专利名称：镍钛形状记忆合金复合管接头成形方法
技术领域：
本发明涉及的是一种管接头成形方法，具体地说是管接头零件精密制造技术领域的管接头成形方法。
背景技术：
镍钛形状记忆合金因为具有良好的形状记忆效应和超弹性而在工程领域得到了广泛的应用。形状记忆合金的形状记忆效应是指在某一低温相下进行塑性变形，再将其加热到某一温度，材料发生相变而能够恢复到塑性变形前的状态。镍钛形状记忆合金在形状记忆效应方面最典型的应用就是形状记忆合金管接头。镍钛形状记忆合金管接头能够实现两个管道的连接，这种连接方式既不同于螺纹机械连接，也不同于焊接。镍钛形状记忆合金管接头在应用时，先将内径尺寸略小于被连接管道外径的管接头在低温相下进行扩径变形，使其内径大于被连接管道的外径，低温状态下将被连接管道和管接头装配到一起，然后再将装配好的镍钛形状记忆管接头整体加热到某一温度，使镍钛形状记忆合金管接头发生相变，其内径尺寸因为形状记忆效应而恢复到变形前的尺寸，但是在形状恢复的过程中由于受到被连接管道的限制而对其产生约束力，从而使两个被连接管道紧密地连接到一起。镍钛形状记忆合金制造的各类管接头具有可靠性高、不易发生渗漏、结构简单、安装方便和节省装配空间等优点，因而在航空、航天和船舶等领域得到了广泛的应用。然而，镍钛形状记忆合金管接头的尺寸设计、成分设计和扩径技术都是镍钛形状记忆合金管接头设计和制造过程中的关键技术。尤其是镍钛形状记忆合金管接头的壁厚尺寸对于管接头的连接性能至关重要，壁厚太薄，管接头的强度不足，紧固力达不到使用要求，壁厚太厚，在管接头扩径过程中，存在梯度形变问题，即内层金属发生很大的变形，而外层金属发生较小的变形，这将会影响镍钛形状记忆合金管接头后续的形状恢复，造成紧固力不足，因此优化镍钛形状记忆合金管接头的壁厚尺寸问题，一直是工程界致力研究的课题。
发明内容
本发明的目的在于提供在保证镍钛形状记忆合金管接头具有足够紧固力的同时，又具有足够的强度，使镍钛形状记忆合金管接头具有优良的连接性能的镍钛形状记忆合金复合管接头成形方法。本发明的目的是这样实现的本发明镍钛形状记忆合金复合管接头成形方法，其特征是(I)将两层镍钛形状记忆管以间隙配合或过盈配合的方式装配到一起组成一个双层管，该双层管的内径do小于两个待连接管的外径d2 ；(2)通过扩径变形使双层管内径增大到dl，使得两层镍钛形状记忆管复合成形为一体，且dl大于待连接管的外径d2 ；(3)将扩好径的管接头套在两根待连接管的外面；(4)通过低温加热使管接头发生形状恢复，管接头自动收缩后将两根管子连接在一起，完成成形。本发明的优势在于I.镍钛形状记忆合金复合管接头可以避免单层厚壁管接头的梯度效应问题和单层薄壁管接头的强度不足问题，在保持其具有良好形状记忆效应的同时，约束力可以由内外层管共同承担，受力分布均匀，保持了较高的强度，提高了使用寿命。2.镍钛形状记忆合金复合管接头的内外层管可以根据实际需要采用不同的成分和不同的相结构，通过不同的变形机制实现对被连接管的紧固连接。 3.镍钛形状记忆合金复合管接头可以通过控制不同的壁厚比、不同成分和不同过盈量控制其在不同径向加载扩径量下的恢复率和约束力，设计较为灵活。4.在采用弹性介质和液体介质对镍钛形状记忆合金复合管接头进行扩径时，可以一次性实现镍钛形状记忆合金复合管接头的复合成形和扩径。
图I为本发明镍钛形状记忆合金复合管接头结构示意图；图2为本发明镍钛形状记忆合金复合管接头设计原理；图3为本发明镍钛形状记忆合金复合管接头的实施流程示意图。
具体实施例方式下面结合附图举例对本发明做更详细地描述结合图I 3，镍钛形状记忆合金复合管接头结构如图I所示，本发明提出的镍钛形状记忆合金复合管接头的成形方法主要是利用镍钛形状记忆合金的形状记忆效应和超弹性，其具体原理如图2所示。镍钛形状记忆合金复合管接头由两层镍钛形状记忆合金管2-1和2-2复合构成，这两层管可以根据实际需要采用不同的成分和不同的相结构，然后利用两层管不同的形变和相变机制实现对被连接管件I和3的连接紧固。先将两层镍钛形状记忆管2-1和2-2以间隙配合或过盈配合的方式装配到一起组成一个双层管2，该双层管2的内径d0要小于两个待连接管I和3的外径d2，以便于其在后面发生形状恢复时不致于完全恢复，使管接头内还残留一定的预应力，这样才能起到一个紧固作用；然后通过扩径变形使镍钛形状记忆合金复合管接头内径增大到dl，该尺寸应大于待连接管I和3的外径d2，这样便可顺利地将镍钛形状记忆合金复合管接头2套在两根被连接管I和3的外面，另外扩径变形还可以使以间隙配合方式装配的镍钛形状记忆合金管2-1和2-2复合成形为一体。当内外层管都采用马氏体的结构时，扩径后的内外两层管都会发生马氏体去孪生或再取向变形。将它与被连接管连接并经低温加热后两层管都会发生逆相变而全部转变成奥氏体结构，这样便会因形状记忆功能而使其内径尺寸都向扩径前的d0恢复。但由于被连接管的外径d2大于d0，使得管接头的尺寸因为受到被连接管件的约束而不能完全恢复，其残余内应力就会作用在两根被连接管的外壁上，从而实现对被连接管的约束连接，达到双重紧固的目的。当采用内层管为马氏体、外层管为奥氏体的复合结构时，扩径后内层管将发生马氏体去孪生或再取向变形，而外层管由于处于奥氏体状态而发生应力诱发马氏体相变的超弹性变形。将它与被连接管连接并经低温加热后内层管因发生逆相变而转变成奥氏体结构，其内径尺寸在形状记忆作用下向扩径前的d0恢复。但由于被连接管的外径d2大于d0，使得管接头的尺寸同样受到被连接管件的约束而不能完全恢复，其残余内应力会作用在被连接管的外壁上，从而实现对两根管的约束连接，而外层管因具有超弹性而随着内层管的收缩而收缩，这样可以对内层管施加弹性应力以防止其受力后发生松驰。本发明的实施分为五个阶段，即镍钛形状记忆合金复合管接头原始管坯的制备、镍钛形状记忆合金复合管接头的复合成形、镍钛形状记忆合金复合管接头的扩径、镍钛形状记忆合金复合管接头的连接和镍 钛形状记忆合金复合管接头加热紧固，如图3所示。镍钛形状记忆合金复合管接头原始管坯的制备通过机械加工方法分别加工出镍钛形状记忆合金复合管接头的内外层原始管坯2-1和2-2，保证内层管的内径尺寸小于两个待连接管的外径。加工过程中要注意内外层原始管坯的表面质量和尺寸精度，保证一定的过盈量，为了便于内层管2-2压入外层管2-1，内层管2-2的两端需加工出少许倒角。镍钛形状记忆合金复合管接头的复合成形管坯加工完成之后，通过机械压力将内层管2-2压入外层管2-1，实现镍钛形状记忆合金复合管接头的复合成形，复合后的管接头2可当做一个整体零件使用。镍钛形状记忆合金复合管接头的扩径采用机械扩径或静力加载扩径的方式对镍钛形状记忆合金复合管接头2进行扩径；使管接头2发生一定程度的形变和相变后内径尺寸达到dl，该尺寸要大于两根待连接管I和3的外径。经过扩径后，会使原来过盈量不够的复合管接头也能很好地复合在一起。镍钛形状记忆合金复合管接头的连接由于扩径后的管接头2的内径大于两根待连接管的外径，这时可顺利地将扩好径的管接头2套在两根待连接管I和3的外面。镍钛形状记忆合金复合管接头加热紧固最后再通过低温加热使管接头2发生形状恢复，管接头2自动收缩后便可将两根管子I和3紧密地连接在一起。这样就完成了镍钛形状记忆合金复合管接头的连接过程。
权利要求
1.镍钛形状记忆合金复合管接头成形方法，其特征是 (1)将两层镍钛形状记忆管以间隙配合或过盈配合的方式装配到一起组成一个双层管，该双层管的内径do小于两个待连接管的外径d2 ； (2)通过扩径变形使双层管内径增大到dl，使得两层镍钛形状记忆管复合成形为一体，且dl大于待连接管的外径d2 ； (3)将扩好径的管接头套在两根待连接管的外面； (4)通过低温加热使管接头发生形状恢复，管接头自动收缩后将两根管子连接在一起，完成成形。
全文摘要
本发明的目的在于提供镍钛形状记忆合金复合管接头成形方法，包括以下步骤将两层镍钛形状记忆管以间隙配合或过盈配合的方式装配到一起组成一个双层管，该双层管的内径d0小于两个待连接管的外径d2；通过扩径变形使双层管内径增大到d1，使得两层镍钛形状记忆管复合成形为一体，且d1大于待连接管的外径d2；将扩好径的管接头套在两根待连接管的外面；通过低温加热使管接头发生形状恢复，管接头自动收缩后将两根管子连接在一起，完成成形。本发明弥补了传统镍钛形状记忆合金管接头壁厚过薄或过厚的不足，在保证镍钛形状记忆合金管接头具有足够紧固力的同时，又具有足够的强度，使镍钛形状记忆合金管接头具有优良的连接性能。
文档编号B21C37/06GK102632101SQ20121012615
公开日2012年8月15日 申请日期2012年4月26日 优先权日2012年4月26日
发明者唐明, 张艳秋, 江树勇, 胡励, 赵立红 申请人:哈尔滨工程大学