[发明专利]一种基于旋压的铝合金管件塑性连接方法

说明书

一种基于旋压的铝合金管件塑性连接方法，采用内旋工艺将外旋连接用小径管件连接端的外表面加工出齿形凹槽，在凹槽内装上O型密封圈，然后将铝合金内管和铝合金外管以预套接安装在旋压机床上，通过外旋工艺使铝合金外管发生金属塑性流动变形来填充齿形凹槽并压紧O型密封圈，实现管件的密封连接。与传统的铝合金管件连接方法相比较，本发明采用基于旋压的铝合金管件塑性连接方法，由于旋压工艺属于局部点加载，不产生金属切屑且不破坏金属流线，连接过程省力、少损伤，设备、工装、模具简单；连接时充分利用了金属的塑性来填充齿形凹槽并压紧O型密封圈，实现了少损伤、无屑的绿色管件可靠连接。

技术领域

本发明涉及一种用于铝合金管件连接或密封连接的工艺方法，属于金属管材连接技术领域。

背景技术

金属管件广泛应用于航空、航天、航海装备、汽车制造，石油化工等重要工业领域，管件与管件的连接质量直接影响了装备运行工作的稳定性和使用寿命。传统的金属管件连接方法通常采用螺纹连接、沟槽连接、焊接等，这些连接方式需要对管件连接部分加工出内外螺纹、沟槽或利用外加热源进行熔焊等，而这样就损伤了被连接管件，削弱了管件连接接头的强度。从而在气/液工作管路中，就会影响了管件连接后的抗压、抗拉拔性能；在密封要求较高的使用场合，这些传统的连接方法的密封性都不是很好，很容易产生泄漏，连接的可靠度较低；同时在薄壁管件的连接场合，传统的连接方法明显已经不再适用；除此之外，从现代绿色制造和节约成本的角度出发，传统的连接工艺方法也不占优势。

在国内，西北工业大学(精确塑性成形课题组的杨合、詹梅等)长期致力于金属塑性成形的相关研究，对于金属管材的旋压成形及其连接技术积累了大量的理论基础和工程经验。吕昕宇等在(连接管件内径滚压成形有限元模型的建立及分析.塑性工程学报,2005,(01):85-88)中介绍了一种利用内径滚压变形实现管件连接的方法。其原理是变形时随着芯轴的旋转，滚珠沿管坯内壁旋转，同时芯轴沿轴向不断送进，使滚珠沿切向移动，实现对管坯胀挤的成形过程，最终实现管件连接。曾元松等在(连接管件的先进塑性成形技术试验研究.金属成形工艺,2003,(03):4-7)中也介绍了这种通过内径滚压成形方法实现钛合金管接头连接。但该种方法工艺较复杂，需要滚珠、芯轴等专用的工装夹具，连接时所需的变形力大，管壁易出现破裂。周立强等在(一种新型的管道连接技术.化工设备与管道,2004,(02):15-16+19-3)中介绍了一种新型的冷挤压管道连接技术，其连接机理是调整好所连接管道的管径，在连接处内套管外表面滴上一小滴密封剂，将箍紧环沿轴向推入并箍紧管道，使两管道实现相互连接，属于挤压连接，但该方法连接薄-壁类金属管件管壁有产生压溃变形的风险，因此针对薄壁类金属管件有一定的局限性。并且随着内套管、外套管的强度增大,则为了使它发生塑性变形所需的推力就越大,能耗也越大。刘飞飞等在(异种金属管复合塑性流动连接的流动分析.锻压技术,2010,(04):112-115)中提出了提出一种基于复合塑性流动的异种金属管材连接新技术，是一种固相连接技术，在高速旋转的旋压头和动态模具旋滚运动作用下使被连接的金属在塑性状态下相互掺和而融为一体，从而实现异种金属间的连接，但该方法连接的金属管件接头处的机械性能受到削弱并可能存在组织缺陷，从而影响连接件的可靠性和使用寿命。张云等公开了一种改进型管件连接装置(中国专利，公开号CN106523829A，公开日期2017年3月22日)，该装置实质上是在第二管件本体的开口端的外壁等距设置凸筋或放置粘接剂的储料凹槽，通过凸筋或凹槽内的粘结剂来实现管件的连接和密封，但该方法预制加工出凸筋或凹槽，因此在一定程度上削弱了管材强度且不属于绿色无屑连接，不能满足高密封、高可靠性要求场合的使用。杨三龙等公开了一种旋压式管件的连接结构(中国实用新型专利，公开号CN202100849U，公开日期2012年1月4日)，该结构由管接头、管子和连接螺母构成，所述的管接头的外端内圈设有内螺纹，连接螺母的外圈设有与内螺纹相配合的外螺纹，连接螺母旋接在管接头内，管子的端部外圈设有环形凸起，环形槽内设置有O型O型密封圈，通过旋紧内外螺纹而使连接结构压紧O型O型密封圈实现密封连接，属于传统螺纹连接范畴。该种连接结构需要提前通过机械加工制出连接螺纹和连接接头，不属于塑性连接，因此在薄壁类管件连接会削弱连接件的强度和可靠性，也无法实现无切削绿色制造。李军公开了一种内丝旋压式管道连接件(中国实用新型专利，公开号CN204879153U，公开日期2015年12月16日)，连接件包括第一管件，即依次安装于第一管件内测的O形O型密封圈、平垫、弹簧波垫、卡环、紧固件和第二管件，通过旋紧内外螺纹实现密封连接，属于传统螺纹连接范畴，且该种连接连接结构件数量多、连接复杂，在薄壁管连接场合由于螺纹的存在以及随着螺纹的旋紧管材易被压溃变形。