CN101176961A - 一种铜铝复合结构金属罐体的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铜铝复合结构金属罐体的制作方法，它属于金属复合结构加工技术领域。本发明是将铝管、进口铜管和出口铜管进行连接制作，首先将铝管中段通过液压方式挤涨成两端直径不变、中间凸起的鼓形铝管，再将进口铜管和出口铜管的一端口处机械加工成圆锥面，最后将加工后的进口铜管和出口铜管的圆锥面端口插入鼓形铝管的缩口端，在铜铝管之间的接触段处通过边加压插入边通电加热的焊接形式，形成铜铝管牢固的金属键连接。

Description

一种铜铝复合结构金属罐体的制作方法

技术领域

本发明涉及一种铜铝复合结构金属罐体的制作方法，具体地讲，它是将铝管或铝合金管加工成两端细、通过挤涨使中间凸起的罐体类结构形式，将铜管加工成易于通过焊接形成牢固金属键连接的结构，然后将铜管和铝管两端的细口焊接在一起的铜铝复合结构金属罐体的制作方法。使用本发明制作的装置易与其他铜制管路连接，降低产品成本。本发明适用于如蓄能器、滤清器、过滤器、暂存罐、蓄能罐、储液器、消音器等的罐体外壳制作，它属于金属复合结构加工技术领域。

背景技术

通常在设计制冷密闭管路系统元件时，需要考虑运行压力、耐腐蚀等因素来做保证，所选用的材料主要是铜或其他稀有金属。因此作为制冷密闭管路系统常用的蓄能器、滤清器、过滤器、暂存罐、蓄能罐、储液器、消音器等元件主要是由铜材制作。在用制冷剂做载冷介质的循环管路系统中，制冷效果与制冷剂的数量有关，若管路中存在制冷剂的渗漏将会影响制冷效果，最终将会影响到制冷产品的工艺性能，因此，该罐体类容器本身的抗压能力、与管路连接处的密封性都是十分重要的。

目前在制造制冷管路的该罐体类容器时，需将粗大的铜管按照设计的长度在两端缩口后焊接到制冷管路上。由于全球范围铜资源接近枯竭，而铝矿资源相对丰富，近几年铜价在不断上扬，促进了铝材代替铜材的技术进步和相关产业的市场应用范围的扩大。另外，铜铝管焊接技术日趋完善成熟，也为铝材代替铜材提供了坚实的技术支持。为降低现有该罐体类容器的生产成本、节省稀有资源，有必要将由粗大的铜管制成的该罐体类容器外壳改用铝管代替，然后通过特殊的加工工艺制作铜铝复合结构的该罐体类容器。目前已有技术采用高频焊接的方式加工类似于该罐体类容器的铜铝复合结构产品，但是由于高频加热所形成的焊缝是由脆性焊缝构成，脆性大，不能抵抗高压破坏，在压力下结构易被破坏，在实践当中没有获得应用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服和避免已有技术中存在的问题和缺点，而提供一种全新的铜铝复合结构该罐体类容器外壳的制作方法。具体地讲就是用铝材替代大部分铜材以降低现有该罐体类容器的生产成本；为提高铜铝复合结构该罐体类容器焊缝的耐压强度，解决铜铝焊缝中的脆性焊缝的脆性问题，除采用本发明的新焊接方法工艺外、还要对内径扩大的加工技术进行改进，在不降低该罐体类容器功能的基础上，提供一种制造罐体类铜铝复合结构产品的工艺生产方法。

该工艺方法操作简便、运转高效、成本低廉、完全可以确保产品质量。

本发明是采用以下技术措施来实现其目的的。

一种铜铝复合结构金属罐体的制作方法，它是将铝管、进口铜管和出口铜管进行连接制作，所述的制作方法如下：

将铝管中段通过液压方式挤涨成两端直径不变、中间凸起的鼓形铝管，然后再分别对铝管两端进行缩口处理；

将进口铜管和出口铜管的一端口处机械加工成圆锥面，铜管圆锥面的细直径部位的外径小于铝管缩口端内孔直径，而铜管圆锥面的粗直径部位的外径大于铝管缩口端内孔直径；

将加工后的进口铜管和出口铜管的圆锥面端口插入鼓形铝管的缩口端，在铜铝管之间的接触段处通过边加压插入边通电加热的焊接形式，形成铜铝管牢固的金属键连接。

所述的铜管圆锥面为一个宽度为5至25毫米圆锥面。

所述的铜管圆锥面的粗直径部位的外径大于铝管缩口端内孔直径。

一种铜铝复合结构金属罐体的制作方法，更为具体的工序描述如下：

(1)、铝管的加工工序：

第一步，选择一段软态铝管；

第二步，挤压涨型：将铝管放在压力机的特制模具中夹固定位，经过局部铝管预热，高压油从铝管两端向铝管内部施加，随着铝管受挤涨，其中间部分直径逐渐变大，铝管的两端向中间略有收缩，直至中间部位的变形与模具相吻合。

第三步，采用高速模锻工艺对软态铝管两端缩口；

第四步，采用机械加工工艺对铝管按设计要求进行精加工；

第五步，获得合格鼓形铝管。

(2)、进口铜管和出口铜管的加工工序：

第一步，选择一段铜管；

第二步，采用精密辊锻工艺将铜管的一端口处加工成圆锥面，铜管圆锥面的细直径部位的外径小于铝管缩口端内孔直径，而铜管圆锥面的粗直径部位的外径大于铝管缩口端内孔直径；

第三步，采用机械加工工艺对铜管按设计要求进行几何尺寸加工；

第四步，获得合格的进口铜管和出口铜管。

(3)、装配焊接工序：

第一步，将加工后的进口铜管和出口铜管的圆锥面端口分别插入鼓形铝管的两缩口端；

第二步，将进口铜管和出口铜管的圆锥面端口在压力作用下插入鼓形铝管两个缩口端的内孔中，同时将鼓形铝管的两个缩口端内孔中的杂质及氧化物清理干净；

第三步，在铜铝管之间的接触区段利用铜铝接触电阻通电加热焊接，并且边加热边将铜管在外压力的作用下不断向铝管内部移动；

第四步，在边加热边移动的焊接过程中，铜铝管之间的工件位移距离为5至25毫米，伴生的铜铝共晶物边生成边被铜铝管之间的位移挤出；

第五步，在加热焊缝中铜铝管之间形成金属键连接，使进口铜管和出口铜管与鼓形铝管形成一体，获得合格铜铝复合结构金属罐体。

另外，插入在鼓形铝管内的进口铜管端口和出口铜管端口可根据设计需要加工成过滤、消音、储液等多种结构，从而使此类铜铝复合结构金属罐体应用于多种技术领域。

附图说明

图1为应用本发明所制作的抗性消音器实施例的完整结构剖视图；

图2为一段加工前软态铝管剖视图；

图3为挤涨成中间凸起形的鼓形铝管剖视图；

图4为对铝管两端高速模锻缩口后鼓形铝管剖视图；

图5为按照设计要求对铝管进行机械加工处理后的鼓形铝管剖视图；

图6为精密辊锻加工后带有圆锥面的同心异径铜管剖视图；

图7为铜铝管接触区段边移动边加热焊接的连接示意图。

如图所示，其中1为出口铜接头；2为移动电极；3为陶瓷镶块；4为圆锥面；5为固定电极；6为作为消音器外壳的铝管；7为铜制消音管即同心异径铜管；8、9分别为铝管的两缩口端；10为铜铝管之间的接触段；11为减音孔；12为防腐用热缩管；F1为顶推气缸的推进力；F为顶推模具气缸的力；₁为铝管内径；₂为挤涨后铝管内径，₁＜₂；₃为缩口后铝管内径，₃＜₁；₄为缩口后铝管外径；₅为机械加工处理后的鼓形铝管外径，₅＜₄；λ₁为介质进口；λ₂为介质出口。

具体实施方式

下面结合附图所示实施例对本发明作进一步的描述。

本实施例是一个铜铝复合结构的抗性消音器的制作实施案例，该抗性消音器是由作为消音器外壳的铝管6、铜制消音管7和出口铜接头1连接组成，作为消音器外壳的铝管6为两端缩口、中间通过内部挤涨后凸起的鼓形铝管；铜制消音管7为内径相同的同心异径铜管；出口铜接头1的一端和铜制消音管7的一端分别插入作为消音器外壳的铝管6的两缩口端8、9；在铜铝管之间的接触段10通过边加压插入边通电加热的焊接形式，形成铜铝管牢固的金属键连接。

铜铝之间接触段10为一个宽度为5至25毫米的圆锥面4。

插入作为作为消音器外壳的铝管6内的铜制消音管7的一端处开有减音孔11。

制作上述铜铝复合结构抗性消音器的工序方法详细描述如下：

(1)、作为消音器外壳的铝管6的加工工序：

第一步，选择一段软态铝管6；

第二步，挤压涨型：将铝管6放在合适的压力机的特制模具中夹固定位，经过局部铝管预热，高压油从铝管6两端8、9向铝管内部施加，随着铝管6受挤涨，其中间部分直径逐渐变大，铝管6的两端向中间略有收缩，直至中间部位的变形与模具相吻合。

第三步，采用高速模锻工艺对软态铝管6的两端8、9缩口；

第四步，采用机械加工工艺对铝管6按设计要求进行精加工；

第五步，获得合格作为消音器外壳的鼓形铝管6。

(2)、同心异径铜管7的加工工序：

第一步，选择一段铜管7；

第二步，采用精密辊锻工艺将铜管7制作成一段粗直径，一段细直径的同心异径铜管，粗直径与细直径之间的铜管外圆为圆锥面4；

第三步，采用机械加工工艺对同心异径铜管7的细直径端部按设计要求加工减音孔；

第四步，采用机械加工工艺对同心异径铜管7按设计要求进行几何尺寸加工；

第五步，获得合格的抗性消音器的铜制消音管7。

(3)、出口铜接头1的加工工序：

第一步，选择一段铜管1；

第二步，采用机械加工工艺对铜管1按设计要求进行几何尺寸处理，并将出口铜接头1的一端口处加工成圆锥面4。

第三步，获得合格出口铜接头1。

(4)、装配焊接工序：

第一步，将铜制消音管7和出口铜接头1分别插向鼓形铝管6的两个缩口端8、9中，此时铜制消音管7的细直径部位外径和出口铜接头1的导向部位的外径与鼓形铝管6缩口端8、9内孔为间隙配合，而出口铜接头1的外径和铜制消音管7的粗径部位外径皆与鼓形铝管6的缩口端8、9内孔为过盈配合；

第二步，将铜制消音管7和出口铜接头1在顶推力F1作用下插入鼓形铝管6两个缩口端8、9的内孔中，同时将鼓形铝管6的两个缩口端8、9内孔中的杂质及氧化物清理干净，避免影响铜铝之间的焊接结构；

第三步，在铜铝管之间的接触区段10利用铜铝接触电阻通电加热，并且边加热边将铜管1、7在外压力F1的作用下不断向鼓形铝管6内部移动；

第四步，在边加热边移动的焊接过程中，铜铝管之间的工件位移距离为5至25毫米，伴生的铜铝共晶物边生成边被铜铝管之间的位移挤出；

第五步，在加热焊缝中铜铝管之间形成金属键连接，使铜制消音管7和出口铜接头1与鼓形铝管6形成一体，获得合格铜铝复合结构抗性消音器。

第六步，将作为消音器外壳的铝管6的外侧套上热缩管12后，加热热缩管12使热缩管12紧密地包在铜铝管的外部，获得具有防腐功能的铜铝复合结构抗性消音器。

所述的外压力为由推动铜管轴向运动所产生的轴向顶推力F1和施加在铜、铝管外壁避免其与模具产生相对位移的径向压力F组成。

另外，在抗性消音器铝外壳6的加工过程中，采用挤涨的方式同时利用相关工、模具将软态的铝管6涨成设计要求的形状，铝管6经过挤涨强制变形，中间部分的软态铝管6变为硬态管，而铝管两端仍处于软态，强度得到提高，可以在缩口前对铝管6进行化学去膜处理；为提高模锻缩口的质量采用高速模锻对铝管两端缩口；用精密辊锻的原理加工消音器消音管7；根据介质压力、流速、截面积等参数，利用流体力学和声学的理论及实践数据，设计相关的减音孔结构及数量。

利用铜铝两种材料在硬度上的差异，即利用铜管1、7插入铝管外壳6时的高压作用，将铝管内表面的氧化物清理干净。在清理铝管氧化物的同时对固定电极5和移动电极2通电对结合区利用铜铝接触电阻加热，边加压边加热，在这个过程中铜管1、7在顶推气缸F1力的作用下不断向铝管6的内部移动，与普通电阻焊接方法不同，本发明的焊接过程铜铝管之间工件位移距离超过5毫米，产生的铜铝共晶物边生成边被铜铝间的位移高压挤出，避免脆性组织对接头的影响。由于在铜铝管之间的接触段10中脆性材料被挤出，在焊接表面的铜铝之间形成金属键连接，从而使铜铝管路保持牢固一体。

该类罐体的外部经防腐处理后其寿命将达到20年以上。

Claims (4)

1.一种铜铝复合结构金属罐体的制作方法，它是将铝管、进口铜管和出口铜管进行连接制作，其特征在于所述的制作方法如下：

将铝管中段通过液压方式挤涨成两端直径不变、中间凸起的鼓形铝管，然后再分别对铝管两端进行缩口处理；

将进口铜管和出口铜管的一端口处机械加工成圆锥面，铜管圆锥面的细直径部位的外径小于铝管缩口端内孔直径，而铜管圆锥面的粗直径部位的外径大于铝管缩口端内孔直径；

将加工后的进口铜管和出口铜管的圆锥面端口插入鼓形铝管的缩口端，在铜铝管之间的接触段处通过边加压插入边通电加热的焊接形式，形成铜铝管牢固的金属键连接。

2.根据权利要求1所述的一种铜铝复合结构金属罐体的制作方法，其特征在于所述的铜管圆锥面为一个宽度为5-25毫米圆锥面。

3.根据权利要求2所述的一种铜铝复合结构金属罐体的制作方法，其特征在于所述的铜管圆锥面的粗直径部位的外径大于铝管缩口端内孔直径。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种铜铝复合结构金属罐体的制作方法，其特征在于所述方法如下：

(1)、铝管的加工工序：

第一步，选择一段软态铝管；

第二步，挤压涨型：将铝管放在压力机的特制模具中夹固定位，经过局部铝管预热，高压油从铝管两端向铝管内部施加，随着铝管受挤涨，其中间部分直径逐渐变大，铝管的两端向中间略有收缩，直至中间部位的变形与模具相吻合。

第三步，采用高速模锻工艺对软态铝管两端缩口；

第四步，采用机械加工工艺对铝管按设计要求进行精加工；

第五步，获得合格鼓形铝管。

(2)、进口铜管和出口铜管的加工工序：

第一步，选择一段铜管；

第二步，采用精密辊锻工艺将铜管的一端口处加工成圆锥面，铜管圆锥面的细直径部位的直径小于铝管缩口端内孔直径，而铜管圆锥面的粗直径部位的直径大于铝管缩口端内孔直径；

第三步，采用机械加工工艺对铜管按设计要求进行几何尺寸加工；

第四步，获得合格的进口铜管和出口铜管。

(3)、装配焊接工序：

第一步，将加工后的进口铜管和出口铜管的圆锥面端口分别插入鼓形铝管的两缩口端；

第二步，将进口铜管和出口铜管的圆锥面端口在压力作用下插入鼓形铝管两个缩口端的内孔中，同时将鼓形铝管的两个缩口端内孔中的杂质及氧化物清理干净；

第三步，在铜铝管之间的接触区段利用铜铝接触电阻通电加热焊接，并且边加热边将铜管在外压力的作用下不断向铝管内部移动；

第四步，在边加热边移动的焊接过程中，铜铝管之间的工件位移距离为5-25毫米，伴生的铜铝共晶物边生成边被铜铝管之间的位移挤出；

第五步，在加热焊缝中铜铝管之间形成金属键连接，使进口铜管和出口铜管与鼓形铝管形成一体，获得合格铜铝复合结构金属罐体。

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