佛山兴迪源机械

【作 者】 董国疆;陈孟杰;朱良金;杜建;刘志雷

【引 言】

钢/铝复合管状构件兼备比刚度高、防腐耐蚀、高强价廉等综合优势,现已成为石油化工、交 通运输等多种行业重要构件的选材[１]。铝合金板壳材料的焊接性能较差,内衬管材一般选用挤压无缝铝管,外覆钢管可通过钢板卷焊制备,并装配 成为复合管坯[２]。目前,复合管件成形工艺和理论研究主要集中在液压胀形技术方面.ISLAM 等[３]通过数值模拟证明了外黄铜内纯铜复合管件液压胀形的可行性,并将单管和双层管胀形过程 进行了比较分析[４];孙显俊等[５]利用液压胀形制备 Fe/Al双金属复合正三通管件,证明合理控制内压和摩擦条件能够影响管件壁厚分布状态,提高成形质量;WANG 等[６]研究了低碳钢/不锈钢 双层管胀形规律,并用仿真和试验证明了轴向应力作用使管坯产生移动,使得最大减薄发生在外弧的中心点附近,而不是中心点;GUO 等[７]基于内压、润滑和轴向进给三个主要工艺参量,研究了３１６L不锈钢/铝双层管液压胀形,论述了外覆管对内层管变形的抑制作用,复合胀形方式能够提高内管的成形性能.上述研究表明,复合管件液 压胀形工艺具有成形精度高、效率高、质量稳定等优势,适用于形状复杂、大批量的管件生产.但是,管件液压胀形需要配备专用设备,不适用小批 量复合管件加工,同时在大口径薄壁管件胀形方面仍然存在一定的困难。

钢铝双金属管件是目前各行业应用需求最为广泛的双金属管件,但复合管件中的铝合金管材成形性能较差,在室温条件下难以成形复杂形状零件,限制了钢铝复合管的推广和应用[８].为此, 诸多学者针对铝合金的特性提出热处理与冷成形相结合的工艺方案[９Ｇ１０],收效显著.WANG 等[１１] 的研究表明 AA５０５２轧制板材经过３００℃处理４ h后,其抗拉强度降低了 ３４．７％,延伸率提高至 ２３％;DONG 等[１２]采用固溶水淬＋冲压成形＋人 工时效强化的方法得到 AA６０６１挤压管坯胀形的管件,固溶水淬后管材延伸率提高了２．５８倍,屈服强度降低了４０％~５０％,人工时效强化后管材强度回复至原材料值;FAN 等[１３]对 AA６A０２板 材进行冲压工艺研究,结果表明冲压前对板材进 行固溶处理可使板材的成形性能显著提高,冲压 后时效处理使成形工件具有较高的使用强度.铝 合金管件热处理＋室温成形工艺能够有效地提高 管材的成形性能,而且能够利用通用设备实现,工艺过程控制简单,相比铝合金管件热成形工艺更加适应小批量的特殊复合管件加工. 结合 复 合 管 件 胀 形 工 艺 的 热 点 问 题,针 对 Q２３５/AA５０５２双金属凸环管件(AA５０５２挤压管 材为基管,外覆 Q２３５焊接管)的技术要求,本文采用颗粒介质压力成形工艺实现复合管机械胀接 和成形,并针对 AA５０５２挤压管成形性能,以及复 合管件变形协调作用等因素开展研究,以期为钢铝双金属管状构件的设计开发与加工制备提供参考。

【结 论】

(１)采用θA＝４４０℃且tA ＝６０min等温退火处理方式能够有效提高 AA５０５２ 挤 压 管 材 的成形性能,管材 经 退 火 处 理 后 延 伸 率 提 高 了 ３００％,屈服强度 和 抗 拉 强 度 分 别 降 低 了 ９０％ 和７５％,屈强 比σs/σb 也 由 原 材 的 ０．９３１ 降 低 至０．３８３。

(２)提 出 AA５０５２/Q２３５ 复 合 凸 环 管 件 的 工艺 流 程 为:铝 管 退 火 (θA ＝４４０ ℃ 且tA ＝ ６０min)→复合管 坯 装 配 → 颗粒介质胀形。通过润滑油降低管层间摩擦因数,将颗粒介质加载内压力至２２０MPa时,可成功试制厚径比为 ３/１０２、胀形比为１．４０、最大减薄率为１７．５％的 AA５０５２/Q２３５ 复合凸环管件,且试制管件成品率统计为９０％。

(３)工艺仿真和试验对比显示,成形管件轮廓尺寸误差小于 ４％;壁厚减薄分布趋势一致,最大减薄率相差２．４％;破裂危险点均处于管件中间截面,这与基于 MＧK 模型的理论 FLC的预判吻合。