包箍件拉桿與壓套的變形與預應力連接方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及的是一種塑性連接領域的技術，具體是一種包箍件拉桿與壓套的變形與預應力連接方法。
【背景技術】
[0002]在機械制造與工程施工領域，包箍固定是一種常用的設備或管線固定方式。在油氣供熱等管道的鋪設施工中，常采用金屬包箍組件對鋪設好的管道進行固定。雖然這類管道在設計制造與施工過程中都有相應地工程技術規程參照，一般情況下安全系數較高，但出現意外發生爆裂時，管道碎片可能對周邊設施和行人造成危害。采用包箍組件固定方式可有效降低這一危害，這類包箍組件的拉桿通常選用具有良好塑性的材料制造，延伸率大于30%，依靠這一特性能夠大量吸收管道爆裂時產生的沖擊能量。如圖1所示，拉桿通常與固定支座上的壓套連接，壓套采用中碳合金鋼以保證強度，當發生爆裂意外時，拉桿靠近連接位置的部分會受到很大的軸向沖擊力。顯然，如果拉桿被沖擊力拉掉，包箍組件的功能失效，甚至有可能拉掉的拉桿會對周邊設施與行人造成二次傷害，故拉桿與壓套之間的連接至關重要。
[0003]傳統的拉桿壓套的連接方法有焊接和螺紋連接。對于焊接來說，電焊和氧焊工藝僅能用于相同金屬之間的連接，本發明中涉及的連接方式中的拉桿與壓套屬不同材料，若采用焊接方式宜采用釬焊工藝，成本較高且接頭強度難以保證；此外，當焊接工藝的參數不當或是焊接端面不潔凈時，將導致焊縫處局部熔合不良，此時一旦施加外力，便可能會在焊縫區形成裂紋、焊穿、或者氣孔和夾渣等缺陷，致使連接可靠性降低。對于螺紋連接來說，雖然該方式施工方便快捷，但由于需要在拉桿上預先加工螺紋，桿件的強度有所降低；此外，當意外發生時，承受沖擊力的區域僅為螺紋牙結構，承壓能力相對較低。
[0004]對現有的技術文件進行檢索后發現，賀家健在其碩士學位論文“汽車拉索冷擠壓連接及鋼接頭熱處理研究”(中南大學，2014年)第3章，第16 -17頁給出了一種汽車拉索與鋼接頭的冷擠壓塑性連接方式。該方式通過擠壓筒對鋼接頭冷擠，使接頭發生一定的徑向縮徑變形，從而完成鋼接頭與鋼絲繩拉索的冷塑性連接。該連接工藝在冷擠壓壓力機上進行，加工方式便捷高效，有效的增大了汽車拉索的拉脫力。但需要指出的是，該工藝方式主要對鋼接頭進行冷擠變形，鋼絲繩拉索并沒有發生較大的變形，無硬化效果。同時軸向承壓能力主要來源于連接處的螺紋以及因為徑向結合所提供的軸向摩擦力，并沒有顯著增加拉索的強度。
[0005]目前，對于可能承受較大軸向沖擊力的拉桿壓套的塑性連接方法的技術研究，難見相關報道。
【發明內容】
[0006]本發明針對現有技術存在的上述不足，提出一種包箍件拉桿與壓套的變形與預應力連接方法，綜合利用變形強化與預應力強化機理，顯著提高連接處的強度，強化連接承受軸向沖擊力的能力，滿足所包箍管件發生爆裂意外時的安全需要。
[0007]本發明是通過以下技術方案實現的:
[0008]本發明包括以下步驟:
[0009]步驟一、加工壓套:通過熱加工、冷機工或機械加工方式，在壓套內表面制出錐角，然后低溫回火消除殘余應力。
[0010]所述的錐角Θ為5?7°。
[0011]步驟二、表面處理:對壓套進行酸洗，再清洗干凈為后續連接提供清潔表面。
[0012]步驟三、變形與預應力連接:將拉桿套入壓套，采用抱緊模具從徑向抱緊壓套及壓套上方的部分拉桿，然后采用感應加熱方式對壓套進行加熱，對拉桿沿軸向施壓使其變形，形成與壓套貼合的錐面，隨后待壓套冷卻，壓套冷縮后將對拉桿形成徑向預緊力，從而完成拉桿與壓套的變形與預應力連接。
[0013]所述的套入壓套中，拉桿下端部伸出壓套下端面，伸出長度為拉桿直徑d的1.8?2.0 倍。
[0014]所述的抱緊，拉桿抱緊長度控制在壓套高度H的0.8倍以上。
[0015]所述的加熱，將壓套加熱至250?300°C
[0016]所述的軸向正擠壓，模具壓下量為壓套高度H的0.08?0.15倍，擠壓完成后的拉桿最大直徑D控制在拉桿初始直徑d的1.2?1.3倍。
技術效果
[0017]本發明冷變形強化，使拉桿的強度增加為原有材料抗拉強度的1.2倍以上，同時在連接處形成預應力，連接強度大幅提高。與焊接、螺紋連接相比，本發明不需要額外的焊材與加工內外螺紋，現場操作方便，在節約成本的同時，可以有效提高連接的可靠性與抗沖擊能力。與徑向擠壓鋼接頭僅僅通過徑向施壓增加了連接處的軸向摩擦力相比，本發明有利于提高連接結構的可靠性。
【附圖說明】
[0018]圖1為包箍組件的拉桿壓套軸向受拉的示意圖；
[0019]圖2為拉桿壓套變形與預應力連接示意圖；
[0020]圖中:(a)為變形如不意圖，(b)為變形后不意圖；
[0021 ] 圖3為變形與預應力裝置示意圖；
[0022]圖中:1拉桿、2壓套、3擠壓桿、4抱緊模具、5感應加熱裝置。
【具體實施方式】
[0023]下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。
實施例1
[0024]本實施例中拉桿I初始直徑d = 20mm,壓套2外徑35mm，拉桿材料AISI302，壓套材料42CrMoV。其實施步驟為:
[0025]—、加工壓套:使用機加工方式，在壓套內表面加工錐角Θ為6°，低溫回火消除殘余應力并提高塑性備用。
[0026]二、表面處理:對壓套進行酸洗，再清洗干凈為后續連接提供清潔表面。
[0027]三、變形與預應力連接:將拉桿套入壓套，拉桿下端部長于壓套下端面15_。采用抱緊模具從徑向壓套上方的部分拉桿，拉桿抱緊長度20mm。然后將壓套加熱至300°C，對拉桿沿軸向施壓使其變形，形成與壓套貼合的錐面，模具壓下量5mm，成形后的拉桿直徑D控制在比拉桿初始直徑大5.2mm，待壓套冷卻、預緊后，完成拉桿與壓套連接。
[0028]本實施例得到的拉桿壓套連接緊密無間隙，拉桿強度增加為初始強度的1.26倍。 實施例2
[0029]本實施例中拉桿I初始直徑d = 20mm,壓套2外徑35mm，拉桿材料AISI304L，壓套材料42CrMoV。其實施步驟為:
[0030]—、加工壓套:使用機加工方式，在壓套內表面加工錐角Θ為5。，低溫回火消除殘余應力并提高塑性備用。
[0031]二、表面處理:對壓套進行酸洗，再清洗干凈為后續連接提供清潔表面。
[0032]三、變形與預應力連接:將拉桿套入壓套，拉桿下端部長于壓套下端面15mm。采用抱緊模具從徑向抱緊壓套上方的部分拉桿，拉桿抱緊長度20mm。然后將壓套加熱至250°C，對拉桿沿軸向施壓使其變形，形成與壓套貼合的錐面，模具壓下量6mm，成形后的拉桿直徑D控制在比拉桿初始直徑大4.4mm，待壓套冷卻、預緊后，完成拉桿與壓套連接。
[0033]本實施例得到的拉桿壓套連接緊密無間隙，拉桿強度增加為初始強度的1.42倍。 實施例3
[0034]本實施例中拉桿I的初始直徑d = 24mm，壓套2外徑40mm，拉桿材料AISI304L，壓套材料42CrMoV。其實施步驟為:
[0035]—、加工壓套:使用機加工方式，在壓套內表面加工錐角Θ為6°，低溫回火消除殘余應力并提高塑性備用。
[0036]二、表面處理:對壓套進行酸洗，再清洗干凈為后續連接提供清潔表面。
[0037]三、變形與預應力連接:將拉桿套入壓套，拉桿下端部長于壓套下端面18mm。采用抱緊模具從徑向抱緊壓套上方的部分拉桿，拉桿抱緊長度20mm。然后將壓套感應加熱至300°C，對拉桿沿軸向施壓使其變形，形成與壓套貼合的錐面，模具壓下量8_，成形后的拉桿直徑D控制在比拉桿初始直徑大5.4mm，待壓套冷卻、預緊后，完成拉桿與壓套連接。
[0038]本實施例得到的拉桿壓套連接緊密無間隙，拉桿強度增加為初始強度的1.55倍。
【主權項】
1.一種包箍件拉桿與壓套的塑性連接方法，其特征在于，首先在壓套內表面制出錐角，然后低溫回火消除殘余應力，并對壓套進行表面處理后，將拉桿套入壓套，采用抱緊模具從徑向抱緊壓套及壓套上方的部分拉桿，再采用感應加熱方式對壓套進行加熱，最后對拉桿沿軸向施壓使其變形，形成與壓套貼合的錐面，待壓套冷卻收縮后，將對拉桿形成徑向預緊力，從而完成拉桿與壓套的變形與預應力連接。2.根據權利要求1所述的方法，其特征是，所述的錐角，通過熱加工、冷機工或機械加工方式實現。3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征是，所述的錐角Θ為5?7°。4.根據權利要求1所述的方法，其特征是，所述的表面處理是指:對壓套進行酸洗，再清洗干凈為后續連接提供清潔表面。5.根據權利要求1所述的方法，其特征是，所述的套入壓套中，拉桿下端部伸出壓套下端面，伸出長度為拉桿直徑d的1.8?2.0倍。6.根據權利要求1所述的方法，其特征是，所述的抱緊，拉桿抱緊長度控制在壓套高度H的0.8倍以上。7.根據權利要求1所述的方法，其特征是，所述的加熱，至250?300°C。8.根據權利要求1所述的方法，其特征是，所述的軸向正擠壓，模具壓下量為壓套高度H 的 0.08 ?0.15 倍。9.一種根據上述任一權利要求所述方法制備得到的包箍件，其特征在于，包括壓套以及變形于其內部的拉桿，其中:擠壓完成后的拉桿最大直徑D控制在拉桿初始直徑d的.1.2 ?1.3 倍。
【專利摘要】一種冷鐓塑性領域的包箍件拉桿與壓套的塑性連接方法，首先在壓套內表面制出錐角，然后低溫回火消除殘余應力，并對壓套進行表面處理后，將拉桿套入壓套，采用抱緊模具從徑向抱緊壓套及壓套上方的部分拉桿，再采用感應加熱方式對壓套進行加熱，對拉桿沿軸向施壓使其變形，形成與壓套貼合的錐面，待壓套冷卻收縮后，將對拉桿形成徑向預緊力，從而完成拉桿與壓套的變形與預應力連接。本發明能夠顯著提高連接處的強度，強化連接承受軸向沖擊力的能力，滿足所包箍管件發生爆裂意外時的安全需要。
【IPC分類】B23P11/00, B23P11/02
【公開號】CN105014301
【申請號】CN201510304284
【發明人】胡成亮, 曾凡, 趙震
【申請人】上海交通大學
【公開日】2015年11月4日
【申請日】2015年6月4日