[发明专利]一种铝合金薄壁管与薄壁法兰超低温塑性连接方法与装置

说明书

本发明涉及一种铝合金薄壁管与薄壁法兰超低温塑性连接方法与装置，其包括：液氮泵、密封管、薄壁管、薄壁法兰、凹模导向块、垫板、密封挡环、密封挡块、环形压块、冷却介质及不锈钢保温槽。本发明将薄壁管、密封管与薄壁法兰放置在垫板上，并在凹模导向块中定位；借助铝合金管材在液氮温度增强增塑的特性，利用不锈钢保温槽中填充的液氮，对定位的薄壁管、密封管、薄壁法兰及成形模具同时进行浸泡处理；利用液氮泵在超低温环境中对薄壁管、密封管与薄壁法兰的组合体局部进行超低温增压，将组合体重叠部位胀压到凹模导向块模腔中，形成凸形环连接；再通过环形压块将凸形环在超低温环境中沿轴向压紧，以实现铝合金薄壁管与薄壁法兰高效无缝连接。

技术领域

本发明属于轻合金板管连接技术领域，具体涉及一种铝合金薄壁管与薄壁法兰超低温塑性连接方法与装置。

背景技术

在铝合金薄壁管与薄壁法兰焊接件广泛应用在航空航天、石油化工、远洋运输等领域。此类结构通常在极端条件下服役，对其强度、密封及耐低温性能具有较高要求，而传统熔焊生产效率低，易焊透，焊缝存在易开裂，缺陷多、工艺不稳定等缺点。为解决上述难题，基于铝合金超低温下强度和塑性同时增加的特性，本发明提供了一种铝合金薄壁管与薄壁法兰超低温塑性连接方法与装置，该连接方法具有密封性能好、工艺稳定性高、接头强度高、方便快捷、适合大批量生产等优点。

铝合金薄壁管与薄壁法兰属于复杂结构连接，如何克服现有技术中，铝合金薄壁管与薄壁法兰难以高质量连接，焊接工艺不稳定、接头易开裂、生产效率低等难题，成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明提出了一种铝合金薄壁管与薄壁法兰超低温塑性连接方法与装置，旨在解决现有技术存在的问题：铝合金薄壁管与薄壁法兰连接属于超薄复杂结构连接，传统熔焊工艺复杂；焊接接头易烧损、开裂，强度低，不适合批量化生产等。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案在于提出薄壁管与薄壁法兰超低温塑性连接方法与装置。该装置组成主要包括液氮泵、密封管、薄壁管、薄壁法兰、凹模导向块、垫板、密封挡块、密封块、环形压块、冷却介质及不锈钢保温槽等。

成形之前将薄壁管、密封管与薄壁法兰的组合体放置在凹模导向块中定位；在不锈钢保温槽中填充液氮，使组合体及凹模导向块完全浸泡在液氮中，同时对组合体进行深冷处理；利用液氮泵加压使薄壁管、密封管与薄壁法兰的组合体在液氮温度下发生超低温胀压成形，组合体受压贴靠在凹模导向块模腔中，并形成一圈环形凸起；接着，利用环形压块将凸形环在超低温液氮环境中沿轴向压紧，使组合体凸起在薄壁法兰根部聚料，实现铝合金薄壁管与薄壁法兰之间的塑性连接，整个塑性连接过程可分三个阶段：薄壁管与薄壁法兰定位冷却阶段、组合体环形凸起形成阶段、超低温轴向压紧连接阶段，具体包括以下步骤：

第一步：将凹模导向块放置在不锈钢保温槽中定位；

第二步：将薄壁管、密封管与薄壁法兰的组合体放置在凹模导向块中定位并且对中；

第三步：在不锈钢保温槽中填充液氮保冷，使组合体和凹模导向块完全浸泡在液氮中；

第四步：利用液氮泵加压使薄壁管、密封管与薄壁法兰的组合体在液氮温度下发生超低温胀压成形，组合体受压贴靠在可分式凹模模腔中，并形成一圈环形凸起；

第五步：液氮泵卸压，并在薄壁管、密封管与薄壁法兰的组合体继续填充液氮，使薄壁管和薄壁法兰温度保持在超低温临界转变温度以下；

第六步：利用环形压块将凸形环在超低温液氮环境中沿轴向压紧，使组合体凸起在薄壁法兰根部聚料；

第七步：环形压块继续在超低温液氮环境沿轴向压紧，使组合体在法兰根部产生折叠，进而实现铝合金薄壁管与薄壁法兰之间的塑性密封连接；

第八步：连接完成后，环形压块上行，将薄壁管与薄壁法兰塑性连接体整体从不锈钢保温槽中移出。