[发明专利]电流辅助钛及钛合金波纹管单波连续成形装置及成形方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种波纹管单波连续成形装置及利用该装置进行单波连续成形的方法。

背景技术

波形膨胀节(即波纹管)作为一种良好的变形补偿元件，已在化工、石油、电力、冶金、造船、核能、字航等工业部门得到了广泛应用。随着科学技术的发展，大尺寸、高参数膨胀节在工程上应用已屡见不鲜，在工业部门管道中使用的波形膨胀节通过的多为含有腐蚀介质成份的流体，根据调研我国在炼油、化工、船舶行业中采用1Cr18Ni9Ti钢制造的波形膨胀节失效的主要原因是腐蚀穿孔，如大港油田炼油厂，一百多个膨胀节每年就需更换将近三分之一，给生产造成了一定的影响。

由于钛合金具有优越的力学性能、一定的形状记忆功能和耐腐蚀性能成为制造的波纹管首选材料，其材料性能如工作温度、循环应力、耐腐蚀性等均适合制造波形膨胀节。利用纯钛生产的波纹管或波形膨胀节，如美国Jefferson实验室使用的氦容器，在两端装有纯钛制波纹管，在高能离子加速器上使用的焊接钛合金波纹管等。采用传统方法制造波纹管的难度很大，沉积成形波形膨胀节只能生产镍材；液压成形、滚压成形和机械胀形的均是冷加工；采用上述方法废品率高、成本高。钛合金波形膨胀节轴向加载超塑成形复合工艺较好的解决了钛合金波形膨胀节的制造难题，但是该工艺生产效率低，单件生产至少需要一至两天；由于采用多个波同时整体成形，模具尺寸大，形状复杂，制造成本高，加热能量损耗大；必须在超塑成形专用设备上进行，设备非常昂贵。

综上，采用现有的波纹管单波连续成形装置成形钛及钛合金波纹管存在加热能量损耗大；模具尺寸大、制造成本高。

采用现有的波纹管单波连续成形方法成形钛及钛合金波纹管存在废品率高、单件生产需要一至两天，生产效率低。

发明内容

本发明为了解决现有的波纹管单波连续成形装置成形钛及钛合金波纹管存在加热能量损耗大，模具尺寸大、制造成本高以及现有的波纹管单波连续成形方法成形钛及钛合金波纹管存在废品率高、生产效率低的问题，进而提供了一种电流辅助钛及钛合金波纹管单波连续成形装置及成形方法。

本发明的电流辅助钛及钛合金波纹管单波连续成形装置包括两个推模、电源、气源、两个膜片、两个弹簧、两个导向杆和两个弹簧反力杆，所述成形装置还包括第一芯轴、第二芯轴、绝缘层和四个绝缘套，所述第一芯轴和第二芯轴的外径相同，所述第一芯轴的右端与第二芯轴的左端固接且二者位于同一轴线上，所述绝缘层位于第一芯轴和第二芯轴之间，所述两个膜片上下对应竖直设置在第二芯轴上，且均与第二芯轴的轴向垂直，每个膜片的左侧分别固接有一个导向杆和一个弹簧反力杆，且导向杆和弹簧反力杆均与第二芯轴平行设置，两个推模上对应开有第一通孔和第二通孔，每个第一通孔和第二通孔内对应安装有一个绝缘套，两个推模上下对应穿装在相应的导向杆和弹簧反力杆上，每个弹簧反力杆上套装有一个弹簧，弹簧位于对应的推模和膜片之间，所述第二芯轴的内部沿轴线方向开有中心盲孔，所述第二芯轴上沿竖直方向对应开有两个第三通孔，且两个第三通孔均与中心盲孔相连通，气源与中心盲孔相连通，电源的两个输出端的一端与推模连接，另一端与膜片连接，所述电源、推模、模片以及推模模片之间的待成形管坯构成通电回路，所述电源为大功率电源。

本发明的电流辅助钛及钛合金波纹管单波连续成形方法是按着以下步骤实现的：

步骤一：将上下对应两个推模和两个膜片同时向待成形管坯移动，直到两个推模和两个膜片的上下表面将待成形管坯的待成形端沿圆周方向紧紧包住；

步骤二、将第一芯轴和第二芯轴由右向左穿装在待成形管坯内，使第二芯轴上的第三通孔的轴向位置紧邻模片的左侧；

步骤三、根据推模和模片之间的待成形管坯的横截面尺寸和电阻数据，选择电流参数，电流为1000～20000A；

步骤四、将所述成形装置放置在压力机上，并保持推模两个膜片与压力机和气源绝缘；

步骤五、将电源的电极分别连接到推模和模片上，通电加热，加热速度为10～30℃/s；

步骤六、通过红外测温仪实时测量坯料的温度，并依据其温度实时调整电源的输出电流参数，电源输出电压为4～10V；

步骤七、当推模和模片之间的待成形管坯的温度达到600～1000℃时，向第二芯轴的中心盲孔中充入惰性气体，使气压达到0.5～1.5Mpa，中心盲孔中的惰性气体通过两个第三通孔进入到推模和模片之间的待成形管坯的内壁，推模和模片之间的待成形管坯的内壁受到气压的作用力鼓起，形成初波；