專利名稱：鎳鈦形狀記憶合金復合管接頭成形方法
技術領域：
本發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領域的管接頭成形方法。
背景技術：
鎳鈦形狀記憶合金因為具有良好的形狀記憶效應和超彈性而在工程領域得到了廣泛的應用。形狀記憶合金的形狀記憶效應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，材料發生相變而能夠恢復到塑性變形前的狀態。鎳鈦形狀記憶合金在形狀記憶效應方面最典型的應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實現兩個管道的連接，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用時，先將內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，使其內徑大于被連接管道的外徑，低溫狀態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生相變，其內徑尺寸因為形狀記憶效應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、不易發生滲漏、結構簡單、安裝方便和節省裝配空間等優點，因而在航空、航天和船舶等領域得到了廣泛的應用。然而，鎳鈦形狀記憶合金管接頭的尺寸設計、成分設計和擴徑技術都是鎳鈦形狀記憶合金管接頭設計和制造過程中的關鍵技術。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，即內層金屬發生很大的變形，而外層金屬發生較小的變形，這將會影響鎳鈦形狀記憶合金管接頭后續的形狀恢復，造成緊固力不足，因此優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。
發明內容
本發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。本發明的目的是這樣實現的本發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。本發明的優勢在于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的同時，約束力可以由內外層管共同承擔，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外層管可以根據實際需要采用不同的成分和不同的相結構，通過不同的變形機制實現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，設計較為靈活。4.在采用彈性介質和液體介質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為本發明鎳鈦形狀記憶合金復合管接頭結構示意圖；圖2為本發明鎳鈦形狀記憶合金復合管接頭設計原理；圖3為本發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合附圖舉例對本發明做更詳細地描述結合圖I 3，鎳鈦形狀記憶合金復合管接頭結構如圖I所示，本發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復合構成，這兩層管可以根據實際需要采用不同的成分和不同的相結構，然后利用兩層管不同的形變和相變機制實現對被連接管件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，以便于其在后面發生形狀恢復時不致于完全恢復，使管接頭內還殘留一定的預應力，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徑增大到dl，該尺寸應大于待連接管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。當內外層管都采用馬氏體的結構時，擴徑后的內外兩層管都會發生馬氏體去孿生或再取向變形。將它與被連接管連接并經低溫加熱后兩層管都會發生逆相變而全部轉變成奧氏體結構，這樣便會因形狀記憶功能而使其內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，其殘余內應力就會作用在兩根被連接管的外壁上，從而實現對被連接管的約束連接，達到雙重緊固的目的。當采用內層管為馬氏體、外層管為奧氏體的復合結構時，擴徑后內層管將發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而發生應力誘發馬氏體相變的超彈性變形。將它與被連接管連接并經低溫加熱后內層管因發生逆相變而轉變成奧氏體結構，其內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，其殘余內應力會作用在被連接管的外壁上，從而實現對兩根管的約束連接，而外層管因具有超彈性而隨著內層管的收縮而收縮，這樣可以對內層管施加彈性應力以防止其受力后發生松馳。本發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外層原始管坯2-1和2-2，保證內層管的內徑尺寸小于兩個待連接管的外徑。加工過程中要注意內外層原始管坯的表面質量和尺寸精度，保證一定的過盈量，為了便于內層管2-2壓入外層管2-1，內層管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，通過機械壓力將內層管2-2壓入外層管2-1，實現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發生一定程度的形變和相變后內徑尺寸達到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。本發明彌補了傳統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 優先權日2012年4月26日
發明者唐明, 張艷秋, 江樹勇, 胡勵, 趙立紅 申請人:哈爾濱工程大學