Горячая ковка крупногабаритных толстостенных бесшовных стальных труб для устранения дефектов трещин при традиционной ковке 

Горячая ковка является критически важным этапом новой технологии, цель которого заключается в улучшении микроструктуры материала посредством пластической деформации для повышения механических свойств корпуса клапана. В процессе горячей ковки необходимо точно контролировать ключевые параметры, такие как температура ковки, степень деформации и метод охлаждения. Исследования показывают, что выбор температуры ковки должен основываться на характеристиках фазового превращения материала, обычно в диапазоне температур аустенизации, для обеспечения хорошей пластичности и текучести. Для крупногабаритных толстостенных бесшовных стальных труб температура ковки обычно поддерживается в диапазоне от 1100 °C до 1250 °C, чтобы избежать укрупнения зерен из-за чрезмерно высокой температуры или возникновения дефектов трещин из-за слишком низкой температуры . Кроме того, контроль степени деформации также имеет решающее значение: недостаточная деформация не позволяет эффективно измельчить зерно, а чрезмерная деформация может вызвать растрескивание поверхности материала. Следовательно, оптимальный диапазон деформации составляет от 20 % до 40 % для получения однородной и мелкозернистой структуры. Выбор метода охлаждения также напрямую влияет на свойства материала; применение воздушного или контролируемого охлаждения может эффективно уменьшить выделение вторичных фаз, тем самым повышая вязкость и коррозионную стойкость материала . Оптимизация вышеуказанных параметров позволяет значительно повысить прочность и пластичность материала корпуса клапана, создавая прочную основу для последующей раздельной обработки и сварки.

Технология раздельной механической обработки
Раздельная обработка является одним из ключевых этапов новой технологии. Ее суть заключается в разделении сложной конструкции корпуса клапана на несколько простых компонентов, их прецизионной обработке и последующем объединении в единое целое посредством сварки. Такой подход не только повышает точность обработки, но и значительно снижает отходы материала. При обработке таких компонентов, как основной корпус клапана и впускные угловые патрубки, критически важен выбор металлообрабатывающего оборудования. Например, использование высокоточных станков с ЧПУ (CNC) обеспечивает точность обработки до микрометрового уровня и повышает эффективность производства. Маршрут обработки разрабатывается с учетом геометрической формы и свойств материала и обычно включает три этапа: черновую, получистовую и чистовую обработку. На этапе черновой обработки основное внимание уделяется удалению избыточного материала для приближения к конечной форме; на этапе получистовой обработки дополнительно улучшаются точность размеров и шероховатость поверхности; на этапе чистовой обработки высокоточная обработка достигается за счет низких скоростей резания и высоких подач. Контроль точности обработки также опирается на передовое измерительное оборудование, такое как координатно-измерительные машины (CMM), для обеспечения соответствия размеров и допусков формы и расположения каждого компонента проектным требованиям . Раздельная обработка не только позволяет избежать проблемы перерасхода материала, вызванной чрезмерными припусками в традиционном литейном процессе, но и значительно повышает единообразие качества компонентов, обеспечивая надежную гарантию для последующей прецизионной сварки.

Прецизионная сварка
Прецизионная сварка является ключевым этапом новой технологии, обеспечивающим общую прочность и герметичность корпуса клапана. При выборе метода сварки в данном исследовании применяется комбинация сварки в среде защитного газа (GMAW) и аргонодуговой сварки неплавящимся электродом (GTAW), что позволяет эффективность сварки и качество соединения. В частности, для соединения основного корпуса клапана с впускными угловыми патрубками сварка GTAW используется для корневого шва, чтобы обеспечить провар корня шва и внутреннее качество соединения; затем применяется сварка GMAW для заполнения разделки и формирования лицевого шва, что повышает эффективность сварки и прочность соединения. При выборе сварочных материалов используется низколегированная сварочная проволока, соответствующая основному металлу, чтобы избежать сварочных трещин или неоднородности структуры из-за различий в химическом составе . Кроме того, параметры сварки были строго оптимизированы, включая сварочный ток, напряжение, скорость сварки и расход защитного газа. Например, сварочный ток обычно поддерживается в диапазоне от 180 А до 250 А, а напряжение устанавливается от 22 В до 28 В для обеспечения стабильности сварочной ванны и равномерности шва. Для устранения остаточных напряжений, возникающих в процессе сварки, в данном исследовании также внедрена технология нормализации после сварки. Нормализация, заключающаяся в нагреве сварного соединения до температуры выше Ac3, выдержке и последующем воздушном охлаждении, позволяет эффективно измельчить зерно и устранить сварочные напряжения, тем самым значительно повышая общую прочность и герметичность корпуса клапана.