CN105014301A - 包箍件拉杆与压套的变形与预应力连接方法 - Google Patents

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Abstract

一种冷镦塑性领域的包箍件拉杆与压套的塑性连接方法，首先在压套内表面制出锥角，然后低温回火消除残余应力，并对压套进行表面处理后，将拉杆套入压套，采用抱紧模具从径向抱紧压套及压套上方的部分拉杆，再采用感应加热方式对压套进行加热，对拉杆沿轴向施压使其变形，形成与压套贴合的锥面，待压套冷却收缩后，将对拉杆形成径向预紧力，从而完成拉杆与压套的变形与预应力连接。本发明能够显著提高连接处的强度，强化连接承受轴向冲击力的能力，满足所包箍管件发生爆裂意外时的安全需要。

Description

包箍件拉杆与压套的变形与预应力连接方法
技术领域
本发明涉及的是一种塑性连接领域的技术，具体是一种包箍件拉杆与压套的变形与预应力连接方法。
背景技术
在机械制造与工程施工领域，包箍固定是一种常用的设备或管线固定方式。在油气供热等管道的铺设施工中，常采用金属包箍组件对铺设好的管道进行固定。虽然这类管道在设计制造与施工过程中都有相应地工程技术规程参照，一般情况下安全系数较高，但出现意外发生爆裂时，管道碎片可能对周边设施和行人造成危害。采用包箍组件固定方式可有效降低这一危害，这类包箍组件的拉杆通常选用具有良好塑性的材料制造，延伸率大于30％，依靠这一特性能够大量吸收管道爆裂时产生的冲击能量。如图1所示，拉杆通常与固定支座上的压套连接，压套采用中碳合金钢以保证强度，当发生爆裂意外时，拉杆靠近连接位置的部分会受到很大的轴向冲击力。显然，如果拉杆被冲击力拉掉，包箍组件的功能失效，甚至有可能拉掉的拉杆会对周边设施与行人造成二次伤害，故拉杆与压套之间的连接至关重要。
传统的拉杆压套的连接方法有焊接和螺纹连接。对于焊接来说，电焊和氧焊工艺仅能用于相同金属之间的连接，本发明中涉及的连接方式中的拉杆与压套属不同材料，若采用焊接方式宜采用钎焊工艺，成本较高且接头强度难以保证；此外，当焊接工艺的参数不当或是焊接端面不洁净时，将导致焊缝处局部熔合不良，此时一旦施加外力，便可能会在焊缝区形成裂纹、焊穿、或者气孔和夹渣等缺陷，致使连接可靠性降低。对于螺纹连接来说，虽然该方式施工方便快捷，但由于需要在拉杆上预先加工螺纹，杆件的强度有所降低；此外，当意外发生时，承受冲击力的区域仅为螺纹牙结构，承压能力相对较低。
对现有的技术文件进行检索后发现，贺家健在其硕士学位论文“汽车拉索冷挤压连接及钢接头热处理研究”(中南大学，2014年)第3章，第16‐17页给出了一种汽车拉索与钢接头的冷挤压塑性连接方式。该方式通过挤压筒对钢接头冷挤，使接头发生一定的径向缩径变形，从而完成钢接头与钢丝绳拉索的冷塑性连接。该连接工艺在冷挤压压力机上进行，加工方式便捷高效，有效的增大了汽车拉索的拉脱力。但需要指出的是，该工艺方式主要对钢接头进行冷挤变形，钢丝绳拉索并没有发生较大的变形，无硬化效果。同时轴向承压能力主要来源于连接处的螺纹以及因为径向结合所提供的轴向摩擦力，并没有显著增加拉索的强度。
目前，对于可能承受较大轴向冲击力的拉杆压套的塑性连接方法的技术研究，难见相关报道。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种包箍件拉杆与压套的变形与预应力连接方法，综合利用变形强化与预应力强化机理，显著提高连接处的强度，强化连接承受轴向冲击力的能力，满足所包箍管件发生爆裂意外时的安全需要。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明包括以下步骤：
步骤一、加工压套：通过热加工、冷机工或机械加工方式，在压套内表面制出锥角，然后低温回火消除残余应力。
所述的锥角θ为5～7°。
步骤二、表面处理：对压套进行酸洗，再清洗干净为后续连接提供清洁表面。
步骤三、变形与预应力连接：将拉杆套入压套，采用抱紧模具从径向抱紧压套及压套上方的部分拉杆，然后采用感应加热方式对压套进行加热，对拉杆沿轴向施压使其变形，形成与压套贴合的锥面，随后待压套冷却，压套冷缩后将对拉杆形成径向预紧力，从而完成拉杆与压套的变形与预应力连接。
所述的套入压套中，拉杆下端部伸出压套下端面，伸出长度为拉杆直径d的1.8～2.0倍。
所述的抱紧，拉杆抱紧长度控制在压套高度H的0.8倍以上。
所述的加热，将压套加热至250～300℃
所述的轴向正挤压，模具压下量为压套高度H的0.08～0.15倍，挤压完成后的拉杆最大直径D控制在拉杆初始直径d的1.2～1.3倍。
技术效果
本发明冷变形强化，使拉杆的强度增加为原有材料抗拉强度的1.2倍以上，同时在连接处形成预应力，连接强度大幅提高。与焊接、螺纹连接相比，本发明不需要额外的焊材与加工内外螺纹，现场操作方便，在节约成本的同时，可以有效提高连接的可靠性与抗冲击能力。与径向挤压钢接头仅仅通过径向施压增加了连接处的轴向摩擦力相比，本发明有利于提高连接结构的可靠性。
附图说明
图1为包箍组件的拉杆压套轴向受拉的示意图；
图2为拉杆压套变形与预应力连接示意图；
图中：(a)为变形前示意图，(b)为变形后示意图；
图3为变形与预应力装置示意图；
图中：1拉杆、2压套、3挤压杆、4抱紧模具、5感应加热装置。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
本实施例中拉杆1初始直径d＝20mm，压套2外径35mm，拉杆材料AISI302，压套材料42CrMoV。其实施步骤为：
一、加工压套：使用机加工方式，在压套内表面加工锥角θ为6°，低温回火消除残余应力并提高塑性备用。
二、表面处理：对压套进行酸洗，再清洗干净为后续连接提供清洁表面。
三、变形与预应力连接：将拉杆套入压套，拉杆下端部长于压套下端面15mm。采用抱紧模具从径向压套上方的部分拉杆，拉杆抱紧长度20mm。然后将压套加热至300℃，对拉杆沿轴向施压使其变形，形成与压套贴合的锥面，模具压下量5mm，成形后的拉杆直径D控制在比拉杆初始直径大5.2mm，待压套冷却、预紧后，完成拉杆与压套连接。
本实施例得到的拉杆压套连接紧密无间隙，拉杆强度增加为初始强度的1.26倍。
实施例2
本实施例中拉杆1初始直径d＝20mm，压套2外径35mm，拉杆材料AISI304L，压套材料42CrMoV。其实施步骤为：
一、加工压套：使用机加工方式，在压套内表面加工锥角θ为5°，低温回火消除残余应力并提高塑性备用。
二、表面处理：对压套进行酸洗，再清洗干净为后续连接提供清洁表面。
三、变形与预应力连接：将拉杆套入压套，拉杆下端部长于压套下端面15mm。采用抱紧模具从径向抱紧压套上方的部分拉杆，拉杆抱紧长度20mm。然后将压套加热至250℃，对拉杆沿轴向施压使其变形，形成与压套贴合的锥面，模具压下量6mm，成形后的拉杆直径D控制在比拉杆初始直径大4.4mm，待压套冷却、预紧后，完成拉杆与压套连接。
本实施例得到的拉杆压套连接紧密无间隙，拉杆强度增加为初始强度的1.42倍。
实施例3
本实施例中拉杆1的初始直径d＝24mm，压套2外径40mm，拉杆材料AISI304L，压套材料42CrMoV。其实施步骤为：
一、加工压套：使用机加工方式，在压套内表面加工锥角θ为6°，低温回火消除残余应力并提高塑性备用。
二、表面处理：对压套进行酸洗，再清洗干净为后续连接提供清洁表面。
三、变形与预应力连接：将拉杆套入压套，拉杆下端部长于压套下端面18mm。采用抱紧模具从径向抱紧压套上方的部分拉杆，拉杆抱紧长度20mm。然后将压套感应加热至300℃，对拉杆沿轴向施压使其变形，形成与压套贴合的锥面，模具压下量8mm，成形后的拉杆直径D控制在比拉杆初始直径大5.4mm，待压套冷却、预紧后，完成拉杆与压套连接。
本实施例得到的拉杆压套连接紧密无间隙，拉杆强度增加为初始强度的1.55倍。

Claims (9)

1.一种包箍件拉杆与压套的塑性连接方法，其特征在于，首先在压套内表面制出锥角，然后低温回火消除残余应力，并对压套进行表面处理后，将拉杆套入压套，采用抱紧模具从径向抱紧压套及压套上方的部分拉杆，再采用感应加热方式对压套进行加热，最后对拉杆沿轴向施压使其变形，形成与压套贴合的锥面，待压套冷却收缩后，将对拉杆形成径向预紧力，从而完成拉杆与压套的变形与预应力连接。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的锥角，通过热加工、冷机工或机械加工方式实现。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是，所述的锥角θ为5～7°。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的表面处理是指：对压套进行酸洗，再清洗干净为后续连接提供清洁表面。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的套入压套中，拉杆下端部伸出压套下端面，伸出长度为拉杆直径d的1.8～2.0倍。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的抱紧，拉杆抱紧长度控制在压套高度H的0.8倍以上。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的加热，至250～300℃。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的轴向正挤压，模具压下量为压套高度H的0.08～0.15倍。
9.一种根据上述任一权利要求所述方法制备得到的包箍件，其特征在于，包括压套以及变形于其内部的拉杆，其中：挤压完成后的拉杆最大直径D控制在拉杆初始直径d的1.2～1.3倍。
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