[发明专利]一种薄壁不锈钢管端的密封装置及密封方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种薄壁不锈钢管端的密封装置及密封方法，属于金属材料加工领域。

背景技术

搅拌摩擦焊(FrictionStirWelding，简称FSW)是英国焊接研究所(TheWeldingInstitute)于1991年发明的专利焊接技术。搅拌摩擦焊除了具有普通摩擦焊技术的优点外，还可以进行多种接头形式和不同焊接位置的连接。搅拌摩擦焊技术已经在航空、航天、船舶、列车、电力和重型兵器等方面得到成功应用，然而当前在薄壁管的焊接方面仍然存在一些问题。

当管壁趋小时，焊接难度变大。专利(201410729971.X)提出了采用钨极惰性气体保护焊，解决小口径薄壁不锈钢管材的连接问题；专利(201010524846.7)提出一种小直径管嘴与铝合金薄壁结构的焊接方法，对小直径管嘴与铝合金薄壁结构结合处进行焊接，同样也是采用弧焊方法进行焊接。实际上，采用弧焊方法进行焊接(如交流钨极氩弧焊)对铝合金进行焊接时，极易导致裂纹和气孔，尤其在薄壁管件焊接时，焊接变形更为严重，废品率甚至达到70％。为了改进焊接质量，专利(201310096100.4)提出了一种热泵用小口径超薄壁高频焊接不锈钢管的生产方法，但焊接电流较高，达到230～235A，同时高频焊接的电效率低(约为50％左右)，工作电压电流太高，安全性差。郑英等人(专利号：201510118191.6、201510118211.X)提出了一种铝合金超大直径薄壁耐压管的生产方法，通过搅拌摩擦焊接的方法进行纵向焊缝焊接。但没有涉及不锈钢管的端面封焊技术。李辉等人(出自：AWJT2005，October20-23，Dalian，China，A42-A47)提出了一种薄壁铝合金筒体焊缝的搅拌摩擦焊接方法，但在焊接过程中，需要采用内部涨紧的装备保证焊件不变形，同时还需要从两边顶紧端盖，且所提出的方法适用于铝合金筒体端面具有开口的情况，即当端面要求彻底封闭时，所提出的方法将无法完成任务。在薄壁不锈钢管还没有检索到封闭方法。

可见，当薄壁金属管(壁厚小于1mm)需要端面封闭焊接时，面临着焊接难题，体现在：薄壁金属管端面封闭的要求，导致内部涨紧装置难以放入薄壁管件内部，从而由于缺乏内部支撑导致搅拌摩擦焊接失败。因此提出一种有效的薄壁不锈钢管端封焊方法和装置具有重要的现实意义。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提出一种薄壁不锈钢管端的密封装置及密封方法，不使用内部涨紧装置将薄壁不锈钢管和铝合金棒连接，通过旋转搅拌头焊接薄壁不锈钢管和铝合金棒，克服了薄壁不锈钢管抗扭性能差的缺点。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种薄壁不锈钢管端的密封装置，包括夹持铝合金棒的三爪卡盘、支撑铝合金棒的滚轮架组，所述铝合金棒插入到薄壁不锈钢管内，薄壁不锈钢管通过薄壁夹具夹持在旋转筒内，旋转筒通过轴承与固定筒连接，固定筒通过支架安装在移动装置上，旋转筒的外壁上设有若干圈齿条，齿条与齿轮啮合，齿轮通过齿轮轴安装在电机上，电机固定在移动装置上，移动装置安装在工作台上，所述旋转筒外壁上固定连接有可伸缩的旋转臂，旋转臂的端部安装有搅拌头，搅拌头下方安装有搅拌针，铝合金棒一端为直径小于铝合金棒的为轴身，轴身与铝合金棒形成轴肩，轴身插入到薄壁不锈钢管中，轴身与薄壁不锈钢管为过盈配合，通过搅拌摩擦焊，在薄壁不锈钢管上形成H型焊缝，从而实现薄壁不锈钢管端的封焊；所示移动装置包含伺服电机、直线滑台和不锈钢管，伺服电机与滑动轴连接，滑动轴与直线滑台螺纹连接，直线滑台的两侧设有直线导轨，直线导轨上安装有轨道滑块，不锈钢管与直线滑台和轨道滑块固定连接，支架和电机均位于不锈钢管上，伺服电机带动直线滑台移动，从而带动不锈钢管移动。

作为优选，所述轴身与薄壁不锈钢管的过盈量为δ，δ＝(t-t₀)×α×l-δ₀，其中，δ₀＝(1～2)*δ，t为装配时薄壁不锈钢管的温度，t₀为加热前的环境温度，α为加热时工件的径向膨胀系数，l--薄壁不锈钢管的内径。

作为优选，所述轴身的长度不小于搅拌头直径的3.5倍，搅拌头上安装有搅拌针，搅拌针长度不小于1.5倍的薄壁不锈钢管壁厚。

作为优选，所述H型焊缝包括第一道环焊缝和第二道环焊缝，第一道环焊缝完成了不锈钢管与轴肩的搭接焊，第二道环焊缝完成不锈钢管与铝合金棒的对接焊。

一种上述的薄壁不锈钢管端的密封装置的密封方法，包括以下步骤：