一種薄壁鋁合金管端復(fù)合密封裝置及焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種薄壁鋁合金管端復(fù)合密封裝置及焊接方法，屬于金屬材料加工領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]攪拌摩擦焊(Frict1n Stir Welding，簡稱FSW)是英國焊接研宄所(The WeldingInstitute)于1991年發(fā)明的專利焊接技術(shù)。攪拌摩擦焊除了具有普通摩擦焊技術(shù)的優(yōu)點夕卜，還可以進(jìn)行多種接頭形式和不同焊接位置的連接。攪拌摩擦焊技術(shù)已經(jīng)在航空、航天、船舶、列車、電力和重型兵器等方面得到成功應(yīng)用，然而當(dāng)前在薄壁鋁合金管的焊接方面仍然存在一些問題。
[0003]當(dāng)管壁趨小時，焊接難度變大。專利(201410729971.X)提出了采用鎢極惰性氣體保護(hù)焊，解決小口徑薄壁鋁合金管材的連接問題；專利(201010524846.7)提出一種小直徑管嘴與鋁合金薄壁結(jié)構(gòu)的焊接方法，對小直徑管嘴與鋁合金薄壁結(jié)構(gòu)結(jié)合處進(jìn)行焊接，同樣也是采用弧焊方法進(jìn)行焊接。實際上，采用弧焊方法進(jìn)行焊接(如交流鎢極氬弧焊)對鋁合金進(jìn)行焊接時，極易導(dǎo)致裂紋和氣孔，尤其在薄壁管件焊接時，焊接變形更為嚴(yán)重，廢品率甚至達(dá)到70%。為了改進(jìn)焊接質(zhì)量，專利(201310096100.4)提出了一種熱泵用小口徑超薄壁高頻焊接鋁合金管的生產(chǎn)方法，但焊接電流較高，達(dá)到230?235A，同時高頻焊接的電效率低(約為50%左右)，工作電壓電流太高，安全性差。鄭英等人(專利號:201510118191.6,201510118211.X)提出了一種鋁合金超大直徑薄壁耐壓管的生產(chǎn)方法，通過攪拌摩擦焊接的方法進(jìn)行縱向焊縫焊接。但沒有涉及鋁合金管的端面封焊技術(shù)。李輝等人(出自:AWJT2005，0ctober20-23，Dalian，China，A42-A47)提出了一種薄壁鋁合金筒體焊縫的攪拌摩擦焊接方法，但在焊接過程中，需要采用內(nèi)部漲緊的裝備保證焊件不變形，同時還需要從兩邊頂緊端蓋，且所提出的方法適用于鋁合金筒體端面具有開口的情況，即當(dāng)端面要求徹底封閉時，所提出的方法將無法完成任務(wù)。
[0004]可見，當(dāng)薄壁鋁合金管(壁厚小于Imm)需要端面封閉焊接時，面臨著焊接難題，體現(xiàn)在:1、壁厚較薄導(dǎo)致剛度和抗扭性能較差，難以直接夾持轉(zhuǎn)動焊接；2、鋁合金端面封閉的要求，導(dǎo)致內(nèi)部漲緊裝置難以放入薄壁管件內(nèi)部，從而由于缺乏內(nèi)部支撐導(dǎo)致攪拌摩擦焊接失敗。因此提出一種有效的薄壁鋁合金管端封焊方法和裝置具有重要的現(xiàn)實意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種薄壁鋁合金管端復(fù)合密封裝置及焊接方法，不使用內(nèi)部漲緊裝置、不對薄壁鋁合金管兩端頂緊進(jìn)行固定，克服了薄壁管件剛度低、抗扭性能差的缺點。
[0006]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的一種薄壁鋁合金管端復(fù)合密封裝置，包括用于支撐薄壁鋁合金管和鋁合金棒的滾輪架組，所述鋁合金棒的一端通過安裝在旋轉(zhuǎn)夾具上的中空的卡盤固定，鋁合金棒穿過卡盤的一端安裝有頂尖，所述鋁合金棒另一端插入到薄壁鋁合金管中，鋁合金棒與薄壁鋁合金管為過盈配合，在鋁合金棒與薄壁鋁合金管配合處的上方安裝有攪拌針，攪拌針與攪拌頭連接。
[0007]作為優(yōu)選，所述鋁合金棒上設(shè)有若干個環(huán)形密封槽，靠近薄壁鋁合金管的環(huán)形密封槽一部分位于薄壁鋁合金管內(nèi)，相鄰環(huán)形密封槽的距離不小于攪拌頭直徑的1.5倍。
[0008]作為優(yōu)選，所述環(huán)形密封槽縱截面為等腰梯形狀，遠(yuǎn)離鋁合金棒的為等腰梯形的上底，上底為下底的兩倍，等腰梯形的底角為45°。
[0009]作為優(yōu)選，所述上底長度為:
[0010]當(dāng)0〈d0〈10mm 時，H = 0.8d0；
[0011]當(dāng)10 < (1。< 50mm 時，H = 0.6d。；
[0012]當(dāng)d。大于50mm時，H = 0.4d。，d。為銷合金棒的直徑。
[0013]作為優(yōu)選，所述鋁合金棒與薄壁鋁合金管的過盈量為δ，δ =(t_tQ)X α Xl-δ。，其中，δ。= (I?2)*S，t為裝配時的溫度，tQ為加熱前的環(huán)境溫度，α為加熱時工件的徑向膨脹系數(shù)，I—被加熱孔的內(nèi)徑。
[0014]作為優(yōu)選，所述鋁合金棒伸入薄壁鋁合金管的長度不小于攪拌頭直徑的1.5倍，攪拌針的長度不小于1.5倍薄壁鋁合金管的壁厚。
[0015]一種上述薄壁鋁合金管端復(fù)合密封裝置的焊接方法，包括以下步驟:
[0016](I)根據(jù)實際需要，利用δ = (t-t0) X α X 1_ δ。確定過盈量δ，加工符合要求的鋁合金棒，根據(jù)薄壁鋁合金管壁厚選擇合適的攪拌針；
[0017](2)將薄壁鋁合金管加熱至100°C，鋁合金鋁合金棒所處溫度低于室溫，然后迅速裝配薄壁鋁合金管和鋁合金鋁合金棒并快速冷卻，使進(jìn)入管內(nèi)的環(huán)形密封槽的一半寬度伸出鋁合金管端；
[0018](3)將裝配好的工件穿過旋轉(zhuǎn)夾具并用卡盤固定，其余部分則安裝在滾輪架組上隨旋轉(zhuǎn)夾具運(yùn)轉(zhuǎn)；
[0019](4)先啟動攪拌頭，并使其緩緩的壓入被焊區(qū)域進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱結(jié)束后開始旋轉(zhuǎn)卡盤，使工件旋轉(zhuǎn)一周后停止旋轉(zhuǎn)卡盤，緩慢的抽出攪拌頭，當(dāng)攪拌針完全脫離工件后方可停止攪拌頭的轉(zhuǎn)動；
[0020](5)沿薄壁鋁合金管端切除鋁合金棒，在匙孔及環(huán)形密封槽內(nèi)填滿密封膠，等待其完全凝固；
[0021](6)薄壁鋁合金管的另一端重復(fù)步驟(2)?(5)，則完成薄壁鋁合金管端兩端的復(fù)合密封。
[0022]在本發(fā)明中，選用梯形槽，相對圓形槽來說，梯形槽易于加工；在填入密封膠體后，圓弧形狀的凹槽所能容納的膠體體積較小，與鋁合金棒的接觸面積也較小，易于在外力作用下脫落；上底的長度決定了密封膠的體積、密封膠與鋁合金管、鋁合金鋁合金棒的接觸面積，因此必須根據(jù)鋁合金棒的直徑，確定出一定體積和形狀的密封槽。因此上底太小了，密封膠體積太小，起不了密封效果；上底越大，密封效果會越好；但上底不是越大越好，太大了會造成浪費(fèi)，還會挖空了鋁合金棒。
[0023]本專利中，薄壁鋁合金管沒有采用夾持或支撐裝置，僅僅與鋁合金棒過盈配合，保證初始焊接時，一方面，鋁合金管與鋁合金棒之間能夠緊密貼合；另一方面，通過過盈配合阻止兩者之間軸向相對移動；正常焊接時，已完成的焊縫會逐步加強(qiáng)鋁合金管與鋁合金棒之間的連接強(qiáng)度。該過盈配合的選擇與機(jī)械中常用的方法相比，不需要較大的過盈量，這是因為:攪拌針插入搭接焊縫內(nèi)部，攪拌針本身就起著“釘扎”作用，不需要太強(qiáng)的力量來阻止兩者的軸向相對移動，此外焊接過程中過盈配合處處于高溫(500°C左右)，過大的過盈量會造成鋁合金管上很強(qiáng)的拉應(yīng)力，不利于焊縫成形。而選擇常規(guī)鋁合金材料的過盈量時，由于在100°C的溫度下，鋁合金較之鋼而言，是比較軟的，因此，需要有較大的過盈量。
[0024]有益效果:本發(fā)明的薄壁鋁合金管端復(fù)合密封裝置及焊接方法，具有以下優(yōu)點:
[0025](I)不使用內(nèi)部漲緊裝置、不對薄壁鋁合金管兩端頂緊進(jìn)行固定，利用對薄壁鋁合金管加熱使得薄壁鋁合金管膨脹，將低于室溫的鋁合金鋁合金棒插入到薄壁鋁合金管中，克服了薄壁管件剛度低、抗扭性能差的缺點，在其他材料薄壁管件的焊接中具有通用性。
[0026](2)采用攪拌摩擦搭接焊和密封膠組合的方式完成管端的密封，既保證了焊接接頭的強(qiáng)度又保證了鋁合金管端的氣密性。
[0027](3)結(jié)構(gòu)簡單、實用性強(qiáng)，該方法和裝置容易實現(xiàn)且裝配方便，這對實現(xiàn)薄壁鋁合金管端密封的應(yīng)用具有重要現(xiàn)實意義。
【附圖說明】
[0028]圖1為薄壁鋁合金管端復(fù)合封焊裝置整體示意圖；
[0029]圖2為焊接接頭主視圖及其各部件旋轉(zhuǎn)方向；
[0030]圖3為焊接接頭剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖4為帶有環(huán)形密封槽的鋁合金棒截面放大2倍示意圖。
【具體實施方式】
[0032]如圖1至圖4所示，本發(fā)明的一種薄壁鋁合金管端復(fù)合密封裝置，包括用于支撐薄