一种高性能车用钛合金排气管及加工工艺制造技术

本发明专利技术提供了一种高性能车用钛合金排气管及其加工工艺，选用钛合金直管采用分割焊接成型法制造钛合金排气管。钛合金排气管包括本体(1)，在本体(1)上具有至少一个弯曲部，所述弯曲部的弧度为A

【技术实现步骤摘要】
一种高性能车用钛合金排气管及加工工艺


[0001]本专利技术涉属于钛材料加工
，涉及排气管，尤其涉及一种高性能车用钛合金排气管及加工工艺。

技术介绍

[0002]钛合金具有比强度高、耐蚀、耐热性高等特点，钛合金在潮湿的大气和海水介质中工作，其抗蚀性远优于不锈钢；对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力强；对碱、氯化物、氯的有机物品、硝酸、硫酸等有优良的抗腐蚀能力。因此，使用钛合金制造排气管可以提高排气管的使用寿命，能更佳顺畅的排出发动机高温废气，还可以使声音效果(或声浪)更佳的突出。
[0003]目前，排气管主流材质为不锈钢，赛车、高级跑车和有少量改装车使用钛合金材质，相比较而言，钛合金材质排气管具有如下特点：
[0004]1、质轻，强度高。同体积钛合金材质相比不锈钢材质更加轻盈，约是不锈钢材质1/3，强度也更高，轻量化显著。
[0005]2、耐热性和散热性好。虽然现在排气管都可以承受很高的温度，但是相比较而言钛合金的耐热性和散热性显著优于不锈钢；耐高温程度越高等特点。
[0006]3、声浪更加清越高亢：由于钛合金的排气管壁较薄，相比较不锈钢排气管，在声音方面，钛的阻尼性好，声浪更好，清越。因此，钛合金管排气声音会较为高亢，不锈钢的较为的浑厚低沉。
[0007]4、钛合金成本高：钛材料的成本高，加工难度高，不易拉伸，
[0008]5、传统定制模具制造排气管成本高。
[0009]上述的两种材料的排气管还存在一些问题或者不足，首先，钛合金排气管碍于物理性能和生产工艺决定了它不易弯曲，尤其是对“管向”形状和装配要求甚高的排气管(俗称“九曲十八弯”)，如果再加上不同的车型和烟气流程等制约因素就更难加工制造。通常，现有技术是将管材放在弯管机上借用外力折弯成型的，如果弯管精准度不足，定位弯曲成型的排气管就会产生排汽不顺畅，产生排汽干涉现象，成为废品。再者，钛合金管不能无限制地弯曲，弯曲部位薄厚不均，由于弯曲拉伸会使合金组织晶粒粗大，晶粒间隙变大，一些弯度较大的部位耐受不了大油门高温气浪的冲击(通常在0.5
±
0.2MPa，瞬时则更高)，特别是在持续冲击力下(如脉冲式轰油门)情况下，弯曲部位就很容易导致疲劳破损，严重时就会冲破弯曲部位的薄弱区域穿孔破损，排汽失效，影响安全。钛合金焊接要比钢材困难，它对焊接的要求高。

技术实现思路

[0010]基于上述问题或不足，本专利技术提供一种高性能车用钛合金排气管及其加工工艺，拟采用纯钛或钛合金管(纯钛、TC4、TA2)，分割焊接成型法制造钛合金排气管，使排气管的耐高温气浪冲击强度得到显著提高，填补了车用钛合金排气管的市场空白。
[0011]首先，本专利技术提供一种高性能车用钛合金排气管，包括钛合金排气管的本体(1)，
其特征在于，在本体(1)上具有至少一个弯曲部，所述弯曲部的弧度为A
°
，所述弯曲部由多个管弯头(12～N)依次通过真空氩弧焊焊接构成。
[0012]进一步的改进在于，所述弯曲部为1
‑
3个，排气管的左侧长度(L1)与排气管的右侧长度(L2)相等或者不等。
[0013]进一步的改进在于，所述弯头由钛合金直管按照倾斜横截面线切割而成，当所述弯曲部的弧度为A
°
，弯头数量为X时，则单个所述弯头段的弧度a＝(A/X)
°
；所述本体(1)的外径直径为D，壁厚为t，则内径为D
‑
2t；焊缝数量则为X+1；
[0014]同时满足18t≤D≤22t，2≤X≤10。
[0015]进一步的改进在于，所述弯曲部的弧度A
°
为90
°
，所述弯头数量X＝10时，则单个所述弯头段的弧度a＝9
°
，选壁厚t＝2mm时，则D＝36mm，内径为32mm；相应的焊缝数量为11。
[0016]进一步的改进在于，所述弯曲弧度A
°
为120
°
，所述弯头数量X＝4时，则弯头段的弧度a＝30
°
；选壁厚t＝2mm，则D＝44mm，内径为36mm；相应的焊缝数量为5。
[0017]在本专利技术的另一个方面，提供一种高性能车用钛合金排气管加工工艺，包括以下步骤：
[0018]S1，备料，选择TC4钛合金直管，管壁厚为t；
[0019]S2，切割弯头，将所述TC4钛合金直管用线切割机切割成多个管弯头，所述弯头由钛合金直管按照倾斜横截面线切割而成，当所述弯曲部的弧度为A
°
，弯头数量为X时，则单个所述弯头段的对应的弧度a＝(A/X)
°
；所述本体(1)的外径直径为D，内径为D
‑
2t，其中18t≤D≤21t，2≤X≤10；排气管的左侧长度(L1)与排气管的右侧长度(L2)，由客户提出而定。
[0020]当所述弯曲部的弧度A
°
为90
°
，所述弯头数量X＝10时，则单个所述弯头段的弧度a＝9
°
，选壁厚t＝2mm时，则D＝36mm，内径为32mm；相应的焊缝数量为11。
[0021]当所述弯曲弧度A
°
为120
°
，所述弯头数量X＝4时，则弯头段的弧度a＝30
°
；选壁厚t＝2mm，则D＝44mm，内径为36mm；相应的焊缝数量为5。
[0022]S3，焊接，修磨好弯头的焊口，利用专用模具所述弯头排列，转移到氩弧焊箱使用智能焊机和同牌号的钛合金焊丝将多个的所述弯头逐一对接焊连接成排气管毛坯，所述排气管毛坯的内径尺寸和同心度符合批次尺寸要求；
[0023]S4，清理焊缝，清理所述气管毛坯的内外焊缝上附着的氧化物杂物，采用砂纸将外部焊缝打磨平整光亮，使用深孔机械臂进行内部焊缝珩磨；
[0024]S5，退火，采用真空炉进行退火处理，在抽真空度至0.2Pa
‑
0.6Pa，对所述排气管毛坯进行去应力退火，其中去应力退火处理过程中的保温温度为550℃
‑
580℃，保温1h
‑
2h后在550℃环境中进行中心同心度校正，随炉冷却至≤70℃，取出进行空冷。
[0025]S6，检测，依据批次技术要求，进行探伤检测焊缝，并检测尺寸及公差是否符合技术要求，合格入库。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果包括：
[0027]1、本专利技术采用力学性能更优异的钛合金材料，并基于分割焊接成型工艺生产的车用钛合金排气管，排气管的整体强度和耐高温性能，得到了显著提高。
[0028]2、采用智能焊机避免了人工焊接存在的弯曲部焊接质量不一致的问题，也利于实现整体等强度设计方法来满足排气管减重的要求。
[0029]与一体折弯成型方法相比，一体折弯成型方法虽然省去了焊接工艺，但是在受大
油门高温气浪的冲击载荷时弯曲部易疲劳破损的缺点；而本专利技术可承受0.5<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高性能车用钛合金排气管，包括钛合金排气管的本体(1)，其特征在于，还包括左侧段(L1)、右侧段(L2)和至少一个弯曲部；所述弯曲部设置在本体(1)的两端口之间的任一位置；所述左侧段(L1)与右侧段(L2)等长或不等长；所述弯曲部的弧度为A
°
，所述弯曲部由多个管弯头(12～N)依次通过真空氩弧焊焊接构成。2.如权利要求1所述的一种高性能车用钛合金排气管，其特征在于，所述弯曲部为1
‑
3个。3.如权利要求1或2所述的一种高性能车用钛合金排气管，其特征在于，所述弯头由钛合金直管按照倾斜横截面线切割而成，当所述弯曲部的弧度为A
°
，弯头数量为X时，则单个所述弯头段的弧度a＝(A/X)
°
；所述本体(1)的外径直径为D、壁厚为t、则内径为D
‑
2t，焊缝数量则为X+1；同时，满足18t≤D≤22t，2≤X≤10。4.如权利要求3所述的一种高性能车用钛合金排气管，其特征在于，所述弯曲部的弧度A
°
为90
°
，所述弯头数量X＝10时，则单个所述弯头段的弧度a＝9
°
，选壁厚t＝2mm时，则D＝36mm，内径为32mm；相应的焊缝数量为11。5.如权利要求3所述的一种高性能车用钛合金排气管，其特征在于，所述弯曲弧度A
°
为120

【专利技术属性】
技术研发人员：李向伟，张文侠，
申请(专利权)人：宝鸡市力华有色金属有限公司，
类型：发明
国别省市：