CN106439293B - 一种外涨式连接器件及应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及管路连接、触点开关连接及记忆合金技术领域，特别是一种外涨式连接器件及应用。所述外涨式连接器件为杯状结构，材质为记忆合金，由依次相连的杯型区、过段和杯柄组成。所述杯型区的横截面为圆形、椭圆形或异形。杯型区结构型式为整体式结构或分片式结构。本发明采用独特的杯状设计，记忆合金结构周长外涨比例大，增加了接触面积，随温度升高紧固接触力增加、结构简单紧凑、寿命长、可靠性高，适用于航空、航天、石油化工领域。

Description

一种外涨式连接器件及应用

技术领域

本发明涉及管路连接、触点开关连接及记忆合金技术领域，特别是一种外涨式连接器件及应用。

背景技术

利用记忆合金制作连接或紧固件的基本原理是基于记忆合金构件的约束恢复特性。当记忆合金构件发生形状恢复时，利用被连接件或被紧固件对其进行位移限制，以至构件形状无法达到自由恢复时的尺寸，记忆合金连接或紧固件对被连接件或被紧固件产生一定的连接或紧固力。

常用记忆合金管接头为简单圆柱体，内孔加工有凸脊，在到马氏体状态，用机械力对管接头扩径，使得管接头的内径比连接管外径稍大，随后加热，管接头受热收缩，抓紧被连接管，实现管路的紧固连接。记忆合金管接头连接与传统管路连接相比，具有结构简单、占用空间小、安装方便、连接可靠和重量轻等优点。但目前管接头多用于收缩紧固连接，径向收缩量较低，仅为5～6％，外涨型管路连接的设计报导少。

封隔器作为分层采油的密封保障措施在采油工程中广泛应用。传统的可取式封隔器的封隔件均以橡胶为密封材料，在高温和高压作业下容易老化，影响封隔器的使用寿命；且解封工艺比较复杂。超弹性TiNi合金可用作封隔器，刚性金属锥体和TiNi合金封隔件以锥度配合。然而，TiNi合金封隔器的设计较为复杂。

触片常用于电流或信号的传输，通常的触片使用材料的弹性变形获得接触压力，进行连接。常用触片的特性参数，如作用力与位移量关系，受触片身开口端部处尺寸、片夹内包容尺寸公差及动触片、动触点、片夹三零件组合铆接时工艺参数等诸多因素影响，造成特性参数分散性大、工艺复杂、零件多，导致生产难度的加大，生产成本增加。

记忆合金触片有其独特的优势。记忆合金集感温与驱动一体，可以有效减小体积；同时高温时由于马氏体到奥氏体的相变，使得触片的接触力随温度升高而持续升高，保证了触片在作用力与位移量传输上的质量，提高电流或信号传输的效果。

常用NiTi及CuZnAl记忆合金的马氏体相变起始温度Ms通常不超过100℃。NiTi合金添加稀贵金属第三元素可以有效提高相变温度，NiTiY(Y＝Zr，Hf)记忆合金价格低廉，特定成分合金的冷热加工性能较好，形状记忆效应较好，适用温度范围为20～400℃。

发明内容

针对目前管路连接与触片连接中缺乏外涨型连接件，难于满足外涨紧固连接应用，常用设计机构复杂，外涨尺寸变化量较低等问题，本发明提供了一种外涨式连接器件及应用，具体技术方案如下：

一种外涨式连接器件，所述外涨式连接器件为杯状结构，材质为记忆合金，具有形状记忆效应或超弹性性能，由依次相连的杯型区1、过段2和杯柄3组成。

杯型区长度为总体长度的1％～99％，杯型区周长为杯柄周长的1.02～3倍。杯型区的横截面为圆形、椭圆形或异形，其外圆直径范围1mm～100mm，内圆直径为0.1mm～99mm，壁厚为外圆直径的0.5％～49.95％。

优选地，还包括杯底4。

杯型区高温时为杯型结构，低温时为杯型结构或与杯柄形状相同。

当杯型区结构型式为整体式结构时，杯型区周长外涨比例2％～50％，紧固接触连接强度高，随温度升高，连接强度升高。杯型区结构型式为分片式结构时，杯型区周长外涨比例2％～200％，外涨位移大，环形紧固随温度升高，连接强度升高。

所述记忆合金为钛镍基合金、铜基合金，动作温度区间-150℃～400℃。钛镍基合金可以是NiTi二元合金、NiTiHf(Zr)等三元合金的一种，铜基合金可以是CuZnAl、CuAlNi等合金的一种。

记忆合金通过热处理、热机械处理具有双程或单程形状记忆效应或超弹性，热处理制度为300～800℃温度，保温1min～500min，然后水淬、空冷或炉冷；热机械处理制度为0～60％预冷变形，在300～800℃温度，保温1min～500min，水淬、空冷或炉冷。

如上所述的一种外涨式连接器件的应用：将记忆合金预先热定型或塑性变形成杯型形状，在低温马氏体态或奥氏体态下将其直径缩小，放入需连接的管路、环形触片内，当该区域温度达到记忆合金的使用温度(-150℃～400℃)时，由于杯型结构的记忆性能或超弹性性能，杯型区周长产生1.02～3倍的扩大，与被接管内壁产生压力接触，实现紧固接触连接，随温度升高，接触力提高，连接强度增加，无杯底、有杯底不同结构连接器件，可分别实现管路的连接、隔断或组合线端位置的线面连接。

本发明的有益效果为：

1、采用独特的杯状设计，记忆合金结构周长外涨比例大，增加了接触面积，随温度升高紧固接触力增加、结构简单紧凑、寿命长、可靠性高，适用于航空、航天、石油化工领域。

2、本发明靠内外管壁的环形接触，实现紧固接触连接，从而实现了管路的连接、隔断或组合线端位置的线、面互连；使用温度范围广，可广泛应用于-150～400℃的管路连接、组合线端互连与断开。

附图说明

图1为外涨式连接器件杯型结构示意图；

图2为外涨式连接器件杯型结构横截面示意图；(a)为椭圆形截面，(b)为异形截面，(c)为圆形截面；

图3为圆形截面外涨式连接器件管路连接示意图，(a)为加热后形状，(b)为加热前形状；

图4为圆形截面外涨式连接器件管路封堵示意图，(a)为加热后形状，(b)为加热前形状；

图5为椭圆截面外涨式连接器件管路封堵示意图，(a)为加热后形状主视图，(b)为加热前形状主视图；(c)为加热后形状俯视图，(d)为加热前形状俯视图；

图6为外涨式连接器件触片连接示意图；(a)为主视图，(b)为俯视图；

其中：1—杯型区，2—过段，3—杯柄，4—杯底，5—被接管，6—静触片，7—导线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明作详细说明，但并不因此而限制本发明的保护范围。

实施例1

本实施例中的外涨式连接器件为杯状结构，杯型区的横截面为圆形，如图2(c)所示。杯型区结构型式为分四片式无杯底双向连接结构，如图3所示。加热前杯型区的外圆直径为10mm，内圆直径为8mm，材料选用NiTiHf5(Hf含量5at％)合金。杯型区长度为总体长度的20％，加热后杯型区周长为杯柄周长的1.5倍，大于被接管的内径，靠内外管壁的环形接触，实现管路的连接。

预先将NiTiHf5合金热定型成杯型形状，杯型区外圆直径为15mm，在低温马氏体态下将杯型区外圆直径缩小至10mm，放入需连接的管路内。NiTiHf5(Hf含量5at％)合金的马氏体逆相变结束温度为141℃，当该区域温度超过141℃时，杯型区由于记忆效应尺寸外涨，加热后杯型区的外圆直径为15mm，内圆直径为13mm，周长外涨量为50％。杯型区与被接管实现紧固接触连接，并随温度升高，接触力提高，连接强度增加，实现管路连接。

实施例2

本实施例中的外涨式连接器件为杯状结构，杯型区的横截面为圆形，如图2(c)所示。杯型区结构型式为分四片式有杯底结构，如图4所示。加热前杯型区的外圆直径为20mm，内圆直径为19mm，材料选用NiTi记忆合金。加热后杯型区周长为杯柄周长的1.2倍，靠内外管壁的环形接触，实现管路的封堵。

预先将NiTi合金热定型成杯型形状，杯型区外圆直径为24mm，在低温马氏体态下将杯型区外圆直径缩小至20mm，放入需连接的管路内。NiTi合金的马氏体逆相变结束温度为90℃，当该区域温度超过90℃时，杯型区由于记忆效应尺寸外涨，加热后杯型区的外圆直径为24mm，内圆直径为23mm，周长外涨量为20％。杯型区与被接管实现紧固接触连接，并随温度升高，接触力提高，连接强度增加，实现管路封堵。

实施例3

本实施例中的外涨式连接器件为杯状结构，杯型区的横截面为椭圆形，如图2(a)所示。杯型区结构型式为整体式有杯底结构，如图5所示。加热前杯型区的椭圆长轴为7mm，短轴为5mm，壁厚为1mm，材料选用CuZnAl记忆合金。自由加热后，杯型区的椭圆长轴为8.8mm，短轴为6.8mm，杯型区周长为杯柄周长的1.27倍，周长外涨量为27％，装配时，靠内外管壁的环形接触，实现管路的封堵。

预先将CuZnAl合金热定型成杯型形状，杯型区的椭圆长轴为8.8mm，短轴为6.8mm，装配使用时，在低温马氏体态下将杯型区椭圆长轴缩短为7mm，短轴缩短为5mm，放入需连接的内圆长轴为8.5mm、短轴为6.5mm的管路内。CuZnAl记忆合金的马氏体逆相变结束温度为70℃，当该区域温度超过70℃时，杯型区由于记忆效应尺寸外涨，加热后杯型区的外圆面会恢复到热定型形状，但受到被连接椭圆管的约束，杯型区与被接管实现紧固接触连接，并随温度升高，接触力提高，连接强度增加，实现异形管路封堵。

实施例4

本实施例中的外涨式连接器件为杯状结构，杯型区的横截面为圆形，如图2(c)所示。杯型区结构型式为分四片式有杯底结构，如图6所示。加热前杯型区的外圆直径为5mm，内圆直径为4.6mm，材料选用CuZnAl记忆合金。加热后，杯型区周长为杯柄周长的2倍，靠内外管壁的环形接触，实现管路的封堵。

预先将CuZnAl合金热定型成杯型形状，杯型区外圆直径为10mm，将杯型区直径缩小至5mm，约束其形状，然后在冷水与沸水中反复冷却、加热，热循环训练30次以上，获得双程记忆效应。装配使用时，在低温马氏体态下将杯型区外圆直径缩小至5mm，放入需连接的管路内。CuZnAl记忆合金的马氏体逆相变结束温度为80℃，当该区域温度超过80℃时，杯型区由于记忆效应尺寸外涨，自由加热后杯型区的外圆直径为10mm，内圆直径为9.6mm，周长外涨量为100％。杯型区的四个触片与静触片实现紧固接触连接，通过导线连接电路，完成电流信号传输，并随温度升高，接触力提高，连接强度增加，实现触点连接；CuZnAl合金外涨式触片具有双向记忆性能，当温度降低到50℃以下时，杯型区直径自动缩小到5mm，断开电路，实现高低温双向控制，使用寿命超过一千次。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种外涨式连接器件，其特征在于，所述外涨式连接器件为杯状结构，材质为记忆合金，由依次相连的杯型区(1)、过段(2)和杯柄(3)组成，杯型区的横截面为圆形、椭圆形或异形，杯型区结构型式为整体式结构或分片式结构；杯型区外圆直径范围1mm～100mm，内圆直径为0.1mm～99mm，壁厚为外圆直径的0.5％～49.95％；使用时，杯型区周长扩大为杯柄周长的1.02～3倍；

所述记忆合金为NiTi、NiTiHf、NiTiZr、CuZnAl、CuAlNi中的一种，记忆合金通过热处理、热机械处理具有双程或单程形状记忆效应或超弹性，热处理制度为300～800℃温度，保温1min～500min，然后水淬、空冷或炉冷；热机械处理制度为0～60％预冷变形，在300～800℃温度，保温1min～500min，水淬、空冷或炉冷；

所述杯型区结构型式为整体式结构，杯型区周长外涨比例2％～50％；所述杯型区结构型式为分片式结构，杯型区周长外涨比例2％～200％。

2.根据权利要求1所述的一种外涨式连接器件，其特征在于，杯型区长度为总体长度的1％～99％，杯型区周长为杯柄周长的1.02～3倍。

3.根据权利要求1所述的一种外涨式连接器件，其特征在于，还包括杯底(4)。

4.根据权利要求1所述的一种外涨式连接器件，其特征在于，所述记忆合金为钛镍基合金或铜基合金，动作温度区间-150℃～400℃。

5.根据权利要求1所述的一种外涨式连接器件，其特征在于，杯型区高温时为杯型结构，低温时为杯型结构或与杯柄形状相同。

6.权利要求1-5任一项所述的一种外涨式连接器件的应用，其特征在于，将记忆合金预先热定型或塑性变形成杯型形状，在低温马氏体态或奥氏体态下将其直径缩小，放入需连接的管路、环形触片内，当该区域温度达到记忆合金的使用温度时，由于杯型结构的记忆性能或超弹性性能，杯型区周长扩大为杯柄周长的1.02～3倍，实现紧固接触连接，随温度升高，接触力提高，连接强度增加，实现管路、触点的连接。