CN110873246A - 一种用于铝合金真空系统中的法兰结构及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于真空设备技术领域，特别涉及一种用于铝合金真空系统中的法兰结构及其制造方法。一种用于铝合金真空系统中的法兰结构，包括所述法兰结构由法兰部和铝合金‑不锈钢过渡管部组成，所述铝合金‑不锈钢过渡管部包括铝合金段和不锈钢段，所述铝合金段与不锈钢段的内外径均相等，铝合金段与不锈钢段之间通过过渡层复合连接，所述过渡层形成一界面，所述界面为冶金结合界面，且垂直于铝合金‑不锈钢过渡管部的轴心，所述铝合金‑不锈钢过渡管部的不锈钢段与法兰部连结。该法兰结构主要解决了现有铝合金真空系统中铝合金法兰和不锈钢法兰连接结构密封性不高的问题。本发明安装简单、结合强度高、抗腐蚀、密封性好等特点。
Description
技术领域
本发明属于真空设备技术领域，特别涉及一种用于铝合金真空系统中的法兰结构及其制造方法。
背景技术
在铝合金真空系统中，真空腔等部件为铝合金制备，由于铝材质容易发生氧化反应，因此整个真空系统中依然存在不锈钢结构及设备，例如真空管路及真空阀门等，因此需要通过法兰将铝合金结构与不锈钢结构连接起来。然而由于铝合金硬度比不锈钢低，采用直接拧合的方法容易导致铝合金法兰和不锈钢连接的密封性并不高，影响铝合金真空系统的真空度。同时，由于铝和钢的物理性能及力学性能相差较大以及铝在加热条件下表面容易形成发生氧化反应等因素，很难通过熔焊或钎焊等方式实现两者间的连接。生产上多采用铆接和压接等方式，常常存在维修频繁以及接口腐蚀等缺点。
为了保证真空系统的真空度，通常在两个端面分别设有法兰盘，再通过一组螺栓进行紧固连接，但是这种方式由于连接结构体积及质量较大，在特定环境及空间条件下难以使用，同时由于密封性不好容易导致铝合金真空系统的真空度变差。
2011年12月7日公开的实用新型专利申请CN101749503B中公开了一种端部为法兰连接的双金属复合法兰管件及其加工制造方法，该复合法兰主要是为了解决现有技术中如何实现复合管的密封连接而提供了一种复合法兰，该复合法兰通过将复合管内部的衬管伸出外管一部分，伸出部分与法兰端部密封面内的环形凹槽内的耐蚀合金垫环铜材料焊接连接，外管与法兰盘同材料焊接连接提供一种法兰结构。所述法兰结构虽然能够解决了复合管的密封连接问题，但是结构及加工工艺复杂，同时不同材料的外管3与内衬管4之间的连接仍然需要使用与两种材料均具有良好焊接性能的焊料，因此通用性仍然不强。
发明内容
为了解决背景技术中的问题，本发明提供了一种用于铝合金真空系统中的法兰结构及其制造方法，其目的是为了解决现有铝合金真空系统中铝合金法兰和不锈钢法兰连接结构密封性不高的问题。本发明安装简单、结合强度高、抗腐蚀、密封性好等特点。
为了达到上述目的，本发明的实施例提供了一种用于铝合金真空系统中的法兰结构，所述法兰结构由法兰部和铝合金-不锈钢过渡管部组成，所述铝合金-不锈钢过渡管部包括铝合金段和不锈钢段，所述铝合金段与不锈钢段的内外径均相等，铝合金段与不锈钢段通过冶金结合连接，结合位置形成一界面，所述界面垂直于铝合金-不锈钢过渡管部的轴心，所述铝合金-不锈钢过渡管部的不锈钢段与法兰部连结。
更进一步地，在所述铝合金段和不锈钢段之间还设有过渡层，所述过渡层可以是纯铝、钛及钛合金、铜及铜合金、镍及镍合金中的一种或多种的层状组合。
更进一步地，所述铝合金-不锈钢过渡管部采用爆炸复合法、真空钎焊法、摩擦焊法、扩散焊法或轧制复合法制备。
更进一步地，所述法兰部为对焊法兰、平焊法兰、插焊法兰、活套法兰、螺纹法兰或者盖板中的一种。
更进一步地，所述铝合金段和不锈钢段的厚度分别为25mm和20mm，所述过渡层的厚度为1mm，所述法兰结构的总厚度为46mm。
更进一步地，所述铝合金段与不锈钢段的外径为30mm，管壁厚为2mm。
本发明还提供了一种如所述的法兰结构的制造方法，所述包括步骤：
S1、加工铝合金-不锈钢过渡管部：先选取一定长和宽的铝合金板和不锈钢板，将铝合金板铺设于不锈钢板上，并在铝合金板和不锈钢板之间均匀布设多个支撑柱；
S2、在S1中铝合金板上均匀铺设有炸药，在炸药区上的一端插设有雷管，所有工序完成后，引爆炸药，得到铝合金-不锈钢复合板；
S3、根据所需铝合金-不锈钢过渡管部大小的要求，在铝合金-不锈钢复合板上切削加工出管道接头，所述管道接头为所述铝合金-不锈钢过渡管部；
S4、将所述铝合金-不锈钢过渡管部的不锈钢段通过焊接的方式和不锈钢法兰部连接，获得所述的法兰结构；
更进一步地，所述步骤S4还包括：将铝合金-不锈钢过渡管部的铝合金段通过焊接的方式和铝合金真空系统中的铝合金管连接，将所述不锈钢法兰部通过螺钉与另外的不锈钢法兰连接。
更进一步地，所述步骤S1中，所述铝合金板和不锈钢板之间还设有过渡层，所述过渡层与铝合金板及不锈钢板复合成多层的复合板，所述过渡层为纯铝、钛及钛合金、铜及铜合金、镍及镍合金中的一种或多种的层状组合。
更进一步地，所述铝合金-不锈钢过渡管部与不锈钢法兰部之间的连接为焊接、活套连接或者是螺纹连接。
本发明的上述方案有如下的有益效果：
1.通过使用本发明，将传统的铝合金法兰和不锈钢法兰的连接形式改为不锈钢法兰和不锈钢法兰的连接形式，在达到连接铝合金部件和不锈钢部件目的同时，提高了连接结构的密封性。
2.本发明提供的法兰结构加工工艺简单，只需要在复合板上直接切削出铝合金-不锈钢过渡管部，减小了生产加工成本。
3.本发明提供的复合管道接头的铝合金部与不锈钢部是通过爆炸焊接的方式结合在一起的，所以铝端与钢端之间的界面为冶金结合，结合强度高，密封性好，能够保证流经管道的冷却剂不会泄漏；
4.本发明提供的复合管道接头在使用过程中铝端与铝管焊接，不锈钢法兰盘与不锈钢法兰盘连接，避免了铝管和钢管的直接焊接，从而降低了焊接难度，减小了异种金属管焊接时出现泄漏、腐蚀等问题的可能性。
附图说明
图1为本发明的铝合金板-不锈钢复合板板的成型结构示意图；
图2是本发明铝合金-不锈钢过渡管的成型结构示意图；
图3是本发明铝合金-不锈钢过渡管第一实施例的剖面示意图；
图4是本发明铝合金-不锈钢过渡管第二实施例的剖面示意图；
图5是本发明法兰结构的第一实施例示意图；
图6是本发明法兰结构的第二实施例示意图；
【附图标记说明】
301-铝合金板、302-过渡层、303-不锈钢板、4,11,21-铝合金-不锈钢过渡管、5-切削刀具、12，22-法兰部、13-焊缝、103，202，111，211-铝合金段、101,201,112,212-不锈钢段、1,2-法兰结构
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明针对现有的问题，提供了一种用于铝合金真空系统中的法兰结构，该法兰结构主要解决了现有铝合金真空系统中铝合金法兰和不锈钢法兰连接结构密封性不高的问题。本发明安装简单、结合强度高、抗腐蚀、密封性好等特点。
实施例一
如图1～5所示，本发明的实施例提供了一种用于铝合金真空系统中的法兰结构，所述法兰结构1由法兰部12和铝合金-不锈钢过渡管11部组成，所述铝合金-不锈钢过渡管部11包括铝合金段111和不锈钢段112，所述铝合金段111与不锈钢段112的内外径均相等，铝合金段111与不锈钢段112之间通过冶金结合连接，所述结合位置形成一界面，所述界面垂直于铝合金-不锈钢过渡管部11的轴心且为冶金结合，铝合金-不锈钢过渡管部11的不锈钢段112与法兰部111连结。该法兰结构中不锈钢段与不锈钢法兰部连接，铝合金管和铝合金管直接连接或者是铝合金管与不锈钢法兰直接连接提高了连接的密封性，保证了真空系统的真空度。
本申请提供的法兰结构，将铝合金-不锈钢过渡管部的铝合金段通过焊接和铝合金真空系统中的铝合金管连接，将不锈钢法兰部通过螺钉与另外的不锈钢法兰连接，从而实现铝合金真空部件和不锈钢真空部件之间的连接。所述连接方式相对于传统的铝合金法兰和不锈钢法兰的连接形式，在达到连接铝合金部件和不锈钢部件目的同时，提高了连接结构的密封性，保证了真空系统的真空度，提高了结合强度。
作为优选地，所述铝合金-不锈钢过渡管部可以采用爆炸复合法、真空钎焊法、摩擦焊法、扩散焊法、轧制复合法等金属复合工艺制备。更进一步地，所述铝合金-不锈钢过渡管部可以采用爆炸复合法的方式进行复合连结。
作为优选地，其中不锈钢法兰部可以根据实际需求选取为对焊法兰、平焊法兰、插焊法兰、活套法兰、螺纹法兰或者盖板中的一种。如图5所示为本发明中法兰结构选用对焊法兰的结构示意图，铝合金-不锈钢过渡管11与法兰12焊接连接，法兰的一端121形成密封面。其中铝合金端111和不锈钢段112通过过渡层113冶金连接成为铝合金-不锈钢过渡管11。
由于对焊法兰是管件的一种，是指带颈的并有圆管过渡的法兰，所述圆管与管子对焊连接，对焊连接不易变形，密封性好，应用广泛，有相应的刚性与弹性要求和合理的对焊减薄过渡，焊口离接合面距离大，可以接合面免受焊接温度变形。因此针对真空系统，对于密封性要求较高的工况条件，选用对焊法兰密封效果相对更好。
图6为本发明需用插焊法兰的另一实施例，铝合金-不锈钢过渡管21插入法兰22阶梯环内并焊接连接成为法兰结构的第二实施例，密封面121加工有密封刀口。其中铝合金段211和不锈钢段212通过过渡层213冶金连接成为铝合金-不锈钢过渡管21。插焊法兰是指管子端部插入法兰环阶梯内，插焊法兰的刚性好，焊接变形小，密封性较好，主要适用于密封性较高的场合，因此在真空系统中，由于对密封性能的要求较高，因此优选为插焊法兰。
所述铝合金-不锈钢过渡管部采用爆炸复合法、真空钎焊法、摩擦焊法扩散焊法或轧制复合法制备。作为优选地，复合管道接头的铝合金部与不锈钢部是通过爆炸焊接的。铝端与钢端之间的界面为冶金结合，结合强度高，密封性好，能够保证流经管道的冷却剂不会泄漏；
作为优选地，所述过渡层为纯铝、钛及钛合金、铜及铜合金、镍及镍合金中的一种或多种的层状组合。
作为优选地，所述铝合金段和不锈钢段的厚度分别为25mm和20mm，所述过渡层的厚度为1mm，所述法兰结构的总厚度为46mm。
作为优选地，所述铝合金段与不锈钢段的外径为30mm，管壁厚为2mm。
实施例二：
本发明还提供了一种用于铝合金真空系统中的法兰结构的制造方法，本发明提供的法兰结构加工工艺简单，只需要在复合板上直接切削出铝合金-不锈钢过渡管部，减小了生产加工成本。同时本发明提供的复合管道接头的铝合金部与不锈钢部是通过爆炸焊接的方式结合在一起的，所以铝端与钢端之间的界面为冶金结合，结合强度高，密封性好，能够保证流经管道的冷却剂不会泄漏；
本发明提供的用于铝合金真空系统中的法兰结构的制造方法，主要步骤为：
S1、首先采用爆炸复合法制备出铝合金-不锈钢复合板，其中选取铝合金层和不锈钢层的厚度分别为25mm和20mm，铝合金层和不锈钢层之间设有一层1mm厚的钛过渡层,将铝合金板铺设于不锈钢板上，并在铝合金板和不锈钢板之间均匀布设多个支撑柱；
S2、步骤S1中铝合金板上均匀铺设有炸药，在炸药区上的一端插设有雷管，所有工序完成后，引爆炸药，得到铝合金-不锈钢复合板；
S3、根据所述铝合金-不锈钢过渡管部大小的要求，在铝合金-不锈钢复合板上切削加工出管道接头即为铝合金-不锈钢过渡管部11(如图3所示)，所述铝合金-不锈钢过渡管部长度为46mm，即为铝合金-不锈钢复合板的总厚度，外径为30mm，管壁为2mm。铝合金段111长度为25mm，不锈钢段112长度为20mm，结合界面113的钛过渡层厚度为1mm；
S4、不锈钢法兰12为对焊法兰形式，密封面221加工有密封刀口。将铝合金-不锈钢过渡管部11的不锈钢段112通过激光焊接和不锈钢法兰部12焊接在一起，焊缝为13，获得本发明所述的法兰结构1，如图5所示。将铝合金-不锈钢过渡管部的铝合金段通过焊接的方式和铝合金真空系统中的铝合金管连接，将所述不锈钢法兰部通过螺钉与另外的不锈钢法兰连接。
实施例三：
实施例三与实施例二的主要不同在于实施例三采用插焊法兰，具体实施步骤与实施例二相同。
该实施例首先采用爆炸复合法制备出铝合金-不锈钢复合板，其中铝合金层和不锈钢层的厚度分别为35mm和30mm，铝合金层和不锈钢层之间设有一层1.5mm厚的钛过渡层；将铝合金-不锈钢复合板利用机加工方法加工成铝合金-不锈钢过渡管部21，长度为66mm，即为铝合金-不锈钢复合板的总厚度，外径为35mm，管壁为2.5mm。铝合金段211长度为35mm，不锈钢段212长度为30mm，结合界面213的钛过渡层厚度为1.5mm。不锈钢法兰22为插焊法兰形式，密封面221加工有密封刀口。将铝合金-不锈钢过渡管部21的不锈钢段212通过激光焊接和不锈钢法兰部22焊接在一起，焊缝为23，获得本发明所述的法兰结构2，如图6所示。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于铝合金真空系统中的法兰结构，其特征在于，所述法兰结构由法兰部和铝合金-不锈钢过渡管部组成，所述铝合金-不锈钢过渡管部包括铝合金段和不锈钢段，所述铝合金段与不锈钢段的内外径均相等，铝合金段与不锈钢段通过冶金结合连接，结合位置形成一界面，所述界面垂直于铝合金-不锈钢过渡管部的轴心，所述铝合金-不锈钢过渡管部的不锈钢段与法兰部连结。
2.根据权利要求1所述的用于铝合金真空系统中的法兰结构，其特征在于，在所述铝合金段和不锈钢段之间还设有过渡层，所述过渡层可以是纯铝、钛及钛合金、铜及铜合金、镍及镍合金中的一种或多种的层状组合。
3.根据权利要求1～2任意一项所述的用于铝合金真空系统中的法兰结构，其特征在于，所述铝合金-不锈钢过渡管部采用爆炸复合法、真空钎焊法、摩擦焊法、扩散焊法或轧制复合法制备。
4.根据权利要求1～2任意一项所述的用于铝合金真空系统中的法兰结构，其特征在于，所述法兰部为对焊法兰、平焊法兰、插焊法兰、活套法兰、螺纹法兰或者盖板中的一种。
5.根据权利要求1～2任意一项所述的用于铝合金真空系统中的法兰结构，其特征在于，所述铝合金段和不锈钢段的厚度分别为25mm和20mm，所述过渡层的厚度为1mm，所述法兰结构的总厚度为46mm。
6.根据权利要求1～2任意一项所述的用于铝合金真空系统中的法兰结构，其特征在于，所述铝合金段与不锈钢段的外径为30mm，管壁厚为2mm。
7.一种如权利要求1～6中任意一项所述的法兰结构的制造方法，其特征在于，所述包括步骤：
S1、加工铝合金-不锈钢过渡管部：先选取一定长和宽的铝合金板和不锈钢板，将铝合金板铺设于不锈钢板上，并在铝合金板和不锈钢板之间均匀布设多个支撑柱；
S2、在S1中铝合金板上均匀铺设有炸药，在炸药区上的一端插设有雷管，所有工序完成后，引爆炸药，得到铝合金-不锈钢复合板；
S3、根据所需铝合金-不锈钢过渡管部大小的要求，在铝合金-不锈钢复合板上切削加工出管道接头，所述管道接头为所述铝合金-不锈钢过渡管部；
S4、将所述铝合金-不锈钢过渡管部的不锈钢段通过焊接的方式和不锈钢法兰部连接，获得所述的法兰结构。
8.根据权利要求7所述的法兰结构的制造方法，所述步骤S4还包括：将铝合金-不锈钢过渡管部的铝合金段通过焊接的方式和铝合金真空系统中的铝合金管连接，将不锈钢法兰部通过螺钉与另外的不锈钢法兰连接。
9.根据权利要求7所述的法兰结构的制造方法，在所述步骤S1中，在所述铝合金板和不锈钢板之间还设有过渡层，所述过渡层与铝合金板及不锈钢板复合成多层的复合板，所述过渡层为纯铝、钛及钛合金、铜及铜合金、镍及镍合金中的一种或多种的层状组合。
10.根据权利要求7所述的法兰结构的制造方法，所述铝合金-不锈钢过渡管部与不锈钢法兰部之间的连接为焊接、活套连接或者是螺纹连接。
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