本发明专利技术提供了一种铝合金薄壁锥形管与薄板超低温塑性连接方法及装置，属于轻合金管板连接技术领域。针对铝合金薄壁锥形管与薄板高效连接的难题，将锥形管和预制薄板用分半式压边圈夹紧定位；借助铝合金超低温变形增强增塑的特性，在保温槽中填充超低温介质，对锥形管与薄板同时进行深冷处理；利用扩口凸模在超低温环境中对锥形管根部进行扩孔，将管料从薄板中心孔中挤出；通过旋转的挤料板将余料压入薄板下表面中心孔附近的环形凹槽中，实现铝合金薄壁锥形管与薄板的高效连接。本发明专利技术将薄壁锥形管的扩孔与锥管塑性连接工艺“合二为一”，具有高效快捷、绿色环保、工艺集成度高、塑性接头质量好等优点。质量好等优点。质量好等优点。
【技术实现步骤摘要】
一种铝合金薄壁锥管与薄板超低温塑性连接方法及装置
[0001]本专利技术属于轻合金管板连接
，具体涉及一种薄壁锥管与薄板超低温塑性连接方法及装置。
技术介绍
[0002]铝合金薄壁锥管和薄板的连接主要用于传输带压力的低温气态、液态或气液共存的介质，广泛用在石油冶炼、化工合成、天然气输送及航空航天器低温燃料补给等重要领域。此类接头对其密封性和强度有着较高的要求，通常采用焊接的方法进行连接。但是，传统溶焊法难以有效连接薄壁锥管和薄板等复杂形状的接头，存在焊接工艺复杂、环焊缝质量差、薄壁结构易烧透、开裂、生产效率低等缺点。为解决上述缺陷，基于铝及铝合金超低温下强度和延伸率同时显著增加的特性，本专利技术提供了一种铝合金薄壁锥管与薄板超低温塑性连接方法及装置，该连接方法具有高效快捷、工艺集成度高、接头质量好、绿色环保、适合大批量生产等优点。
[0003]因此，如何克服现有技术中，薄壁锥管和薄板等复杂结构难以有效连接，存在焊接工艺复杂、环焊缝质量差、薄壁结构易烧透、开裂、生产效率低、污染环境等难题，成为本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
[0004]本专利技术提出了一种铝合金薄壁锥管与薄板超低温塑性连接方法及装置，旨在解决现有技术存在的问题：铝合金薄壁锥管和薄板连接属于复杂结构连接，焊接工艺复杂；薄壁易烧损、焊透，焊缝易开裂，强度低；生产效率低、污染环境等。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案在于提出一种铝合金薄壁锥管与薄板超低温塑性连接方法及装置。该装置组成主要包括扩口凸模、分半式压边圈、挤料板、锥管、薄板、超低温冷却介质、不锈钢保温槽、推板、支撑杆、垫板等结构。
[0006]成形前将薄壁锥管和预制中心孔、环形凹槽的薄板放置在垫板上，分半式压边圈夹紧薄壁锥管并整体压紧带中心孔的薄板；利用超低温介质对固定的薄板、薄壁锥管进行浸泡式冷却，使其温度降至材料的超低温临界转变温度（
‑
150℃）以下。同时，推杆推动大口径的挤料板使其恰好与薄板坯下表面接触；扩孔凸模下行到超低温介质中冷却后，然后下行将薄壁锥管坯料从薄板中心孔中挤出，并对深冷的薄壁椎管进行扩孔；通过旋转推杆上行，带动小口径挤料板旋转将薄壁锥管直壁段反向压入薄板下表面中心孔附近的环形凹槽中，实现铝合金薄壁锥管与薄板之间的塑性连接。整个过程可分三个阶段：超低温冷却阶段、超低温扩孔阶段、超低温塑性连接阶段，具体包括以下步骤：第一步：薄板中心位置按照管径设计要求开设中心孔，同时在薄板下表面中心孔位置用车床加工同心的圆弧形凹槽；第二步：将薄壁锥管和预制中心孔、预制凹槽的板坯放置在垫板上，分半式压边圈夹紧薄壁锥管并整体压紧带中心孔的薄板，在薄壁锥管内部形成一个封闭型腔；
第三步：将分半式压边圈、薄壁锥管、薄板的装配体整体放入不锈钢保温槽中，并在压力机上定位、固定；第四步：扩孔凸模下行到薄壁锥管内部的小口位置，与放置在垫板上的分半式压边圈、薄壁锥管、薄板中心重合；第五步：在不锈钢凹槽和薄壁锥管内腔充填超低温介质，使其充满整个封闭型腔，同时，对扩孔凸模、薄壁锥管和薄板整体进行冷却，使管、板变形区温度维持在材料的超低温临界转变温度（
‑
150℃）以下；第六步：旋转推杆推动大口径的挤料板上行与薄板坯下表面恰好接触；第七步：扩孔凸模下行，并对冷却的薄壁锥管进行扩孔，将管料从薄板中心孔中挤出；第八步：旋转推杆上行，通过小口径挤料板旋转将管料反向压入薄板下表面中心孔附近的环形凹槽中，实现铝合金薄壁锥管与薄板之间的塑性连接；第九步：连接完成后，扩孔凸模上行，并带动分半式压边圈、薄壁锥管、薄板的装配体整体从不锈钢保温槽中移出；第十步：旋转推杆回程、归位；第十一步：打开分半式压边圈，将薄壁锥管和薄板连接体从扩孔凸模上拆卸并取件；同时做好人员防护，防止残余超低温冷却介质冻伤。
[0007]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：提出了一种铝合金薄壁锥管与薄板超低温塑性连接方法及装置，通过固定并中心定位薄壁锥管和预制中心孔、坡口的薄板，借助铝合金超低温变形增强增塑的特性，先通过扩孔凸模在超低温环境下将管料从薄板中心孔中挤出，并对深冷的薄壁锥管进行扩孔；再通过旋转推杆带动小口径挤料板旋转，将薄壁锥管直壁段反向压入薄板下表面中心孔附近的环形凹槽中，实现铝合金薄壁锥管与薄板之间的塑性连接。该方法借助超低温环境下材料增塑增强的特性，解决铝合金薄壁锥管和薄板的复杂结构连接难题；将薄壁锥管的扩孔与薄壁锥管塑性连接工艺“合二为一”，避免传统环焊缝操作难度大、焊接工艺复杂、生产效率低的问题；不仅可连接同种材料，也可连接异种材料，能够克服薄管、薄板传统焊接方法易烧损、焊透，环焊缝易开裂，接头强度低等技术难题。
附图说明
[0008]为更清楚地说明本专利技术实施铝合金薄壁锥管与薄板超低温塑性连接方法的技术方案，下面将对各实施测量中的描述使用附图做简单介绍。
[0009]图1为主要附图标记；图2为连接的薄壁锥管与薄板；图3为超低温冷却阶段；图4为超低温扩孔阶段；图5为超低温塑性连接阶段；图6为薄壁锥管与薄板超低温塑性连接件。
[0010]主要附图标记：1 推板；2 支撑杆；3 挤料板；4 不锈钢保温槽；5 超低温冷却介质（液氮）；6 分半式压边圈；7 扩孔凸模；8 薄壁锥管；9 薄板；10 垫板；11 密封圈；12 垫块；
13 旋转推杆。
具体实施方式
[0011]以下结合附图，对本专利技术上述的和另外的技术特征和优点做更详细地说明。
[0012]请参见图1。
[0013]本专利技术提供了一种铝合金薄壁锥管与薄板9超低温塑性连接方法及装置。该方法借助铝合金超低温变形增强增塑的特性，将薄壁锥管8的扩孔与薄壁锥管8塑性连接工艺“合二为一”，先通过扩口凸模7在超低温环境下将管料从薄板9中心孔中挤出，并对深冷的薄壁锥管8进行扩孔；再通过旋转推杆13带动小口径挤料板3旋转，将薄壁锥管8直壁段反向压入薄板9下表面中心孔附近的环形凹槽中，实现铝合金薄壁锥管与薄板9之间的高效塑性连接。该方法能够解决传统环焊缝操作难度大、焊接工艺复杂、生产效率低等问题，同时能够克服薄管、薄板9传统焊接方法易烧损、焊透，环焊缝易开裂，熔焊接头强度低等困难。
[0014]该超低温塑性连接装置基本组成包括：扩口凸模7、分半式压边圈6、挤料板3、薄壁锥管8、薄板9、超低温冷却介质（液氮）5、不锈钢保温槽4、推板1、支撑杆2、垫板10等结构。该装置的具体工作步骤如下：薄板9中心位置按照管径设计要求开设中心孔，同时在薄板9下表面中心孔位置用车床加工同心的圆弧形凹槽进行坯料预制；将薄壁锥管8和预制中心孔、凹槽的薄板9放置在垫板上，分半式压边圈6夹紧薄壁锥管并整体压紧带中心孔薄板9，在薄壁锥管8内部形成一个封闭的型腔；将分半式压边圈6、薄壁锥管8及薄板9的装配体整体放入不锈钢保温槽4中，并在压力机工作台上定位、固定；扩孔凸模7下行到薄壁锥管8内部小口位置，使其与放置在垫板10上的分半式压边圈6、薄壁锥管8、薄板9的中心重合；不锈钢保温槽本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种铝合金薄壁锥管与薄板超低温塑性连接方法及装置，其特征在于：将薄壁锥管和预制中心孔的薄板放置在垫板上夹紧定位；利用超低温冷却介质对固定的薄板、薄壁锥管进行浸泡冷却；利用扩孔凸模在超低温环境中对薄壁锥管小口端进行扩孔，将管料从薄板中心孔中挤出；通过旋转的挤料板将薄壁锥管直壁段反向压入薄板下表面中心孔附近的环形凹槽中，实现铝合金薄壁锥管与薄板之间的高效塑性连接。2.具体包括以下步骤：第一步：在薄板中心位置按照设计要求开中心孔，同时在薄板下表面中心孔位置开设与中心孔同心的圆弧形凹槽；第二步：将薄壁锥管和预制中心孔、圆弧形凹槽的薄板放置在垫板上，分半式压边圈夹紧薄壁锥管并整体压紧带中心孔的薄板，使其在薄壁锥管内部形成一个封闭的型腔；第三步：将分半式压边圈、薄壁锥管、薄板的装配体整体放入不锈钢保温槽中，并在压力机上定位、固定；第四步：将扩孔凸模下行到薄壁锥管小口附近，在不锈钢保温槽中倒入超低温介质分别对扩孔凸模、薄壁锥管和薄板整体冷却，使管、板变形区温度维持在超低温温度以下；第五步：推杆推动大口径的挤料板上行与薄板坯下表面恰好接触；第六步：扩孔凸模下行到超低温介质中，并对冷却的薄壁锥管小口区域进行扩孔，将管料从薄板中心孔中挤出；第七步：旋转推杆上行，带动小口径挤料板旋转将薄壁锥管直壁段反向压入薄板下表面预制的环形凹槽中，实现铝合金薄壁锥管与薄板之间的塑性连接；第八步：连接完成后，扩孔凸模上行，并带动分半式压边圈、薄壁锥管、薄板的装配体整体从充满超低温介质的不锈钢保温槽中移出；第九步：分半式压边圈打开，将薄壁锥管和薄板的连接体从扩孔凸模拆卸、归位；根据权利要求1所述一种薄壁锥管与薄板超低温塑性连接方法及装置，其特征在于，所述塑性连接装置组成主要包括：扩口凸模、分半式压边圈、挤料板、薄壁锥管、薄板、冷却介质、不锈钢保温槽、推板、支撑杆、垫板等...
【专利技术属性】
技术研发人员：程旺军，姜立恒，孙耀宁，胡国玉，李骁，
申请(专利权)人：新疆大学，
类型：发明
国别省市：
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