一种电流辅助钛合金波纹管热成形装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种波纹管热成形装置和方法，具体涉及一种电流辅助钛合金波纹管热成形装置和方法，适用于成形直径100?500mm的钛合金波纹管。
【背景技术】
[0002]波形膨胀节具有位移补偿、减振降噪和密封的功能，是现代工业生产中设备和管网进行热补偿的关键部件之一，其中波纹管是组成膨胀节的基本元件，已在化工、石油、电力、冶金、造船、核能、宇航等工业领域得到了广泛应用。随着科学技术的发展，大尺寸、高参数波纹管在工程上应用已屡见不鲜。制造波纹管最主要的材料是不锈钢，但是由于波纹管承受着轴向力和径向力的复杂外力，并且工作介质常具有较强的腐蚀性，因此不锈钢波纹管很容易发生失效，造成损失。根据调研我国在炼油、化工、船舶行业中采用ICrlSN1Ti不锈钢制造的波纹管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，给生产造成了很大的影响。为了满足不同行业对波纹管的要求，对特殊材料的波纹管的研制就变得非常迫切与必要。
[0003]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纹管。
[0004]钛合金冷成形性能较差，采用传统方法制造钛合金波纹管的难度很大。制造波纹管的方法主要有液压成形、机械成形(滚压成形、旋压成形、胀压成形)，但是液压成形和机械成形均是冷成形方式，采用上述方法废品率高、成本高。钛合金波纹管轴向加载超塑成形复合工艺较好的解决了钛合金波纹管的制造难题，但是该工艺生产效率低，单件生产至少需要一至两天；采用炉温加热方式，加热速度慢，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。此后，申请号为201010187076.1，申请人为哈尔滨工业大学的专利中公开了一种电流辅助钛合金波纹管单波连续成形工艺，有效地提高了生产效率，能源利用率，以及产品质量。但由于每成形一个波形，需要移动筒形坯料的位置，生产效率低。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为了解决现有的钛合金波纹管制造困难、成本高、生产效率低的问题，进而提供一种电流辅助钛合金波纹管热成形装置和方法。
[0006]本发明的技术方案是:一种电流辅助钛合金波纹管热成形装置包括压力机、电流加热系统和内部加压系统，所述电流加热系统包括两个电极、导线和低压高电流电源，低压高电流电源通过导线与电极的正负极连接，所述钛合金波纹管热成形装置还包括成形模具，成形模具包括上端盖、圆环金属上模、圆环金属下模、下模座、陶瓷上模、陶瓷下模、多个圆环金属中间模、多根第一导杆、多根支撑套管、多根第二导杆、多个导杆连接组件、多根导柱、多根支撑圆柱和多个陶瓷中模，上端盖和圆环金属上模与下模座和圆环金属下模之间各设有一个电极，所述内部加压系统包括气管和气瓶，下模座上开有沟槽，气瓶通过气管与下模座的沟槽处的筒坯的导气管连通，
[0007]多根支撑圆柱镶嵌在下模座和圆环金属下模之间，支撑套管设置在上端盖和圆环金属上模之间，圆环金属上模、多个圆环金属中间模和圆环金属下模由上至下依次设置，多个圆环金属中间模和圆环金属下模的外壁上分别设有多根导柱，相邻的圆环金属上模、多个圆环金属中间模和圆环金属下模之间分别通过多根第一导杆和多根第二导杆连接定位，多根第一导杆和多根第二导杆通过多个导杆连接组件固定，多根导柱分别穿过多根第一导杆和多根第二导杆，陶瓷上模、多个陶瓷中模和陶瓷下模分别安装在圆环金属上模、多个圆环金属中间模和圆环金属下模的内侧壁上。
[0008]本发明还提供了一种实现本发明目的技术方案:一种电流辅助钛合金波纹管热成形方法包括以下步骤:
[0009]步骤一:制作筒坯:
[0010]采用对管材的截取、焊接封头、焊接导气管的步骤制作筒坯或者将板材通过卷圆、焊接、校形、焊接封头、焊接导气管的步骤制作筒坯；
[0011]步骤二:装模:
[0012]将陶瓷上模、多个陶瓷中模和陶瓷下模的内表面涂上氮化硼润滑剂，下模座放置在安装平台上，将筒坯放置在下模座上并在其下端放置一层云母板进行绝缘，同时在筒坯的导气管上缠绕绝缘布，将其中一个电极紧密套装在筒坯的下端，多根支撑圆柱插装在下模座上，圆环金属下模安装在多根支撑圆柱上，陶瓷下模安装在圆环金属下模的内侧壁上与筒还的外侧壁之间，多个圆环金属中间模安装在圆环金属下模的上端，每个圆环金属中间模的内侧壁上设有一个陶瓷中模，圆环金属上模安装在多个圆环金属中间模的上端，陶瓷上模安装在圆环金属上模的内侧壁上，将另一个电极紧密套装在筒坯的上部，上端盖放置在筒坯上，并在上端盖和筒坯之间放一层云母板进行绝缘，通过多根支撑套管和螺栓与圆环金属上模固定，将圆环金属上模与上端盖固定在一起，相邻的圆环金属上模、多个圆环金属中间模和圆环金属下模之间通过多根第一导杆、多根第二导杆、多个导杆连接组件和多根导柱连接定位；
[0013]步骤三:设备安装；
[0014]将装配好的成形模具放于压力机的平台上；在两个电极和低压高电流电源之间连接导线，使之构成通电回路；用气管将装有氩气的气瓶与筒坯上的导气管连接，构成通气加压系统；在成形之前，用万用表检查通电线路是否正常；
[0015]步骤四:成形波纹管；
[0016]打开低压高电流电源，将电流调大至通过筒坯的电流密度为6.3-8.0A/mm2处，筒坯被加热，用红外测温仪测量筒坯的温度，当筒坯被加热至400 0C -450 0C时，开始向筒坯内通气，增加筒内气压至0.2-0.4MPa，继续增大电流至电流密度为10_12A/mm2处，将坯料加热至成形温度650-750°C，当筒坯上出现高度为3-5mm的初波时，开动压力机向下，使模具合模；合模后，增大气压至0.5-1.5MPa,保压2_5min，使坯料完全贴模，成形结束后，逐渐减小电流然后关闭电源，打开放气开关泄压，最后升起压力机压头；
[0017]步骤五:卸料:
[0018]先卸去上端盖和电极的上端电极，将中间的模具整体抬起并倒置，然后从上至下逐渐卸去模具；
[0019]步骤六:后期处理；
[0020]通过线切割去除工件多余的部分，得到规定尺寸的波纹管，然后经过清洗、酸洗和水洗的表面处理过程，即可得到所需的钛合金波纹管。
[0021]本发明与现有技术相比具有以下效果:
[0022]本发明的成形方法效率相对于现有的电流辅助钛合金波纹管单波连续成形工艺效率提高了 2倍，成本降低了一半，而且本发明的装置能够一次成形钛合金波纹管零件，无需移动坯料。该成形方法采用电流加热技术，能够在几十秒的时间内将坯料加热到成形温度，成形周期缩短为三分之一，整个成形过程只需4-8分钟；该成形方法中坯料通过陶瓷模具、云母片、绝缘布等与金属模具绝缘，仅对坯料进行加热，避免了传统热成形工艺整体加热造成的能量损失，而且加热时间缩短为1-3分钟，能量损耗小；电流通过坯料时产生“电致塑性”效应提高了钛合金的塑性变形能力，且加热时间短，筒坯的氧化程度轻，使得此方法生产的钛合金波纹管壁厚分布均匀，回弹小，尺寸精度高，使用性能好。
【附图说明】
[0023]图1是本发明电流辅助钛合金波纹管热成形装置；图2是成形模具的主视图；图3是图2在A-A处的#1]视图；图4是筒还的#1]视图；图5是电极装配不意图。
【具体实施方式】
[0024]【具体实施方式】一:结合图1、图2和图3说明本实施方式，本实施方式包括压力机1、电流加热系统和内部加压系统，所述电流加热系统包括两个电极3、导线4和低压高电流电源5，低压高电流电源5通过导线4与电极3的正负极连接，所述钛合金波纹管热成形装置还包括成形模具2，成形模具2包括上端盖2-1、圆环金属上模2-2、圆环金属下模2-6、下模座2-9、陶瓷上模2-12、陶瓷下模2-14、多个圆环金属中间模2_3、多根第一导杆2_4、多根支撑套管2-5、多根第二导杆2-7、多个导杆连接组件2-8、多根导柱2-10、多根支撑圆柱2-11和多个陶瓷中模2-13，上端盖2-1和圆环金属上模2-2与下模座2_9和圆环金属下模2-6之间各设有一个电极3，所述内部加压系统包括气管6