一种钛合金弯曲导管的制造方法技术

本发明专利技术公开一种钛合金弯曲导管的制造方法，包括：按照钛合金弯曲导管的强度要求，选择合适厚度的钛合金板材展开下料，获得两块四角为圆弧段的环形板材；对叠合的两块环形板材的内缘和外缘区域进行封焊，将两块环形板材焊接在一起；在环形板材焊接完成之后，在环形板材的位于圆弧段之间的部分焊接通气用导管，形成组合毛坯件；在组合毛坯件的外表面整体涂敷保护涂料；对组合毛坯件进行超塑成形；超塑成形完成后，降温冷却后取出成形件，对成形件进行后处理后，得到弯曲导管。本发明专利技术的制造方法利用一次加热装模，可成形出四个弯曲导管，解决了传统热压，需多套模具热压成形，效率低，切割余量困难，焊接难度大，成形质量差的问题。

A manufacturing method of titanium alloy bending conduit

【技术实现步骤摘要】
一种钛合金弯曲导管的制造方法
本专利技术属于一种难变形材料精密成形
，尤其涉及一种钛合金弯曲导管的制造方法。
技术介绍
诸如TC4(Ti-6Al-4V)之类的钛合金因其高比强度、高冲击韧性、良好的耐腐蚀性和耐高温性能而广泛用于航空航天、汽油、石油、化工等领域。目前，钛合金的热成形、旋压、超塑成形/扩散连接等钣金成形工艺已日趋成熟，并得到广泛应用。然而，对于TC4、Ta18、Ti55等钛合金的弯曲导管以及异形导管制备困难，主要原因是钛合金在常温下难以成形，而目前数控弯管机仅适用于常温状态，如果采用加热弯管，则温度难以控制，因此TC4、Ta18、Ti55等钛合金导管热弯目前并未实现工程化应用。这类钛合金弯曲导管的传统制造方法是分别用两套热压模具成形出两根半管，在芯棒上划线去除余量，然后通过手工氩弧焊将其组合成一根整管。这种成形方式需要两套模具，分两次加热装夹。并且成形出的零件往往采用手工划线、辊剪切割的方式去除工艺余量，后续手工氩弧焊操作难度大，焊接变形难以控制，导致最终得到的零件圆度、同轴度往往难以达到要求，影响后续的装配。
技术实现思路
鉴于现有技术的上述情况，本专利技术的目的是提供一种钛合金弯曲导管的制造方法，以适用于TC4、Ta18、Ti55等难变形钛合金整管制造，优化工艺流程，减轻操作者劳动强度，提高成形质量和成形效率。本专利技术的上述目的是利用以下技术方案实现的：一种钛合金弯曲导管的制造方法，包括以下步骤：按照钛合金弯曲导管的强度要求，选择合适厚度的钛合金板材，进行精确展开下料，获得两块四角为圆弧段的环形板材，环形板材的宽度按钛合金弯曲导管的直径来设置；对叠合的两块环形板材的内缘和外缘区域进行封焊，将两块环形板材焊接在一起；在环形板材焊接完成之后，在环形板材的位于圆弧段之间的部分焊接通气用导管，形成组合毛坯件；在组合毛坯件的外表面整体涂敷保护涂料，以防板料高温氧化或板料之间在高温下扩散连接；对组合毛坯件进行超塑成形；超塑成形完成后，降温冷却后，取出成形件，对成形件进行后处理，得到弯曲导管。在按照本专利技术的钛合金弯曲导管的制造方法中，还包括在封焊之前，在两块环形板材的除待焊接区域以外的彼此相对的表面区域上，涂覆阻焊剂的步骤。在按照本专利技术的钛合金弯曲导管的制造方法中，所述超塑气胀成形具体包括将组合毛坯件装入模具，升温，当温度到达200～250℃时，对模具型腔进行抽真空处理，然后升温到钛合金超塑变形临界温度以上，进行吹高压惰性气体胀形，对于厚度小于2mm的板材，成形压力小于等于2MPa。所述升温到钛合金超塑变形临界温度以上优选为升温到900～915℃。在按照本专利技术的钛合金弯曲导管的制造方法中，所述选择合适厚度的钛合金板材包括进行板材超塑成形有限元分析，预测板材的减薄，在选择原材料时考虑板材减薄进行相应的厚度补偿。在按照本专利技术的钛合金弯曲导管的制造方法中，所述钛合金为TC4、Ti55或Ta18。在按照本专利技术的钛合金弯曲导管的制造方法中，所述后处理包括切割外形和碱崩酸洗处理，碱崩酸洗处理的作用是去除表面涂层及氧化皮。在按照本专利技术的钛合金弯曲导管的制造方法中，所述保护涂料的成分包括石墨粉、BN粉末和无水乙醇，配比为石墨粉50g、BN粉末300g、无水乙醇1L，置于容器中，用球磨机将溶质颗粒球磨细化，并均匀分散在无水乙醇溶剂中。本专利技术的钛合金弯曲导管的制造方法适用于TC4之类难变形钛合金整管制造，利用一次加热装模，可成形出四个弯曲导管，解决了传统热压，需多套模具热压成形，效率低，切割余量困难，焊接难度大，成形质量差的问题。附图说明图1为本专利技术的实施例的TC4弯曲导管的尺寸要求。图2为本专利技术的实施例的TC4弯曲导管的板材展开毛料图。图3为本专利技术的实施例中的板材成形工艺图。具体实施方式为了更清楚地理解本专利技术的目的、技术方案及优点，下面结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。图1为本专利技术的实施例的TC4金弯曲导管的尺寸要求。其管径为Φ50，两直线段长度分别为70mm，80mm，弯曲半径为R50。图1上部左侧为该钛合金弯曲导管的正视图，图1上部右侧为在上述正视图情况下的左视图，图1下部为在上述正视图情况下的顶视图。图2为本专利技术的实施例的TC4弯曲导管的板材展开毛料图，是按照设计尺寸要求设计的板材精确展开毛料图。展开毛料为环形，所述环形大体呈方形，四角为圆弧段，其中阴影部分1为毛料，附图标记2为外形线，附图标记3为内形线。图3为本专利技术的实施例中的板材成形工艺图。图中附图标记4为两块板材之间的焊缝，5为成形完成后的切割线，共有8条，6为成形过程中的通气用导管，一般为钛管。按照钛合金弯曲导管的强度要求，选择合适厚度的钛合金板材，按图2所示图形激光切割下料。为使后续板材成形后材料厚度满足设计要求，应进行板材超塑成形有限元分析，预测板材的减薄，并在选择原材料时考虑板材减薄，从而进行相应的厚度补偿，选择合适厚度的板材，随后进行激光切割精确下料，获得两块四角为圆弧段的方形环形板料。例如，当弯曲导管材料为TC4，理论厚度为2mm时，要求最小减薄率为40%。可采用MARC软件进行数值模拟。选取应变速率为9.8×10-4/S，应变速率敏感指数m=0.57，根据本构方程可求得K=998.5，从而确定TC4超塑成形本构方程。选取最小压力值为0.001MPa，最大压力为2Mpa。模拟得到最小壁厚为1.6mm，最大壁厚为1.1mm。显然1.1mm不符合设计要求的最小40%的减薄率。因此，可选择Φ2.5mm的材料以得到壁厚满足要求的弯曲导管。通过模拟可预测板料成形后的壁厚分布，同时可得到成形压力时间曲线。本实施例中采用的超塑成形为超塑气胀成形，它是在一定温度下，当成形的材料呈现出异于常态的高塑性时，采用惰性气体加载，使板料贴模的成形方式，是一种完全靠板材减薄的成形方式，因此，下料图形是零件的垂直投影区域，即图中阴影区域的宽度等于导管的直径。重叠下料的两块环形板材，按图3中4指定的区域，对两块环形板材的内形线和外形线附近区域进行氩弧焊激光焊接(也可采用真空氩弧焊或真空电子束焊接)，将两块环形板材封焊在一起，其焊接接头的宽度为板材厚度。为防止后续抽真空后，在大气压的作用下，两块板材的超塑成形区域发生扩散连接，同时也为防止钛合金在高温下吸氢吸氧，在封焊之前，还可在两块环形板材除焊接区域(即，上面所述的内形线和外形线附近区域)以外的彼此相对的区域(即，两块板材在焊接后会接触的区域)，涂敷阻焊剂。图3中5所示为成形完成后的切割线，切割线共有8条，每两条切割线之间的直线段区域是工艺余量区。当板材激光焊接完成后，用氩弧焊将材料为Ta18的通气用导管6焊接在该工艺余量区域，形成组合毛坯件。至此，密封的“气球袋”已经完成，对其进行低压气密试验，以检测通气用导管6、氩气气源以及板材之间形成了密封型腔。若板材与通气用导管6形成的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钛合金弯曲导管的制造方法，包括以下步骤：/n按照钛合金弯曲导管的强度要求，选择合适厚度的钛合金板材，进行精确展开下料，获得两块四角为圆弧段的环形板材，环形板材的宽度按钛合金弯曲导管的直径设置；/n对叠合的两块环形板材的内缘和外缘区域进行封焊，将两块环形板材焊接在一起；/n在环形板材焊接完成之后，在环形板材的位于圆弧段之间的部分焊接通气用导管，形成组合毛坯件；/n在组合毛坯件的外表面整体涂敷保护涂料；/n对组合毛坯件进行超塑成形；/n超塑成形完成后，降温冷却后取出成形件，对成形件进行后处理后，得到弯曲导管。/n

【技术特征摘要】
1.一种钛合金弯曲导管的制造方法，包括以下步骤：
按照钛合金弯曲导管的强度要求，选择合适厚度的钛合金板材，进行精确展开下料，获得两块四角为圆弧段的环形板材，环形板材的宽度按钛合金弯曲导管的直径设置；
对叠合的两块环形板材的内缘和外缘区域进行封焊，将两块环形板材焊接在一起；
在环形板材焊接完成之后，在环形板材的位于圆弧段之间的部分焊接通气用导管，形成组合毛坯件；
在组合毛坯件的外表面整体涂敷保护涂料；
对组合毛坯件进行超塑成形；
超塑成形完成后，降温冷却后取出成形件，对成形件进行后处理后，得到弯曲导管。


2.按照权利要求1所述的钛合金弯曲导管的制造方法，还包括在封焊之前，在两块环形板材的除待焊接区域以外的彼此相对的表面区域上，涂覆阻焊剂的步骤。


3.按照权利要求1所述的钛合金弯曲导管的制造方法，其中所述超塑气胀成形具体包括将组合毛坯件装入模具，升温，当温度到达200...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨坪川，王宇盛，雷廷友，
申请(专利权)人：成都飞机工业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川;51