1、前言

由于鈦及鈦合金具有優(yōu)異的耐腐蝕性能，被廣泛運(yùn)用于石油化工、冶金、氯堿、制鹽、電鍍等行業(yè)之中。因?yàn)殁伈膬r(jià)格比較昂貴，但使用壽命長(zhǎng)，維修方便、費(fèi)用低，性能穩(wěn)定，有利于環(huán)境保護(hù)，從而獲得了很高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

我國(guó)每年生產(chǎn)的鈦材約70％~80％用于民品，民品的60％~70％用于石油化工、冶金、氯堿、制鹽、電鍍等行業(yè)之中，其中40％~50％是管材。管材主要用于換熱器的制作，即：列管換熱器和盤(pán)管換熱器，盤(pán)管換熱器采用螺旋式換熱，換熱效率高，加工成本低，適用范圍廣，所以鈦盤(pán)管換熱器前景十分看好。

鈦盤(pán)管換熱器的制作工藝比較簡(jiǎn)單，但模具尺寸確定非常繁瑣。每加工一個(gè)規(guī)格的盤(pán)管，反復(fù)試制許多次才能確定要求盤(pán)管直徑的模具尺寸，既浪費(fèi)材料、又消耗時(shí)問(wèn)。如果能很快確定要求盤(pán)管直徑的模具尺寸，則事半而功倍，所以通過(guò)試驗(yàn)，找出規(guī)律，得出經(jīng)驗(yàn)公式，為以后制造鈦盤(pán)管換熱器提供幫助。

2、試驗(yàn)條件

2.1 材料

采用寶雞鈦業(yè)股份有限公司生產(chǎn)的鈦管(TA2)，鈦管符合標(biāo)準(zhǔn)GB／T 3625-1995。

2.2 試驗(yàn)設(shè)備

盤(pán)管機(jī)(轉(zhuǎn)速：6r/min功率：7 kW)、模具自制如圖1所示。

2.3 工藝路線

鈦管復(fù)檢、焊接直管、焊縫著色、繞制、捆綁、焊接、檢查、入庫(kù)。

2.4 方法

將鈦管接長(zhǎng)，長(zhǎng)度約為3倍展開(kāi)周長(zhǎng)，一頭固定模具上，用定輪支撐，開(kāi)動(dòng)盤(pán)管機(jī)，繞制。

3、試驗(yàn)結(jié)果及討論

3.1 成型原理分析

鈦管彎曲時(shí)應(yīng)力如圖2所示。

σ=-Ey/ρ

彎曲時(shí)，截面上一點(diǎn)的正應(yīng)力與此點(diǎn)到中性軸成正比。A點(diǎn)受最大壓應(yīng)力(-)，B點(diǎn)受最大拉應(yīng)力(+)。鈦管卸載后，產(chǎn)生應(yīng)力變形。

鈦管彎曲成型是鈦材塑性和彈性相結(jié)合的加工工藝，鈦管在彎曲過(guò)程中，彎曲部分內(nèi)側(cè)受壓，外側(cè)

受拉，一部分產(chǎn)生彈性變形，另一部分產(chǎn)生塑性變形。當(dāng)被彎的鈦管卸載后，彈性變形部分力圖使鈦

管恢復(fù)原狀而回彈，彈性回彈使鈦管彎曲角度、半徑發(fā)生變化，變化的差值為回彈量。

3.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果

（1）鈦管φ50×2.5(冷加工)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1，圖3，4。

（2）鈦管φ60×2.5(冷加工)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2，圖5，6。

（3）鈦管φ38×2(冷加工)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

（4）鈦管φ25×2(熱加工)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4，圖7。

（5）鈦管φ60×2.5(1，3充沙子、冷加工；2，4不充沙子、冷加工)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。

從表1～5中分別可以看出：

（1）彎曲中徑Y(jié)與展開(kāi)中徑的X關(guān)系，即：Y=KX，K≈0.83～0.93。

（2）彎曲中徑Y(jié)愈大，回彈量愈大。

（3）加工溫度愈高，回彈量愈小。

（4）當(dāng)展開(kāi)中徑較小時(shí)，鈦管必須充沙彎曲，否則彎管容易產(chǎn)生壓扁、褶皺等缺陷。

（5）充沙子彎曲，對(duì)回彈量影響不大。

回彈量對(duì)加工精度影響很大，所以模具尺寸確定要足夠重視，否則費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、費(fèi)材料。影響回彈

量的主要因素有：

（1）鈦管力學(xué)性能：彈性模量E愈低，屈服強(qiáng)度σ愈高，回彈量愈大。在鈦管變形過(guò)程中，鈦彈性模量小，彈性變形量( σ彈=σ/E)大；屈服強(qiáng)度高，達(dá)到屈服點(diǎn)所產(chǎn)生的塑性變形量小。

（2）鈦管的冷作硬化：硬化程度愈高，回彈量愈大。

（3）彈性變形程度：彎曲半徑愈小，回彈量愈小。

（4）加工溫度：回彈量隨溫度的升高，而降低，因?yàn)闇囟壬撸伈牡膹?qiáng)度急劇下降。

3.3 驗(yàn)證

我公司為某化工廠生產(chǎn)直徑X=1600，1800，2000盤(pán)管加熱器(TA2、鈦管φ57×2.5)，當(dāng)時(shí)取：K

= 0.84算出彎曲中徑為Y=KX=1344，1512，1680，模具外徑為(Y-57)=1287，1455，1623，通過(guò)冷加

工成形，實(shí)測(cè)尺寸分別為：1590，1795，2000，通過(guò)捆綁校形一次成型。

4、結(jié)論

從以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)及實(shí)際驗(yàn)證中(共20組數(shù)據(jù))中可以得出(見(jiàn)圖8)：鈦盤(pán)管加熱器(TA2)冷加工成型時(shí)，彎曲中徑y(tǒng)與展開(kāi)中徑 成正比關(guān)系，即：Y=KX，K≈0.83～0.93。因鈦管材質(zhì)、壁厚、退火程度、展開(kāi)中徑大于3m、熱加工等對(duì)回彈量的影響，還有待于探討。目前，我公司生產(chǎn)直徑3 m以下盤(pán)管加熱器(TA2)，可一次確定模具尺寸，既提高了生

產(chǎn)效率，又降低了生產(chǎn)成本。

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