一种大直径异形截面薄壁管件的成形方法技术

本发明专利技术公开一种大直径异形截面薄壁管件的成形方法，采用拼焊筒坯作为原始坯料进行大直径异形截面薄壁管件的成形，在成形得到需要的形状后，去除原始焊缝并重新进行管件对接拼焊。由于原始筒坯的拼焊焊缝将从最终零件上去除，在成形过程及后续的热处理过程中无需考虑焊缝和母材的微观组织的一致性或协调性，避免了传统的成形工艺中必须保证焊缝和母材在成形过程、热处理过程中的协调性而带来的困难，解决了现有技术中焊缝区域易变形开裂、焊缝区域微观组织异常以及局部或分区热处理易引起零件发生畸变的问题。

A forming method of large diameter special section thin wall pipe

【技术实现步骤摘要】
一种大直径异形截面薄壁管件的成形方法
本专利技术涉及薄壁管件成形
，特别是涉及一种大直径异形截面薄壁管件的成形方法。
技术介绍
在航空航天领域，存在一类大直径、壁厚超薄、截面和轴线复杂变化的封闭构件，如飞机的进气道、排气道，火箭或导弹的燃料储箱隧道管等。此类封闭构件也常称为复杂整体薄壁管件，通常由轻质高强的铝合金、钛合金等制成。为了满足苛刻的服役性能，此类复杂整体薄壁管件都要求具有很高的形状尺寸精度、合理的壁厚分布、稳定一致的微观组织等。对于铝合金，当管件的等效直径小于300mm且截面形状尺寸和轴线比较简单时，可以采用挤压或旋压制得的无缝管坯直接成形出最终零件。当管件的等效直径大于300mm，或者管件的截面和轴线复杂多变，对壁厚均匀性或分布有严格要求时，则无法采用无缝铝合金管坯直接成形。此时，必须采用弯卷、焊接的方法制备所需的异形管坯。对于钛合金，因为现有方法都无法制备大直径薄壁无缝管，所以都需要采用弯卷、焊接的方法制备管坯。由于铝合金、钛合金等材料在室温下变形能力差，当局部变形量较大时会很快出现开裂，因此无法在常温下成形出铝合金、钛合金复杂整体薄壁管件。为了改善材料的成形性能，需要将铝合金、钛合金坯料加热到特定的温度下再进行成形。此时，通常采用的工艺流程是：(1)制备管坯；(2)预成形；(3)热成形；(4)热处理。制备的管坯可以是简单的圆筒状，也可以是特定的锥形筒。预成形，主要是为了对初始的简单筒状管坯进行预先变形以获得需要的截面形状和轴线，在此过程中管坯截面的周长变化很小或基本不变化。热成形，通常是将管坯加热到需要的温度后，利用管坯内部高压气体和管端约束或载荷的共同作用，使管坯发生进一步变形并贴合模具型腔。热处理，是对成形后管件的整体或局部进行必要的热处理，以调控最终管件的微观组织和力学性能。当所使用的大尺寸管坯是通过板材弯卷、对接拼焊的方法制备的有缝管坯时，在成形过程中将存在如下问题：(1)在热态下，拼焊焊缝和相邻母材的变形抗力都将明显下降，当焊缝区域的应力强度高于相邻母材区域，或者当焊缝区域的变形抗力低于相邻母材，或者当焊缝区域的壁厚明显小于相邻母材，都将导致焊缝区域成为“弱区”而发生集中变形，并最终因开裂导致无法顺利完成零件成形；(2)即使在成形过程中焊缝区域不出现破裂，但是焊缝区域的微观组织也可能发生不良转变，在后续热处理过程中也无法对焊缝区域的微观组织再进行有效调控；(3)在后续热处理过程中，为了兼顾焊缝区域和母材区域的组织性能，可能需要采用复杂的分区热处理方法。对于大尺寸的复杂薄壁管件，采用分区或局部热处理极容易因不合理的热胀冷缩、不合理的温度分布而产生严重的形状畸变或组织性能不均匀、不可控。正是因为上述几方面原因，目前大直径复杂薄壁构件的热成形已成为成形制造领域的一个难题。因此，如何改变现有技术中，大直径异形截面薄壁管件制造过程中焊缝区域易变形开裂、焊缝区域微观组织异常、局部或分区热处理易引起零件发生畸变的现状，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种大直径异形截面薄壁管件的成形方法，以解决上述现有技术存在的问题，避免焊缝变形开裂以及热处理过程中焊缝和母材难以协调的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种大直径异形截面薄壁管件的成形方法，包括如下步骤：步骤一、对目标零件进行特征分析，确定预制筒坯的形状，并确定预制筒坯上拼焊焊缝的位置和尺寸要求；步骤二、裁切板坯，并将板坯卷制成筒状；步骤三、将步骤二中卷制的板坯拼焊成筒坯，筒坯的径向截面为封闭状；步骤四、对步骤三中得到的筒坯进行预先变形；步骤五、对预先变形过的筒坯进行热气压胀形，使筒坯发生胀形变形并贴靠模具型腔，进而得到具有目标零件所需外形轮廓的管件；步骤六、将步骤五得到的管件进行热处理，使管件的母材区域的组织性能达到设计要求；步骤七、将热处理后的管件上的拼焊焊缝去除；步骤八、将去除原始拼焊焊缝后的管件重新进行对接拼焊；步骤九、对对接拼焊得到的管件进行校形、抛光处理，最终得到目标零件。优选地，步骤一中，当所确定的预制筒坯为等截面的圆柱状筒坯时，拼焊焊缝为与筒坯轴线方向相平行的直焊缝；当所确定的预制筒坯为非等截面的圆锥状筒坯时，拼焊焊缝为与筒坯轴线在同一平面内的直线焊缝；当所确定的预制筒坯为截面为非圆形的筒坯时，拼焊焊缝为二维曲线焊缝。优选地，步骤四中，对筒坯进行预先变形，使筒坯的整体或局部区域的截面形状发生改变。优选地，步骤五中，向拼焊筒坯中通入压力为10-50MPa的压缩气体，使筒坯在30-100s的时间内胀形并贴靠模具型腔，得到目标零件所需要的外形轮廓。优选地，向拼焊筒坯中通入压缩气体为压缩空气或压缩氮气。优选地，步骤七中，采用激光切割机或水切割机将热处理后的管件上的原始焊缝去除。优选地，管件去除部分的宽度较原始焊缝的焊核区域的宽度宽1-2mm；采用液氮或冷气对被切割的焊缝区域进行降温处理，保证焊缝区域的温度在100℃以下。优选地，步骤八中，采用搅拌摩擦焊实现管件的对接拼焊。优选地，步骤九中，将对接拼焊后的管件放置到热气压胀形模具中，采用常温液压胀形或气压胀形的方式，对管件进行整体校形或局部校形。本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：本专利技术的大直径异形截面薄壁管件的成形方法，包括如下步骤：步骤一、对目标零件进行特征分析，确定预制筒坯的形状，并确定预制筒坯上拼焊焊缝的位置和尺寸要求；步骤二、裁切板坯，并将板坯卷制成筒状；步骤三、将步骤二中卷制的板坯拼焊成筒坯，筒坯的径向截面为封闭状；步骤四、对步骤三中得到的筒坯进行预先变形；步骤五、对预先变形过的筒坯进行热气压胀形，使筒坯发生胀形变形并贴靠模具型腔，进而得到具有目标零件所需外形轮廓的管件；步骤六、将步骤五得到的管件进行热处理，使管件的母材区域的组织性能达到设计要求；步骤七、将热处理后的管件上的拼焊焊缝去除；步骤八、将去除原始拼焊焊缝后的管件重新进行对接拼焊；步骤九、对对接拼焊得到的管件进行校形、抛光处理，最终得到目标零件。本专利技术采用拼焊筒坯作为原始坯料进行大直径异形截面薄壁管件的成形，在成形得到需要的形状后，去除原始焊缝并重新进行管件对接拼焊。由于原始筒坯的拼焊焊缝将从最终零件上去除，在成形过程及后续的热处理过程中无需考虑焊缝和母材的微观组织的一致性或协调性，避免了传统的成形工艺中必须保证焊缝和母材在成形过程、热处理过程中的协调性而带来的困难，解决了现有技术中焊缝区域易变形开裂、焊缝区域微观组织异常以及局部或分区热处理易引起零件发生畸变的问题。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术大直径异形截面薄壁管件的成形方法的目标零件的示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大直径异形截面薄壁管件的成形方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤一、对目标零件进行特征分析，确定预制筒坯的形状，并确定预制筒坯上拼焊焊缝的位置和尺寸要求；/n步骤二、裁切板坯，并将板坯卷制成筒状；/n步骤三、将步骤二中卷制的板坯拼焊成筒坯，筒坯的径向截面为封闭状；/n步骤四、对步骤三中得到的筒坯进行预先变形；/n步骤五、对预先变形过的筒坯进行热气压胀形，使筒坯发生胀形变形并贴靠模具型腔，进而得到具有目标零件所需外形轮廓的管件；/n步骤六、将步骤五得到的管件进行热处理，使管件的母材区域的组织性能达到设计要求；/n步骤七、将热处理后的管件上的拼焊焊缝去除；/n步骤八、将去除原始拼焊焊缝后的管件重新进行对接拼焊；/n步骤九、对对接拼焊得到的管件进行校形、抛光处理，最终得到目标零件。/n

【技术特征摘要】
1.一种大直径异形截面薄壁管件的成形方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、对目标零件进行特征分析，确定预制筒坯的形状，并确定预制筒坯上拼焊焊缝的位置和尺寸要求；
步骤二、裁切板坯，并将板坯卷制成筒状；
步骤三、将步骤二中卷制的板坯拼焊成筒坯，筒坯的径向截面为封闭状；
步骤四、对步骤三中得到的筒坯进行预先变形；
步骤五、对预先变形过的筒坯进行热气压胀形，使筒坯发生胀形变形并贴靠模具型腔，进而得到具有目标零件所需外形轮廓的管件；
步骤六、将步骤五得到的管件进行热处理，使管件的母材区域的组织性能达到设计要求；
步骤七、将热处理后的管件上的拼焊焊缝去除；
步骤八、将去除原始拼焊焊缝后的管件重新进行对接拼焊；
步骤九、对对接拼焊得到的管件进行校形、抛光处理，最终得到目标零件。


2.根据权利要求1所述的大直径异形截面薄壁管件的成形方法，其特征在于：步骤一中，当所确定的预制筒坯为等截面的圆柱状筒坯时，拼焊焊缝为与筒坯轴线方向相平行的直焊缝；当所确定的预制筒坯为非等截面的圆锥状筒坯时，拼焊焊缝为与筒坯轴线在同一平面内的直线焊缝；当所确定的预制筒坯为截面为非圆形的筒坯时，拼焊焊缝为二维曲线焊缝。


3.根据权利要求1所述的大直径异形截面薄壁管件的成形方法，其特征在于：步骤四中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：何祝斌，苑世剑，郑凯伦，杜巍，刘建树，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21