[发明专利]一种低塑性金属管坯粘性介质环向渐进胀接方法及装置

说明书

本发明公开了一种低塑性金属管坯粘性介质环向渐进胀接方法及装置，属于管板胀接技术领域。利用柱塞运动挤压粘性介质，并通过芯轴的旋转将柱塞提供给粘性介质的压力环向渐进式地施加于管坯，让管坯局部发生形变，嵌入管板孔内部所开凹槽，当芯轴旋转多次以后，管坯逐渐与管板凹槽贴合，形成牢固的机械锁扣，完成胀接过程。本发明解决了目前低塑性金属管坯胀接变形难、胀接后拉脱力小等问题，可以有效的提升低塑性金属管坯‑管板的连接质量。使用粘性介质环向渐进胀接方法，管坯在塑性变形期间壁厚分布均匀、应力状态合理，增加了连接接头的使用寿命。

技术领域

本发明属于管板胀接技术领域，具体涉及一种低塑性金属管坯粘性介质环向渐进胀接方法及装置。

背景技术

管板-管连接结构是换热器的重要结构，其连接强度及质量是衡量换热器质量的关键指标。然而，低塑性金属管坯如铝合金管、钛合金管等在胀接过程中局部容易减薄严重甚至出现破裂，影响其加工制造过程。

目前，低塑性金属管坯-管板之间的胀接工艺是利用胀管器挤压管板孔中管坯端部，使管坯塑性变形与管板产生一定的挤压力，具有使用方便、能源损耗底、胀管压力易控制等优点，同时也存在管壁易损伤、管壁表面质量差等问题。

低塑性金属管坯由于其塑性差，变形程度小，在胀接过程中容易发生管壁破裂进而影响低塑性金属管坯-管板的连接质量，因此，亟需开发低塑性金属管坯-管板连接新方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种低塑性金属管坯粘性介质环向渐进胀接方法及装置，装置简单，操作方便，有效地提升了低塑性管坯的成形性能，连接强度大、管坯壁厚分布均匀、不易脱落。

本发明是通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种低塑性金属管坯粘性介质环向渐进胀接方法，包括以下步骤：

S1：根据待连接的管坯和管板的结构和尺寸，加工侧壁带有若干介质注入孔的芯轴；管板的孔内壁加工有若干圈环形凹槽；将芯轴装进管坯，将粘性介质注入芯轴内部的空腔之内，柱塞安装在芯轴开口端；将组装好的芯轴与管坯放置于管板的孔内，芯轴的介质注入孔与管板孔内壁的环形凹槽位置对应；

S2：向柱塞施加力F1，使柱塞运动挤压粘性介质，将粘性介质挤入芯轴上的介质注入孔，形成局部压力，管坯受到局部压力挤压产生形变，管坯局部形变嵌入管板上环形凹槽；

S3：固定芯轴的轴向位置，给芯轴施加环向的角速度ω1，同时柱塞继续施加力F1，芯轴绕轴线旋转若干周，管坯产生环向的变形，初步连接管板；

S4：保持芯轴与管坯在管板孔的轴线位置不变，向柱塞施加力F2，使得柱塞向右运动挤压粘性介质，管坯受到局部压力产生二次形变；

S5：固定芯轴的轴向位置，给芯轴施加环向的角速度ω2，柱塞施加力F2保持恒定，芯轴绕轴线旋转若干周，管坯产生二次环向形变，与管板形成稳固的锁扣。

优选地，S1中，管坯外壁与管板的孔内壁间隙配合，管坯内壁与芯轴的外表面间隙配合。

优选地，粘性介质为分子量400000～700000g/mol的高分子聚合物。

优选地，F1和F2由管坯的屈服强度决定，且F2＞F1。

优选地，ω1为0.1～0.3rad/s，ω2为0.05～0.1rad/s。

优选地，管板上环形凹槽的开口处设有过渡圆角。

本发明公开的实现上述低塑性金属管坯粘性介质环向渐进胀接方法的装置，包括芯轴和柱塞；芯轴的侧壁上开设有若干介质注入孔，介质注入孔的位置与管板孔内壁的环形凹槽位置对应；芯轴的一端封闭，另一端开口；柱塞嵌套在芯轴的开口端，芯轴的空腔内注有粘性介质。

优选地，柱塞与芯轴之间设有密封装置。