[发明专利]一种薄壁铝合金管端复合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铝合金管端复合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(Friction Stir Welding，简称FSW)是英国焊接研究所(The Welding Institute)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，然而当前在薄壁铝合金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，解决小口径薄壁铝合金管材的连接问题；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铝合金管的生产方法，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。但没有涉及铝合金管的端面封焊技术。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。

可见，当薄壁铝合金管(壁厚小于1mm)需要端面封闭焊接时，面临着焊接难题，体现在：铝合金端面封闭的要求，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铝合金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，本发明提供一种薄壁铝合金管端复合密封装置及密封方法，不使用内部涨紧装置将薄壁铝合金管和铝合金棒连接，通过旋转搅拌头焊接薄壁铝合金管和铝合金棒，克服了薄壁铝合金管抗扭性能差的缺点。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种薄壁铝合金管端复合密封装置，包括用于支撑铝合金棒的滚轮架组，所述铝合金棒的一端安装三爪卡盘上，所述铝合金棒另一端插入到薄壁铝合金管中，铝合金棒与薄壁铝合金管为过盈配合，薄壁铝合金管一端通过薄壁夹具安装在旋转筒内，在铝合金棒与薄壁铝合金管配合处的上方安装有搅拌针，搅拌针与搅拌头连接，搅拌头安装在旋转壁上，旋转臂与旋转筒固定连接，旋转筒一部分位于轴承内，轴承安装在固定筒内，固定筒通过支架固定，支架焊接在工作台上；所述旋转筒的外壁设有若干圈轮齿，轮齿与齿轮啮合，齿轮通过齿轮轴与电机连接，电机安装在工作台上。

作为优选，所述铝合金棒上设有若干个环形密封槽，靠近薄壁铝合金管的环形密封槽一部分位于薄壁铝合金管内，相邻环形密封槽的距离不小于搅拌头直径的1.5倍。

作为优选，所述环形密封槽纵截面为等腰梯形状，远离铝合金棒的为等腰梯形的上底，上底为下底的两倍，等腰梯形的底角为45°。

作为优选，所述上底长度为：

当0<d₀<10mm时，H＝0.8d₀；

当10≤d₀≤50mm时，H＝0.6d₀；

当d₀大于50mm时，H＝0.4d₀，d₀为铝合金棒的直径。

作为优选，所述铝合金棒与薄壁铝合金管的过盈量为δ，δ＝(t-t₀)×α×l-δ₀，其中，δ₀＝(1～2)*δ，t为装配时的温度，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为被加热工件的内径。

作为优选，所述铝合金棒伸入薄壁铝合金管的长度不小于搅拌头直径的1.5倍，搅拌针的长度不小于1.5倍薄壁铝合金管的壁厚。