热膨胀是一种制造技术，用于扩大无缝钢管的直径，同时保持（或提高）其机械性能。这种方法对于用较小的钢坯生产大直径管道而不进行焊接至关重要。以下是对其工作原理、关键阶段和技术考虑的详细说明。
1.基本概念
热膨胀是指通过将小直径无缝管加热到塑性变形温度并施加径向压力，将其热膨胀和机械膨胀到较大尺寸。该过程确保：
壁厚均匀（尽量减少偏心）。
保持冶金完整性（无焊接缺陷）。
由于加热过程中的再结晶，晶粒结构得到改善。
2.关键过程阶段
A.供暖
温度范围：通常为850-1200°C（取决于钢种）。
碳钢：~1100°C
合金钢：更高以避免开裂。
加热方式：感应加热或燃气炉，使热量分布均匀。
目的：软化钢材，使其塑性变形而不开裂。
B.扩大
机械方法：
心轴（塞子）膨胀：锥形心轴被推/拉过加热的管道，迫使其径向膨胀。
液压膨胀：将高压流体注入管道内，使其抵靠约束模具拉伸。
辊子膨胀：旋转的辊子施加径向压力以逐渐增加直径。
膨胀比：通常为10-40%（超过此值可能导致墙体变薄或出现缺陷）。
C.冷却和；尺寸
控制冷却：缓慢冷却（退火）或淬火（针对特定性能）。
定径辊：校准最终尺寸和圆度。
D.后处理
矫直：使用旋转矫直机纠正变形。
热处理：消除应力或正火以恢复机械性能。
表面处理：除锈（如喷丸）和防锈涂层。
3.冶金原理
再结晶：在再结晶温度（~0.5×熔点）以上加热可以细化晶粒结构，提高延展性。
加工硬化缓解：热加工避免了冷变形引起的脆性。
残余应力降低：均匀膨胀可最大限度地减少内应力。
4.优势与替代方案
热膨胀
替代方案（焊接管）
无焊缝→ 更好的耐压性焊缝是潜在的弱点
焊接管中的均匀晶粒结构热影响区（HAZ）
适用于受焊接完整性限制的高温环境
5.质量控制挑战
壁厚减薄：过度膨胀会减小厚度；通过超声波检测进行监测。
椭圆度/塌陷：心轴对齐不当会导致形状不规则。
表面缺陷：由于过热/冷却速度导致的结垢或裂纹。
6.应用
石油和天然气；天然气：大直径管道。
发电厂：需要高温强度的锅炉管。
核/化学：耐腐蚀合金管。
7.关键参数
温度控制：防止过热（燃烧）或欠热（开裂）。
扩展速度：太快→ 撕裂；太慢了→ 生产率损失。
刀具设计：心轴/滚子几何形状影响尺寸精度。
