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吉林省第四届科学技术学术年会 361 管材局部加热管壁增厚技术 何东野 张 驰 邓春萍 (吉林大学棍锻工艺研究所长春130025) 摘 要：介绍了几种金属管材弯曲成型工艺及存在的缺欠，说明管壁局部增厚，然后采用传统弯曲工 艺是目前解决管壁变薄强度下降的可行方法。主要叙述了高频感应圈局部加热增厚管壁的机理。对试验 装备和操作过程作了较详尽的论述。最后，试验研究了各种工艺参数对成型工艺和管材材质影响。 关键词：管材 管壁增厚弯曲 1 引言 随着汽车燃料价格持续上涨，汽车轻量化越来越受到人们的重视，轻量化的一个有效途径是充分使 用管材。此外在管道工程、船舶、锅炉及压力容器、中央空调、航空航天、石油化工、轻工等工业部门都大量 使用管材。传统的管材弯曲]Jn-r方法按弯曲方式可分为压弯、滚弯、推弯、绕弯、中频感应加热弯管、热应 力弯管等工艺(如图1、2、3所示)‘”。 (b) (C) ．(d) 图1 (a)压弯(b)滚弯(c)推弯(d)绕弯 图2中频感应加热弯曲 上述方法有几点不足之处： (1)外弧面壁厚变薄、强度下降，甚至造成破裂影响正常使用或存在安全隐患； 362 增强自主创新能力 促进吉林经济发展 (2)内弧面出现折皱； (3)管件截面变扁，即管件沿弯曲半径方向的截面尺寸小于垂直弯曲平面方向的截面尺寸。 人 未 方 舂i 盘 图3热应力弯曲 为了克服外弧面在弯曲时变薄强度下降的问题，一种方法是采用激光成形弯曲工艺，它是一种利用 激光束照射材料表面时形成的内部非均匀热应力场来实现材料弯曲的新技术。但是激光弯曲成型机理研 究还不很充分，没达到实际应用的程度【112]。另一种方法是首先在变形区段使管壁增厚，然后用传统弯管方 法弯曲。虽然模具也可以增厚管壁，但只限于管子的端部，且需要昂贵的模具，而且随着管材尺寸的变化 需要不同的模具。利用高频感应圈可以在任意位置增厚管壁，并且不需要昂贵的模具。本文只研究此方法。 2增厚管壁工艺 2．1增厚机理 如图4所示，用高频感应圈局部加热金属管，加热部位的温度急剧上升，这部分材料发生热膨胀，但 受周边低温材料的限制，只能向板厚方向移动，这部分发生塑性变形的材料在冷却后残留突起状态使板 厚增加p14】。 图4增厚机理 2．2装置和操作 如图5所示，是用普通车床改制的管壁增厚装置，管子一端用卡盘固定，另一端的固定装置装在水平 油缸活塞上并能对管子施加轴向压力并能带动右管端在竖直导向板中做上下移动。 所用高频加热装置输出功率5KW，发振频率100KHz，感应圈利用车床进给装置可以左右移动。 2．9mm。长度200mm。 图5激光增厚装置 2．3操作过程 如图6所示，首先用卡盘把管子卡紧并使其旋转，然后启动车床的自动进给装置使感应圈沿管子轴 线方向移动，并开始加热，同时油缸进压力油对管子右端施加轴向压力，右侧带油缸的固定管子装置沿着 吉林省第四届科学技术学术年会 363 导向板向上一点一点少量移动，感应圈向右移动50mm，试验结束。油缸对管子不施加轴向压力并且不向 上移动的条件下，也进行一次试验。试验中，管子旋转速35rpmi轴向压力6～12KN，感应圈的移动速度 0．04～O．20mm／s。 ^