本發(fā)明涉及管路連接、觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)連接及記憶合金技術(shù)領(lǐng)域,特別是一種外漲式連接器件及應(yīng)用。
背景技術(shù):
利用記憶合金制作連接或緊固件的基本原理是基于記憶合金構(gòu)件的約束恢復(fù)特性。當(dāng)記憶合金構(gòu)件發(fā)生形狀恢復(fù)時(shí),利用被連接件或被緊固件對(duì)其進(jìn)行位移限制,以至構(gòu)件形狀無(wú)法達(dá)到自由恢復(fù)時(shí)的尺寸,記憶合金連接或緊固件對(duì)被連接件或被緊固件產(chǎn)生一定的連接或緊固力。
常用記憶合金管接頭為簡(jiǎn)單圓柱體,內(nèi)孔加工有凸脊,在到馬氏體狀態(tài),用機(jī)械力對(duì)管接頭擴(kuò)徑,使得管接頭的內(nèi)徑比連接管外徑稍大,隨后加熱,管接頭受熱收縮,抓緊被連接管,實(shí)現(xiàn)管路的緊固連接。記憶合金管接頭連接與傳統(tǒng)管路連接相比,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占用空間小、安裝方便、連接可靠和重量輕等優(yōu)點(diǎn)。但目前管接頭多用于收縮緊固連接,徑向收縮量較低,僅為5~6%,外漲型管路連接的設(shè)計(jì)報(bào)導(dǎo)少。
封隔器作為分層采油的密封保障措施在采油工程中廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的可取式封隔器的封隔件均以橡膠為密封材料,在高溫和高壓作業(yè)下容易老化,影響封隔器的使用壽命;且解封工藝比較復(fù)雜。超彈性TiNi合金可用作封隔器,剛性金屬錐體和TiNi合金封隔件以錐度配合。然而,TiNi合金封隔器的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜。
觸片常用于電流或信號(hào)的傳輸,通常的觸片使用材料的彈性變形獲得接觸壓力,進(jìn)行連接。常用觸片的特性參數(shù),如作用力與位移量關(guān)系,受觸片身開(kāi)口端部處尺寸、片夾內(nèi)包容尺寸公差及動(dòng)觸片、動(dòng)觸點(diǎn)、片夾三零件組合鉚接時(shí)工藝參數(shù)等諸多因素影響,造成特性參數(shù)分散性大、工藝復(fù)雜、零件多,導(dǎo)致生產(chǎn)難度的加大,生產(chǎn)成本增加。
記憶合金觸片有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。記憶合金集感溫與驅(qū)動(dòng)一體,可以有效減小體積;同時(shí)高溫時(shí)由于馬氏體到奧氏體的相變,使得觸片的接觸力隨溫度升高而持續(xù)升高,保證了觸片在作用力與位移量傳輸上的質(zhì)量,提高電流或信號(hào)傳輸?shù)男Ч?/p>
常用NiTi及CuZnAl記憶合金的馬氏體相變起始溫度Ms通常不超過(guò)100℃。NiTi合金添加稀貴金屬第三元素可以有效提高相變溫度,NiTiY(Y=Zr,Hf)記憶合金價(jià)格低廉,特定成分合金的冷熱加工性能較好,形狀記憶效應(yīng)較好,適用溫度范圍為20~400℃。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
針對(duì)目前管路連接與觸片連接中缺乏外漲型連接件,難于滿(mǎn)足外漲緊固連接應(yīng)用,常用設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)復(fù)雜,外漲尺寸變化量較低等問(wèn)題,本發(fā)明提供了一種外漲式連接器件及應(yīng)用,具體技術(shù)方案如下:
一種外漲式連接器件,所述外漲式連接器件為杯狀結(jié)構(gòu),材質(zhì)為記憶合金,具有形狀記憶效應(yīng)或超彈性性能,由依次相連的杯型區(qū)1、過(guò)段2和杯柄3組成。
杯型區(qū)長(zhǎng)度為總體長(zhǎng)度的1%~99%,杯型區(qū)周長(zhǎng)為杯柄周長(zhǎng)的1.02~3倍。杯型區(qū)的橫截面為圓形、橢圓形或異形,其外圓直徑范圍1mm~100mm,內(nèi)圓直徑為0.1mm~99mm,壁厚為外圓直徑的0.5%~49.95%。
優(yōu)選地,還包括杯底4。
杯型區(qū)高溫時(shí)為杯型結(jié)構(gòu),低溫時(shí)為杯型結(jié)構(gòu)或與杯柄形狀相同。
當(dāng)杯型區(qū)結(jié)構(gòu)型式為整體式結(jié)構(gòu)時(shí),杯型區(qū)周長(zhǎng)外漲比例2%~50%,緊固接觸連接強(qiáng)度高,隨溫度升高,連接強(qiáng)度升高。杯型區(qū)結(jié)構(gòu)型式為分片式結(jié)構(gòu)時(shí),杯型區(qū)周長(zhǎng)外漲比例2%~200%,外漲位移大,環(huán)形緊固隨溫度升高,連接強(qiáng)度升高。
所述記憶合金為鈦鎳基合金、銅基合金,動(dòng)作溫度區(qū)間-150℃~400℃。鈦鎳基合金可以是NiTi二元合金、NiTiHf(Zr)等三元合金的一種,銅基合金可以是CuZnAl、CuAlNi等合金的一種。
記憶合金通過(guò)熱處理、熱機(jī)械處理具有雙程或單程形狀記憶效應(yīng)或超彈性,熱處理制度為300~800℃溫度,保溫1min~500min,然后水淬、空冷或爐冷;熱機(jī)械處理制度為0~60%預(yù)冷變形,在300~800℃溫度,保溫1min~500min,水淬、空冷或爐冷。
如上所述的一種外漲式連接器件的應(yīng)用:將記憶合金預(yù)先熱定型或塑性變形成杯型形狀,在低溫馬氏體態(tài)或奧氏體態(tài)下將其直徑縮小,放入需連接的管路、環(huán)形觸片內(nèi),當(dāng)該區(qū)域溫度達(dá)到記憶合金的使用溫度(-150℃~400℃)時(shí),由于杯型結(jié)構(gòu)的記憶性能或超彈性性能,杯型區(qū)周長(zhǎng)產(chǎn)生1.02~3倍的擴(kuò)大,與被接管內(nèi)壁產(chǎn)生壓力接觸,實(shí)現(xiàn)緊固接觸連接,隨溫度升高,接觸力提高,連接強(qiáng)度增加,無(wú)杯底、有杯底不同結(jié)構(gòu)連接器件,可分別實(shí)現(xiàn)管路的連接、隔斷或組合線(xiàn)端位置的線(xiàn)面連接。
本發(fā)明的有益效果為:
1、采用獨(dú)特的杯狀設(shè)計(jì),記憶合金結(jié)構(gòu)周長(zhǎng)外漲比例大,增加了接觸面積,隨溫度升高緊固接觸力增加、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、壽命長(zhǎng)、可靠性高,適用于航空、航天、石油化工領(lǐng)域。
2、本發(fā)明靠?jī)?nèi)外管壁的環(huán)形接觸,實(shí)現(xiàn)緊固接觸連接,從而實(shí)現(xiàn)了管路的連接、隔斷或組合線(xiàn)端位置的線(xiàn)、面互連;使用溫度范圍廣,可廣泛應(yīng)用于-150~400℃的管路連接、組合線(xiàn)端互連與斷開(kāi)。
附圖說(shuō)明
圖1為外漲式連接器件杯型結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2為外漲式連接器件杯型結(jié)構(gòu)橫截面示意圖;(a)為橢圓形截面,(b)為異形截面,(c)為圓形截面;
圖3為圓形截面外漲式連接器件管路連接示意圖,(a)為加熱后形狀,(b)為加熱前形狀;
圖4為圓形截面外漲式連接器件管路封堵示意圖,(a)為加熱后形狀,(b)為加熱前形狀;
圖5為橢圓截面外漲式連接器件管路封堵示意圖,(a)為加熱后形狀主視圖,(b)為加熱前形狀主視圖;(c)為加熱后形狀俯視圖,(d)為加熱前形狀俯視圖;
圖6為外漲式連接器件觸片連接示意圖;(a)為主視圖,(b)為俯視圖;
其中:1—杯型區(qū),2—過(guò)段,3—杯柄,4—杯底,5—被接管,6—靜觸片,7—導(dǎo)線(xiàn)。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例,對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明,但并不因此而限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
實(shí)施例1
本實(shí)施例中的外漲式連接器件為杯狀結(jié)構(gòu),杯型區(qū)的橫截面為圓形,如圖2(c)所示。杯型區(qū)結(jié)構(gòu)型式為分四片式無(wú)杯底雙向連接結(jié)構(gòu),如圖3所示。加熱前杯型區(qū)的外圓直徑為10mm,內(nèi)圓直徑為8mm,材料選用NiTiHf5(Hf含量5at%)合金。杯型區(qū)長(zhǎng)度為總體長(zhǎng)度的20%,加熱后杯型區(qū)周長(zhǎng)為杯柄周長(zhǎng)的1.5倍,大于被接管的內(nèi)徑,靠?jī)?nèi)外管壁的環(huán)形接觸,實(shí)現(xiàn)管路的連接。
預(yù)先將NiTiHf5合金熱定型成杯型形狀,杯型區(qū)外圓直徑為15mm,在低溫馬氏體態(tài)下將杯型區(qū)外圓直徑縮小至10mm,放入需連接的管路內(nèi)。NiTiHf5(Hf含量5at%)合金的馬氏體逆相變結(jié)束溫度為141℃,當(dāng)該區(qū)域溫度超過(guò)141℃時(shí),杯型區(qū)由于記憶效應(yīng)尺寸外漲,加熱后杯型區(qū)的外圓直徑為15mm,內(nèi)圓直徑為13mm,周長(zhǎng)外漲量為50%。杯型區(qū)與被接管實(shí)現(xiàn)緊固接觸連接,并隨溫度升高,接觸力提高,連接強(qiáng)度增加,實(shí)現(xiàn)管路連接。
實(shí)施例2
本實(shí)施例中的外漲式連接器件為杯狀結(jié)構(gòu),杯型區(qū)的橫截面為圓形,如圖2(c)所示。杯型區(qū)結(jié)構(gòu)型式為分四片式有杯底結(jié)構(gòu),如圖4所示。加熱前杯型區(qū)的外圓直徑為20mm,內(nèi)圓直徑為19mm,材料選用NiTi記憶合金。加熱后杯型區(qū)周長(zhǎng)為杯柄周長(zhǎng)的1.2倍,靠?jī)?nèi)外管壁的環(huán)形接觸,實(shí)現(xiàn)管路的封堵。
預(yù)先將NiTi合金熱定型成杯型形狀,杯型區(qū)外圓直徑為24mm,在低溫馬氏體態(tài)下將杯型區(qū)外圓直徑縮小至20mm,放入需連接的管路內(nèi)。NiTi合金的馬氏體逆相變結(jié)束溫度為90℃,當(dāng)該區(qū)域溫度超過(guò)90℃時(shí),杯型區(qū)由于記憶效應(yīng)尺寸外漲,加熱后杯型區(qū)的外圓直徑為24mm,內(nèi)圓直徑為23mm,周長(zhǎng)外漲量為20%。杯型區(qū)與被接管實(shí)現(xiàn)緊固接觸連接,并隨溫度升高,接觸力提高,連接強(qiáng)度增加,實(shí)現(xiàn)管路封堵。
實(shí)施例3
本實(shí)施例中的外漲式連接器件為杯狀結(jié)構(gòu),杯型區(qū)的橫截面為橢圓形,如圖2(a)所示。杯型區(qū)結(jié)構(gòu)型式為整體式有杯底結(jié)構(gòu),如圖5所示。加熱前杯型區(qū)的橢圓長(zhǎng)軸為7mm,短軸為5mm,壁厚為1mm,材料選用CuZnAl記憶合金。自由加熱后,杯型區(qū)的橢圓長(zhǎng)軸為8.8mm,短軸為6.8mm,杯型區(qū)周長(zhǎng)為杯柄周長(zhǎng)的1.27倍,周長(zhǎng)外漲量為27%,裝配時(shí),靠?jī)?nèi)外管壁的環(huán)形接觸,實(shí)現(xiàn)管路的封堵。
預(yù)先將CuZnAl合金熱定型成杯型形狀,杯型區(qū)的橢圓長(zhǎng)軸為8.8mm,短軸為6.8mm,裝配使用時(shí),在低溫馬氏體態(tài)下將杯型區(qū)橢圓長(zhǎng)軸縮短為7mm,短軸縮短為5mm,放入需連接的內(nèi)圓長(zhǎng)軸為8.5mm、短軸為6.5mm的管路內(nèi)。CuZnAl記憶合金的馬氏體逆相變結(jié)束溫度為70℃,當(dāng)該區(qū)域溫度超過(guò)70℃時(shí),杯型區(qū)由于記憶效應(yīng)尺寸外漲,加熱后杯型區(qū)的外圓面會(huì)恢復(fù)到熱定型形狀,但受到被連接橢圓管的約束,杯型區(qū)與被接管實(shí)現(xiàn)緊固接觸連接,并隨溫度升高,接觸力提高,連接強(qiáng)度增加,實(shí)現(xiàn)異形管路封堵。
實(shí)施例4
本實(shí)施例中的外漲式連接器件為杯狀結(jié)構(gòu),杯型區(qū)的橫截面為圓形,如圖2(c)所示。杯型區(qū)結(jié)構(gòu)型式為分四片式有杯底結(jié)構(gòu),如圖6所示。加熱前杯型區(qū)的外圓直徑為5mm,內(nèi)圓直徑為4.6mm,材料選用CuZnAl記憶合金。加熱后,杯型區(qū)周長(zhǎng)為杯柄周長(zhǎng)的2倍,靠?jī)?nèi)外管壁的環(huán)形接觸,實(shí)現(xiàn)管路的封堵。
預(yù)先將CuZnAl合金熱定型成杯型形狀,杯型區(qū)外圓直徑為10mm,將杯型區(qū)直徑縮小至5mm,約束其形狀,然后在冷水與沸水中反復(fù)冷卻、加熱,熱循環(huán)訓(xùn)練30次以上,獲得雙程記憶效應(yīng)。裝配使用時(shí),在低溫馬氏體態(tài)下將杯型區(qū)外圓直徑縮小至5mm,放入需連接的管路內(nèi)。CuZnAl記憶合金的馬氏體逆相變結(jié)束溫度為80℃,當(dāng)該區(qū)域溫度超過(guò)80℃時(shí),杯型區(qū)由于記憶效應(yīng)尺寸外漲,自由加熱后杯型區(qū)的外圓直徑為10mm,內(nèi)圓直徑為9.6mm,周長(zhǎng)外漲量為100%。杯型區(qū)的四個(gè)觸片與靜觸片實(shí)現(xiàn)緊固接觸連接,通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)連接電路,完成電流信號(hào)傳輸,并隨溫度升高,接觸力提高,連接強(qiáng)度增加,實(shí)現(xiàn)觸點(diǎn)連接;CuZnAl合金外漲式觸片具有雙向記憶性能,當(dāng)溫度降低到50℃以下時(shí),杯型區(qū)直徑自動(dòng)縮小到5mm,斷開(kāi)電路,實(shí)現(xiàn)高低溫雙向控制,使用壽命超過(guò)一千次。
以上所述,僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式,但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此,任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi),可輕易想到的變化或替換,都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此,本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。