專利名稱：鎳鈦形狀記憶合金復合管接頭成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種管接頭成形方法，具體地說是管接頭零件精密制造技術(shù)領(lǐng)域的管接頭成形方法。
背景技術(shù)：
鎳鈦形狀記憶合金因為具有良好的形狀記憶效應(yīng)和超彈性而在工程領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。形狀記憶合金的形狀記憶效應(yīng)是指在某一低溫相下進行塑性變形，再將其加熱到某一溫度，材料發(fā)生相變而能夠恢復到塑性變形前的狀態(tài)。鎳鈦形狀記憶合金在形狀記憶效應(yīng)方面最典型的應(yīng)用就是形狀記憶合金管接頭。鎳鈦形狀記憶合金管接頭能夠?qū)崿F(xiàn)兩個管道的連接，這種連接方式既不同于螺紋機械連接，也不同于焊接。鎳鈦形狀記憶合金管接頭在應(yīng)用時，先將內(nèi)徑尺寸略小于被連接管道外徑的管接頭在低溫相下進行擴徑變形，使其內(nèi)徑大于被連接管道的外徑，低溫狀態(tài)下將被連接管道和管接頭裝配到一起，然后再將裝配好的鎳鈦形狀記憶管接頭整體加熱到某一溫度，使鎳鈦形狀記憶合金管接頭發(fā)生相變，其內(nèi)徑尺寸因為形狀記憶效應(yīng)而恢復到變形前的尺寸，但是在形狀恢復的過程中由于受到被連接管道的限制而對其產(chǎn)生約束力，從而使兩個被連接管道緊密地連接到一起。鎳鈦形狀記憶合金制造的各類管接頭具有可靠性高、不易發(fā)生滲漏、結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便和節(jié)省裝配空間等優(yōu)點，因而在航空、航天和船舶等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。然而，鎳鈦形狀記憶合金管接頭的尺寸設(shè)計、成分設(shè)計和擴徑技術(shù)都是鎳鈦形狀記憶合金管接頭設(shè)計和制造過程中的關(guān)鍵技術(shù)。尤其是鎳鈦形狀記憶合金管接頭的壁厚尺寸對于管接頭的連接性能至關(guān)重要，壁厚太薄，管接頭的強度不足，緊固力達不到使用要求，壁厚太厚，在管接頭擴徑過程中，存在梯度形變問題，即內(nèi)層金屬發(fā)生很大的變形，而外層金屬發(fā)生較小的變形，這將會影響鎳鈦形狀記憶合金管接頭后續(xù)的形狀恢復，造成緊固力不足，因此優(yōu)化鎳鈦形狀記憶合金管接頭的壁厚尺寸問題，一直是工程界致力研究的課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供在保證鎳鈦形狀記憶合金管接頭具有足夠緊固力的同時，又具有足夠的強度，使鎳鈦形狀記憶合金管接頭具有優(yōu)良的連接性能的鎳鈦形狀記憶合金復合管接頭成形方法。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明鎳鈦形狀記憶合金復合管接頭成形方法，其特征是(I)將兩層鎳鈦形狀記憶管以間隙配合或過盈配合的方式裝配到一起組成一個雙層管，該雙層管的內(nèi)徑do小于兩個待連接管的外徑d2 ；(2)通過擴徑變形使雙層管內(nèi)徑增大到dl，使得兩層鎳鈦形狀記憶管復合成形為一體，且dl大于待連接管的外徑d2 ；(3)將擴好徑的管接頭套在兩根待連接管的外面；(4)通過低溫加熱使管接頭發(fā)生形狀恢復，管接頭自動收縮后將兩根管子連接在一起，完成成形。本發(fā)明的優(yōu)勢在于I.鎳鈦形狀記憶合金復合管接頭可以避免單層厚壁管接頭的梯度效應(yīng)問題和單層薄壁管接頭的強度不足問題，在保持其具有良好形狀記憶效應(yīng)的同時，約束力可以由內(nèi)外層管共同承擔，受力分布均勻，保持了較高的強度，提高了使用壽命。2.鎳鈦形狀記憶合金復合管接頭的內(nèi)外層管可以根據(jù)實際需要采用不同的成分和不同的相結(jié)構(gòu)，通過不同的變形機制實現(xiàn)對被連接管的緊固連接。 3.鎳鈦形狀記憶合金復合管接頭可以通過控制不同的壁厚比、不同成分和不同過盈量控制其在不同徑向加載擴徑量下的恢復率和約束力，設(shè)計較為靈活。4.在采用彈性介質(zhì)和液體介質(zhì)對鎳鈦形狀記憶合金復合管接頭進行擴徑時，可以一次性實現(xiàn)鎳鈦形狀記憶合金復合管接頭的復合成形和擴徑。


圖I為本發(fā)明鎳鈦形狀記憶合金復合管接頭結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明鎳鈦形狀記憶合金復合管接頭設(shè)計原理；圖3為本發(fā)明鎳鈦形狀記憶合金復合管接頭的實施流程示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細地描述結(jié)合圖I 3，鎳鈦形狀記憶合金復合管接頭結(jié)構(gòu)如圖I所示，本發(fā)明提出的鎳鈦形狀記憶合金復合管接頭的成形方法主要是利用鎳鈦形狀記憶合金的形狀記憶效應(yīng)和超彈性，其具體原理如圖2所示。鎳鈦形狀記憶合金復合管接頭由兩層鎳鈦形狀記憶合金管2-1和2-2復合構(gòu)成，這兩層管可以根據(jù)實際需要采用不同的成分和不同的相結(jié)構(gòu)，然后利用兩層管不同的形變和相變機制實現(xiàn)對被連接管件I和3的連接緊固。先將兩層鎳鈦形狀記憶管2-1和2-2以間隙配合或過盈配合的方式裝配到一起組成一個雙層管2，該雙層管2的內(nèi)徑d0要小于兩個待連接管I和3的外徑d2，以便于其在后面發(fā)生形狀恢復時不致于完全恢復，使管接頭內(nèi)還殘留一定的預應(yīng)力，這樣才能起到一個緊固作用；然后通過擴徑變形使鎳鈦形狀記憶合金復合管接頭內(nèi)徑增大到dl，該尺寸應(yīng)大于待連接管I和3的外徑d2，這樣便可順利地將鎳鈦形狀記憶合金復合管接頭2套在兩根被連接管I和3的外面，另外擴徑變形還可以使以間隙配合方式裝配的鎳鈦形狀記憶合金管2-1和2-2復合成形為一體。當內(nèi)外層管都采用馬氏體的結(jié)構(gòu)時，擴徑后的內(nèi)外兩層管都會發(fā)生馬氏體去孿生或再取向變形。將它與被連接管連接并經(jīng)低溫加熱后兩層管都會發(fā)生逆相變而全部轉(zhuǎn)變成奧氏體結(jié)構(gòu)，這樣便會因形狀記憶功能而使其內(nèi)徑尺寸都向擴徑前的d0恢復。但由于被連接管的外徑d2大于d0，使得管接頭的尺寸因為受到被連接管件的約束而不能完全恢復，其殘余內(nèi)應(yīng)力就會作用在兩根被連接管的外壁上，從而實現(xiàn)對被連接管的約束連接，達到雙重緊固的目的。當采用內(nèi)層管為馬氏體、外層管為奧氏體的復合結(jié)構(gòu)時，擴徑后內(nèi)層管將發(fā)生馬氏體去孿生或再取向變形，而外層管由于處于奧氏體狀態(tài)而發(fā)生應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變的超彈性變形。將它與被連接管連接并經(jīng)低溫加熱后內(nèi)層管因發(fā)生逆相變而轉(zhuǎn)變成奧氏體結(jié)構(gòu)，其內(nèi)徑尺寸在形狀記憶作用下向擴徑前的d0恢復。但由于被連接管的外徑d2大于d0，使得管接頭的尺寸同樣受到被連接管件的約束而不能完全恢復，其殘余內(nèi)應(yīng)力會作用在被連接管的外壁上，從而實現(xiàn)對兩根管的約束連接，而外層管因具有超彈性而隨著內(nèi)層管的收縮而收縮，這樣可以對內(nèi)層管施加彈性應(yīng)力以防止其受力后發(fā)生松馳。本發(fā)明的實施分為五個階段，即鎳鈦形狀記憶合金復合管接頭原始管坯的制備、鎳鈦形狀記憶合金復合管接頭的復合成形、鎳鈦形狀記憶合金復合管接頭的擴徑、鎳鈦形狀記憶合金復合管接頭的連接和鎳 鈦形狀記憶合金復合管接頭加熱緊固，如圖3所示。鎳鈦形狀記憶合金復合管接頭原始管坯的制備通過機械加工方法分別加工出鎳鈦形狀記憶合金復合管接頭的內(nèi)外層原始管坯2-1和2-2，保證內(nèi)層管的內(nèi)徑尺寸小于兩個待連接管的外徑。加工過程中要注意內(nèi)外層原始管坯的表面質(zhì)量和尺寸精度，保證一定的過盈量，為了便于內(nèi)層管2-2壓入外層管2-1，內(nèi)層管2-2的兩端需加工出少許倒角。鎳鈦形狀記憶合金復合管接頭的復合成形管坯加工完成之后，通過機械壓力將內(nèi)層管2-2壓入外層管2-1，實現(xiàn)鎳鈦形狀記憶合金復合管接頭的復合成形，復合后的管接頭2可當做一個整體零件使用。鎳鈦形狀記憶合金復合管接頭的擴徑采用機械擴徑或靜力加載擴徑的方式對鎳鈦形狀記憶合金復合管接頭2進行擴徑；使管接頭2發(fā)生一定程度的形變和相變后內(nèi)徑尺寸達到dl，該尺寸要大于兩根待連接管I和3的外徑。經(jīng)過擴徑后，會使原來過盈量不夠的復合管接頭也能很好地復合在一起。鎳鈦形狀記憶合金復合管接頭的連接由于擴徑后的管接頭2的內(nèi)徑大于兩根待連接管的外徑，這時可順利地將擴好徑的管接頭2套在兩根待連接管I和3的外面。鎳鈦形狀記憶合金復合管接頭加熱緊固最后再通過低溫加熱使管接頭2發(fā)生形狀恢復，管接頭2自動收縮后便可將兩根管子I和3緊密地連接在一起。這樣就完成了鎳鈦形狀記憶合金復合管接頭的連接過程。
權(quán)利要求
1.鎳鈦形狀記憶合金復合管接頭成形方法，其特征是 (1)將兩層鎳鈦形狀記憶管以間隙配合或過盈配合的方式裝配到一起組成一個雙層管，該雙層管的內(nèi)徑do小于兩個待連接管的外徑d2 ； (2)通過擴徑變形使雙層管內(nèi)徑增大到dl，使得兩層鎳鈦形狀記憶管復合成形為一體，且dl大于待連接管的外徑d2 ； (3)將擴好徑的管接頭套在兩根待連接管的外面； (4)通過低溫加熱使管接頭發(fā)生形狀恢復，管接頭自動收縮后將兩根管子連接在一起，完成成形。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供鎳鈦形狀記憶合金復合管接頭成形方法，包括以下步驟將兩層鎳鈦形狀記憶管以間隙配合或過盈配合的方式裝配到一起組成一個雙層管，該雙層管的內(nèi)徑d0小于兩個待連接管的外徑d2；通過擴徑變形使雙層管內(nèi)徑增大到d1，使得兩層鎳鈦形狀記憶管復合成形為一體，且d1大于待連接管的外徑d2；將擴好徑的管接頭套在兩根待連接管的外面；通過低溫加熱使管接頭發(fā)生形狀恢復，管接頭自動收縮后將兩根管子連接在一起，完成成形。本發(fā)明彌補了傳統(tǒng)鎳鈦形狀記憶合金管接頭壁厚過薄或過厚的不足，在保證鎳鈦形狀記憶合金管接頭具有足夠緊固力的同時，又具有足夠的強度，使鎳鈦形狀記憶合金管接頭具有優(yōu)良的連接性能。
文檔編號B21C37/06GK102632101SQ20121012615
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月26日
發(fā)明者唐明, 張艷秋, 江樹勇, 胡勵, 趙立紅 申請人:哈爾濱工程大學