[发明专利]一种分区渐进成形双金属复合管的感应器

说明书

技术领域

本发明涉及一种成形双金属复合管的感应器，属于双金属管成形技术领域。

背景技术

双金属管件由内层管坯与外层管坯组成，内外层管坯之间紧密结合。承受外载荷时，内层管坯和外层管坯同时变形。双金属管件按管层之间的结合方式可以分为机械结合与冶金结合，前者又称为双层管件，后者亦称为双金属复合管件。内层管坯和外层管坯的材料根据工况条件需要可以选择不同的材料匹配，因此，双金属管件不但可具有所要求的高强度，而且还可具有优良的耐腐蚀性、耐磨性等性能，充分发挥两种金属材料的优势性能。与单一组分的管件相比，由于双金属管件在比强度、经济性等方面的优势，在石油、化工、制冷、核电等工业领域内有着广阔的应用前景。

利用脉冲磁场力制备双金属管件的基本原理如图1所示。该工艺通过电磁成形装置1对线圈2进行时序控制放电，对长复合管（外层管坯4和内层管坯5）进行分区复合的渐进式成形思路。加工前，外层管坯4和内层管坯5被固定在装夹台上，装夹台能沿内外层管坯的中心线方向运动。加工时，在感应器3的作用下，完成第一次的放电成形加工。完成了第一个复合区加工的内外层管坯随着装夹台一起做一定量的轴向送进，使待复合的双金属管坯进入感应器3的工作区6中（见图2和图3）。接着感应器3开始进行第二步的放电加工。完成了第二个复合区加工的双金属复合管坯继续做轴向送进，直至完成整个双金属复合管件的复合。双金属复合管件的磁脉冲成形复合方法是一种对待复合的双金属管坯进行局部变形的成形方法，成形过程中，感应器3与待加工管坯的接触面积小，使得电磁成形力更加集中，能量密度更大，因而管坯能获得更大的磁压力进行塑形加工，同时通过轴向送进可以实现利用小能量放电过程成形一些轴向尺寸大的双金属复合管件，是一种很有发展前景的成形制备方法。

感应器是双金属复合管件磁脉冲成形复合法中的一个重要装置，起到将电容器中存储的电能转化成作用到双金属复合管坯上的冲击力作用，同时还可以优化放电频率、控制脉冲力作用区域、改善线圈感应器寿命，相对于无感应器的感应线圈结构，能显著提高工艺稳定性和成形加工质量。在双金属复合管坯磁脉冲成形的工艺过程中，出于结构强度、提高局部磁场强度等方面的考虑，常使用的感应器结构如图2和图3所示，即工作区与外壁为同轴圆柱面。在双金属管坯分区复合过程中，双金属管坯做轴向送进之后，待双金属复合管坯与感应器工作区的相对位置如图4所示。由图4可知，由于工作区的纵剖截面呈平直状，前一复合步骤中的外层管坯构形发生变化，此时感应器工作区与外层管坯之间径向间隙产生了较大差异，从而改变了工作区内磁力线的疏密程度，使得电磁力分布极为不均，进而导致待复合管件产生变形不协调的问题：过渡区7径向间隙大导致磁力线稀疏，受到的径向电磁力明显小于变形区9受到的电磁力，因此变形区9优先发生塑性变形，过渡区7则被带动变形贴合内层管坯，最终导致双金属复合管坯产生了径向变形沿轴向的不均匀分布。而且随着内外层管坯间的径向间隙增加，这种径向变形不均匀性会发展成为过渡区金属材料堆积隆起，严重的将产生“鼓包”缺陷，如图5、图6所示。内外层复合管件的径向不均匀性可用径向不均度δ来衡量，该值通过径向跳动差值与双金属复合管件的最小直径之比获得，如公式(1)所示。

δ=Dmax-DminDmin---(1)]]>

式中D_max为双金属复合管件最大的直径；D_min为双金属复合管件最小的直径。此外，该常规感应器产生的变形协调性问题还会导致较低的冶金复合率。这是由于变形区9以近乎垂直方式撞击内层管坯，无法获得较佳的碰撞角度与碰撞速度匹配，最终，双金属复合管坯层间结合方式以机械结合为主，如此，则损害了复合界面性能，将限制了双金属复合管件的使用范围。

因此，亟需对感应器结构进行优化设计，提高双金属复合管件径向均匀度，提高复合率，从而为获得满足技术要求的双金属复合管件提供必要条件。

发明内容