调节。Φ273×10钛弯头的推制速度为100mm/min。
5 润滑剂
推制过程中，管坯内孔和模具外圆表面紧密接触，在高温下塑性增大，摩擦力增大。为减小摩擦力，必须在管坯内壁涂覆高温润滑剂，如二硫化钼、玻璃粉、石墨乳。否则，会造成不良率偏高，严重的会使推制无法进行。
6 管坯尺寸
目前，直径大于114mm的大直径无缝钛管量少价高，推制大直径钛弯头需要的大直径管坯一般采用钛板卷制、焊接而成。结合碳钢弯头推制工艺和经验，推制钛弯头所需管坯尺寸主要有以下：
1）管坯直径D00：根据弯头模具芯棒直径D0来定，D0=D/（1+D/2R）；
2）管坯长度L：L=πRD/2（D0+3δ）；
3）管坯壁厚δ0：弯头成形过程中随着扩径量的增加，推力使管坯不断进行径向补偿，弯头成品的壁厚δ与管坯相比，约有10% 减薄。故管坯壁厚δ0=1.1δ。
其中，D0为管坯外径，D弯头外径，R弯曲半径，管坯壁厚δ0，弯头壁厚δ，单位mm。
如弯头规格Φ273×10mm，弯曲半径R381。经计算得D0=201，L=710mm，δ0=1.1δ=10mm。用钛板卷制一道纵焊缝的Φ200xδ11x730钛管即可进行推制弯头。
7 连续推制
在推制过程中，要连续推制，中间不能耽搁太长时间，不要长时间停机，否则，模具温度下降，造成管坯的收缩应力和塑性下降，使推力增大，管坯变形困难，容易造成后面的管坯内弧起皱、起包等不良。
8后续处理
后续处理主要包括钛弯头机加工、碱洗、酸洗、无损探伤、成品检验、标志打印、包装、入库等工序。
9效率提高
用中频加热推制钛弯头，效率有很大的提高。如批量生产一个Φ273钛弯头，用中频加热推制的方法，时间约为45min～50min，主要工艺包括：下料、刨坡口、卷制管坯、焊接、校圆、推制、机加工、检验；用双焊缝二哈夫的方法，时间约为80min～90min，工艺包括下料、压制、气割、打磨坡口、组对、焊接、整形、机加工、检验。
10结论
在实际生产中，批量推制出Φ219、273、325、355、425等规格钛弯头，验证了用中频加热推制钛弯头的推制方法和加工工艺的可行性，满足弯头成形质量要求，获得良好的性能和经济效益。操作人员很好的掌握了弯头推制工艺和修模技术，降低了工人的劳动强度，大大提高了工作效率，为钛材深加工开辟了一条新道路。
参考文献
[1]莫畏.钛[M].北京：冶金工业出版社，2008.
[2]付正博.感应加热与节能[M].北京：机械工业出版社.
[3]汪大年.金属塑性成形原理[M].北京：机械工业出版社.
[4]宋长东，蒙乐勤.热推弯头芯棒设计与工业分析[J].通用机械，2004（4）：21-23.
[5]宋柏艳.无缝急弯弯头的热推制[J].辽阳石油化工高等专科学校学报，2000（3）：40-43.
[6]邵靖利.推制工艺对推制弯头几何形状的影响[J].机械工人，2007（6）：78-83.
关键词 钛弯头；中频感应加热；推制工艺
中图分类号TH13 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2014）123-0200-02
Study on Pushing Large Diameter Ti Elbow by Use of Medium Frequency Heating Process
ZhangJun
Nanjing Baotai Speaclal Matericals Co.，Ltd Nanjing 211100
Abstract This paper mainly discusses processing method and engineering flow to push large dimeter （Φ114～Φ1016mm） single weld titanium elbow by use of medium frequency induction heating technology.
Keywords titanium elbow；medium frequency induction heating；pushing technology
0引言
钛弯头是石油、化工、电力、海洋、军工、航空航天、高铁等行业工程管道的重要管件之一，其质量决定了整个管系工程的安全和使用寿命。用中频感应加热可推制Dg114mm～1016mm、壁厚5mm～15mm的多种规格的45°、90°的钛弯头，弯曲半径R=1.5Dg（长半径）和R=1.0Dg（短半径），其性能高于环焊缝制钛弯头（俗称虾米腰）、双焊缝二哈夫钛弯头和铸造钛弯头。
1 热推成形原理
扩径推制钛弯头的成形原理是根据钛金属材料塑性变形时体积不变的规律进行设计的，即管坯的体积等于弯头的体积。把钛管套在芯棒上，用液压推力装置将钛管沿芯棒进入弯头模具，在高温状态下，钛管产生扩径和弯曲变形，并向前移动直至脱离模具成90°弯头。如图1所示。
图1 热推钛弯头原理简图
2 中频感应加热
中频感应加热即中等频率的交变电流通过感应线圈时，周围形成交变磁场，当金属工件从感应线圈通过时，工件内部产生电动势，产生涡流电流，将工件加热。控制感应线圈中电流的大小，可有效的将工件加热到推制弯头所需的温度范围。感应加热器形状如弯头模具形状，直径尺寸比弯头模具直径大100mm～200m，采用铜方管绕制而成，根据弯头模具大小12～20匝为宜。
3 加热温度
推制弯头的加热温度既要保证管坯在推制时具有足够的塑性，又要使成型后的弯头获得良好的组织和性能，因此推制钛弯头的加热温度应高于钛管的再结晶温度。参考Ta2的温度变形曲线和试验数据，推制钛弯头的加热温度在450℃～750℃为宜，具体为模具与芯棒连接处温度低，约450℃，模具中部温度高，约750℃，模具前端温度中，约600℃。外弧温度高，内弧温度低，温差相差70℃为最佳。在推制过程中，可根据需要进行火焰补热。
4 推制速度
钛弯头的成形质量和成形良品率，在很大程度上取决于推制速度。推制速度又取决于液压推力大小和加热设备的功率和效率，并且与模具各区段温度和曲率有关。根据生产经验，推制速度为80mm/min～250mm/min，并根据实际情况调节。Φ273×10钛弯头的推制速度为100mm/min。
5 润滑剂
推制过程中，管坯内孔和模具外圆表面紧密接触，在高温下塑性增大，摩擦力增大。为减小摩擦力，必须在管坯内壁涂覆高温润滑剂，如二硫化钼、玻璃粉、石墨乳。否则，会造成不良率偏高，严重的会使推制无法进行。
6 管坯尺寸
目前，直径大于114mm的大直径无缝钛管量少价高，推制大直径钛弯头需要的大直径管坯一般采用钛板卷制、焊接而成。结合碳钢弯头推制工艺和经验，推制钛弯头所需管坯尺寸主要有以下：
1）管坯直径D00：根据弯头模具芯棒直径D0来定，D0=D/（1+D/2R）；
2）管坯长度L：L=πRD/2（D0+3δ）；
3）管坯壁厚δ0：弯头成形过程中随着扩径量的增加，推力使管坯不断进行径向补偿，弯头成品的壁厚δ与管坯相比，约有10% 减薄。故管坯壁厚δ0=1.1δ。
其中，D0为管坯外径，D弯头外径，R弯曲半径，管坯壁厚δ0，弯头壁厚δ，单位mm。
如弯头规格Φ273×10mm，弯曲半径R381。经计算得D0=201，L=710mm，δ0=1.1δ=10mm。用钛板卷制一道纵焊缝的Φ200xδ11x730钛管即可进行推制弯头。
7 连续推制
在推制过程中，要连续推制，中间不能耽搁太长时间，不要长时间停机，否则，模具温度下降，造成管坯的收缩应力和塑性下降，使推力增大，管坯变形困难，容易造成后面的管坯内弧起皱、起包等不良。
8后续处理
后续处理主要包括钛弯头机加工、碱洗、酸洗、无损探伤、成品检验、标志打印、包装、入库等工序。
9效率提高
用中频加热推制钛弯头，效率有很大的提高。如批量生产一个Φ273钛弯头，用中频加热推制的方法，时间约为45min～50min，主要工艺包括：下料、刨坡口、卷制管坯、焊接、校圆、推制、机加工、检验；用双焊缝二哈夫的方法，时间约为80min～90min，工艺包括下料、压制、气割、打磨坡口、组对、焊接、整形、机加工、检验。
10结论
在实际生产中，批量推制出Φ219、273、325、355、425等规格钛弯头，验证了用中频加热推制钛弯头的推制方法和加工工艺的可行性，满足弯头成形质量要求，获得良好的性能和经济效益。操作人员很好的掌握了弯头推制工艺和修模技术，降低了工人的劳动强度，大大提高了工作效率，为钛材深加工开辟了一条新道路。
参考文献
[1]莫畏.钛[M].北京：冶金工业出版社，2008.
[2]付正博.感应加热与节能[M].北京：机械工业出版社.
[3]汪大年.金属塑性成形原理[M].北京：机械工业出版社.
[4]宋长东，蒙乐勤.热推弯头芯棒设计与工业分析[J].通用机械，2004（4）：21-23.
[5]宋柏艳.无缝急弯弯头的热推制[J].辽阳石油化工高等专科学校学报，2000（3）：40-43.
[6]邵靖利.推制工艺对推制弯头几何形状的影响[J].机械工人，2007（6）：78-83.