CN115853866A - 一种内侧连接部件凹槽及磁脉冲连接成形结构及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种内侧连接部件凹槽及磁脉冲连接成形结构及方法，包括外管和同轴设置在外管内部的内侧连接部件，所述内侧连接部件的外表面具有凹槽，外管上正对凹槽部位在磁脉冲的作用下嵌入凹槽与内侧连接部件形成机械锁扣结构，外管上正对凹槽以外的部位在磁脉冲的作用下与内侧连接部件形成冶金结合结构。本发明在内侧连接部件表面引入凹槽结构，以便磁脉冲连接时连接部件之间在凹槽区域形成机械锁扣结构，而在凹槽以外的其他连接区域形成冶金结合，从而提升金属管件及其他金属部件连接接头处的力学性能、密封性和抗腐蚀性。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料连接成形技术领域，具体而言，涉及一种内侧连接部件凹槽及磁脉冲连接成形结构及方法。
背景技术
目前，金属管件之间的连接主要还是采用对接焊、螺纹连接等的方式。其中，螺纹连接方式相对来说是一种低强度的连接方式，而且密封性和耐腐蚀性能均较差，因此连接接头性能差；而采用对接焊接方式虽然连接强度有所提高，但是工件质量主要依赖于焊缝质量，而焊缝质量则受到多种因素的制约影响，容易导致连接接头质量不稳定。
有鉴于此，特提出本申请。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明目的在于提供一种内侧连接部件凹槽及磁脉冲连接成形结构及方法，在内侧连接部件表面引入凹槽结构，以便磁脉冲连接时连接部件之间在凹槽区域形成机械锁扣结构，而在凹槽以外的其他连接区域形成冶金结合，从而提升金属管件及其他金属部件连接接头处的力学性能、密封性和抗腐蚀性。
本发明通过下述技术方案实现：
本发明提供一种内侧连接部件凹槽及磁脉冲连接成形结构，包括外管和同轴设置在外管内部的内侧连接部件，所述内侧连接部件的外表面具有凹槽，外管上正对凹槽部位在磁脉冲的作用下嵌入凹槽与内侧连接部件形成机械锁扣结构，外管上正对凹槽以外的部位在磁脉冲的作用下与内侧连接部件形成冶金结合结构。
本发明在内侧连接部件表面引入凹槽结构，以便磁脉冲连接时连接部件之间在凹槽区域形成机械锁扣结构，而在凹槽以外的其他连接区域形成冶金结合，从而提升金属管件及其他金属部件连接接头处的力学性能、密封性和抗腐蚀性。
其中，内侧连接部件的凹槽结构将外管与内侧连接部件之间的连接区域分割成若干区域，能够改变内侧连接部件和外管的碰撞冲击条件，释放磁脉冲连接过程外管与内侧连接部件持续高速碰撞产生的轴向应力震荡，消除轴向应力波，从而使凹槽结构以外的连接区域更加容易形成冶金结合，且所形成的冶金连接界面更加均匀；同时内侧连接部件的凹槽结构与外管形成的机械锁扣结构之间具有一定的空隙，能够容纳由内外连接部件界面侵入的腐蚀性液体或气体，延缓腐蚀性液体或气体沿界面的进一步扩展，提升连接接头的抗腐蚀性能。
进一步的，所述凹槽为纵向凹槽，纵向凹槽与内侧连接部件的轴线平行，纵向凹槽能够形成纵向的机械锁扣结构，提升连接接头的抗扭强度。
进一步的，所述凹槽为横向凹槽，横向凹槽沿着内侧连接部件的外壁圆周方向设置，横向凹槽能够形成横向的机械锁扣结构，提升接头的抗拉强度。
另外所述凹槽采用采用横向凹槽结构或间断纵向凹槽结构时，在磁脉冲连接接头形成的机械锁扣结构，还可以提供额外的密封效果，提升连接接头对液体和气体的密封性。
进一步的，所述凹槽为复合凹槽或斜向凹槽，复合凹槽包括与内侧连接部件的轴线平行的纵向凹槽和沿着内侧连接部件的外壁圆周方向设置的横向凹槽，横向凹槽和纵向凹槽相交设置，所述斜向凹槽绕着内侧连接部件的外壁方向设置呈螺旋结构。
复合凹槽能够同时形成横向和纵向的机械锁扣结构，斜向凹槽能够形成斜向的机械锁扣结构，两者都能同时提升连接接头的抗拉强度和抗扭强度。
进一步的，所述凹槽的横截面为矩形、梯形或半圆形。
进一步的，所述凹槽的深度为与外管厚度一致。
本发明还提供一种内侧连接部件凹槽及磁脉冲连接成形方法，包括如下步骤：
(1)将外表面带有凹槽的内侧连接部件、外管以及线圈同轴装配，内侧连接部件与外管之间设置2mm间隙；
(2)设定一定的放电能量，电磁成形机放电，带电线圈产生脉磁冲驱动外管变形，使外管上正对凹槽部位嵌入凹槽与内侧连接部件形成机械锁扣结构，外管上正对凹槽以外的部位与内侧连接部件形成冶金结合结构。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明实施例提供的一种内侧连接部件凹槽及磁脉冲连接成形结构及方法，在内侧连接部件表面引入凹槽结构，以便磁脉冲连接时连接部件之间在凹槽区域形成机械锁扣结构，而在凹槽以外的其他连接区域形成冶金结合，从而提升金属管件及其他金属部件连接接头处的力学性能、密封性和抗腐蚀性；
2、本发明实施例提供的一种内侧连接部件凹槽及磁脉冲连接成形结构及方法，内侧连接部件的凹槽结构将外管与内侧连接部件之间的连接区域分割成若干区域，能够改变内侧连接部件和外管的碰撞冲击条件，释放磁脉冲连接过程外管与内侧连接部件持续高速碰撞产生的轴向应力震荡，消除轴向应力波，从而使凹槽结构以外的连接区域更加容易形成冶金结合，且所形成的冶金连接界面更加均匀；
3、本发明实施例提供的一种内侧连接部件凹槽及磁脉冲连接成形结构及方法，内侧连接部件的凹槽结构与外管形成的机械锁扣结构之间具有一定的空隙，能够容纳由内外连接部件界面侵入的腐蚀性液体或气体，延缓腐蚀性液体或气体沿界面的进一步扩展，提升连接接头的抗腐蚀性能；
4、本发明实施例提供的一种内侧连接部件凹槽及磁脉冲连接成形结构及方法，横向凹槽能够形成横向的机械锁扣结构，提升接头的抗拉强度；纵向凹槽能够形成纵向的机械锁扣结构，提升接头的抗扭强度；复合凹槽能够同时形成横向和纵向的机械锁扣结构，斜向凹槽能够形成斜向的机械锁扣结构，两者都能同时提升连接接头的抗拉强度和抗扭强度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的磁脉冲连接前连接接头和工装示意图；
图2为本发明实施例提供的磁脉冲连接后连接接头和工装示意图；
图3为本发明实施例提供的磁脉冲连接后内侧连接部件和外观连接区域示意图；
图4为本发明实施例提供的内侧连接部件表面凹槽结构示意图。
附图标记及对应零部件名称：
1-内侧连接部件，2-外管，2-a-连接成形之后的外管，3-集磁器，4-线圈。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实施例中，为了避免混淆本本发明，未具体描述公知的结构、材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
实施例1
如图1和图2所示，本发明实施例提供一种内侧连接部件凹槽及磁脉冲连接成形结构，包括外管2和同轴设置在外管内部的内侧连接部件1，所述内侧连接部件的外表面具有凹槽，外管上正对凹槽部位在磁脉冲的作用下嵌入凹槽与内侧连接部件形成机械锁扣结构，外管上正对凹槽以外的部位在磁脉冲的作用下与内侧连接部件形成冶金结合结构，连接成形之后的外管2-a结构如图3所示。
本发明在内侧连接部件表面引入凹槽结构，以便磁脉冲连接时连接部件之间在凹槽区域形成机械锁扣结构，而在凹槽以外的其他连接区域形成冶金结合，从而提升金属管件及其他金属部件连接接头处的力学性能、密封性和抗腐蚀性。
其中，内侧连接部件的凹槽结构将外管与内侧连接部件之间的连接区域分割成若干区域，能够改变内侧连接部件和外管的碰撞冲击条件，释放磁脉冲连接过程外管与内侧连接部件持续高速碰撞产生的轴向应力震荡，消除轴向应力波，从而使凹槽结构以外的连接区域更加容易形成冶金结合，且所形成的冶金连接界面更加均匀；同时内侧连接部件的凹槽结构与外管形成的机械锁扣结构之间具有一定的空隙，能够容纳由内外连接部件界面侵入的腐蚀性液体或气体，延缓腐蚀性液体或气体沿界面的进一步扩展，提升连接接头的抗腐蚀性能。
优选的，如图4所示，所述凹槽为纵向凹槽，纵向凹槽与内侧连接部件的轴线平行，纵向凹槽能够形成纵向的机械锁扣结构，提升连接接头的抗扭强度。
进一步的，所述凹槽为横向凹槽，横向凹槽沿着内侧连接部件的外壁圆周方向设置，横向凹槽能够形成横向的机械锁扣结构，提升接头的抗拉强度。
另外所述凹槽采用采用横向凹槽结构或间断纵向凹槽结构时，在磁脉冲连接接头形成的机械锁扣结构，还可以提供额外的密封效果，提升连接接头对液体和气体的密封性。
进一步的，所述凹槽为复合凹槽或斜向凹槽，复合凹槽包括与内侧连接部件的轴线平行的纵向凹槽和沿着内侧连接部件的外壁圆周方向设置的横向凹槽，横向凹槽和纵向凹槽相交设置，所述斜向凹槽绕着内侧连接部件的外壁方向设置呈螺旋结构。
复合凹槽能够同时形成横向和纵向的机械锁扣结构，斜向凹槽能够形成斜向的机械锁扣结构，两者都能同时提升连接接头的抗拉强度和抗扭强度。
进一步的，所述凹槽的横截面为矩形、梯形或半圆形。
本发明还提供一种内侧连接部件凹槽及磁脉冲连接成形方法，包括如下步骤：
(1)将外表面带有凹槽的内侧连接部件、外管以及线圈同轴装配，内侧连接部件与外管之间设置2mm间隙；
(2)设定一定的放电能量，电磁成形机放电，带电线圈产生脉磁冲驱动外管变形，使外管上正对凹槽部位嵌入凹槽与内侧连接部件形成机械锁扣结构，外管上正对凹槽以外的部位与内侧连接部件形成冶金结合结构。
实施例2
本发明实施例提供一种内侧连接部件凹槽及磁脉冲连接成形方法，具体步骤如下：
(1)采用线圈4和集磁器3将内径14mm、厚度1mm的外管2连接到带有环形凹槽的芯轴(即内侧连接结构1)上；外管材料为2219铝合金，芯轴材料为不锈钢，外径为10mm，芯轴带两组凹槽，凹槽截面为等腰梯形，深度1mm，入口宽度为3.5mm，底部宽度为2mm；集磁器为环形，界面为等腰梯形，内径17mm，外径50mm，由紫铜加工而成，纵向槽宽1mm；线圈为螺线管线圈，线圈截面为矩形，宽3mm高6mm，匝间距2mm，内径54mm；成形线圈两端接入电容量为107μF的电磁成形机。
(2)磁脉冲连接前，采用工装将将芯轴、外管、线圈和集磁器进行同轴装配，此时外管和芯轴的间隙2mm；随后，以0.5kV为增量，采用5～12kV进行放电，获得不同的磁脉冲连接接头样件。
当放电电压低于5.5kV，外管和芯轴没有形成有效的连接；当放电电压在5.5kV～8.5kV之间，凹槽对应的外管区域显著变形，与芯轴形成机械锁扣结构，但其他连接区域仅实现贴合，没有形成冶金结合；当放电电压在8.5kV～12kV之间，凹槽区域形成良好的机械锁扣结构，其他连接区域形成了一定的冶金结合，连接接头结构如图3所示。当放电电压为11kV时，外管与芯轴的机械锁扣结构贴合最为紧密，其他连接区域的冶金结合质量良好，连接接头综合质量最好。
对连接接头进行单向拉伸试验，试样在靠近连接接头的外管直壁区域断裂，断裂区域发生显著的塑性变形。观测连接接头的微观形貌，发现相对不带横向机械锁扣结构的磁脉冲连接接头，所得冶金连接界面在微米尺度上起伏更小，更加平滑和均匀。对连接接头进行液体和气体密性检测，未发生泄漏。对带横向机械锁扣结构的连接接头和不带横向机械锁扣结构的连接接头进行了酸性介质腐蚀性测试，发现带横向机械锁扣结构的连接接头能够阻碍酸性介质沿连接界面的扩展，抗腐蚀性能得到显著提高。
实施例3
本发明实施例提供一种内侧连接部件凹槽及磁脉冲连接成形方法，具体步骤如下：
采用与实施例2相同的工装、线圈和集磁器，将内径14mm、厚度1mm的外管连接到带有不同形状凹槽的芯轴上。其中，外管材料为2219铝合金、5052铝合金。芯轴材料为不锈钢，外径为10mm。第一组：芯轴的凹槽结构有横向凹槽、纵向凹槽、横向和纵向的复合凹槽、以及螺线管形斜向凹槽，如图4所示。凹槽截面为等腰梯形，深度1mm，入口宽度为3.5mm，底部宽度为2mm。第二组：芯轴的凹槽结构为螺线管形，凹槽截面分别为半圆形、等腰梯形。电磁成形机的电容量为107μF。分别进行磁脉冲连接实验，采用合适的放电电压，均获得了形成良好的机械锁扣结构和冶金结合的连接接头，所用最合适的放电电压范围为9.5～12kV。
对连接接头进行拉伸试验和扭转试验，发现横向凹槽连接接头的抗拉强度有所提升，纵向凹槽连接接头的抗扭强度显著提升，而复合凹槽和螺旋形的凹槽能够同时增强连接接头的抗拉和抗扭力学性能。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种内侧连接部件凹槽及磁脉冲连接成形结构，其特征在于，包括外管(2)和同轴设置在外管(1)内部的内侧连接部件(1)，所述内侧连接部件的外表面具有凹槽，外管(2)上正对凹槽部位在磁脉冲的作用下嵌入凹槽与内侧连接部件(1)形成机械锁扣结构，外管(2)上正对凹槽以外的部位在磁脉冲的作用下与内侧连接部件(1)形成冶金结合结构。
2.根据权利要求1所述的一种内侧连接部件凹槽及磁脉冲连接成形结构，其特征在于，所述凹槽为纵向凹槽，纵向凹槽与内侧连接部件(1)的轴线平行。
3.根据权利要求1所述的一种内侧连接部件凹槽及磁脉冲连接成形结构，其特征在于，所述凹槽为横向凹槽，横向凹槽沿着内侧连接部件(1)的外壁圆周方向设置。
4.根据权利要求1所述的一种内侧连接部件凹槽及磁脉冲连接成形结构，其特征在于，所述凹槽为复合凹槽，复合凹槽包括与内侧连接部件(1)的轴线平行的纵向凹槽和沿着内侧连接部件(1)的外壁圆周方向设置的横向凹槽。
5.根据权利要求1所述的一种内侧连接部件凹槽及磁脉冲连接成形结构，其特征在于，所述凹槽为斜向凹槽，所述斜向凹槽绕着内侧连接部件(1)的外壁方向设置呈螺旋结构。
6.根据权利要求1所述的一种内侧连接部件凹槽及磁脉冲连接成形结构，其特征在于，所述凹槽的横截面为矩形、梯形或半圆形。
7.根据权利要求1所述的一种内侧连接部件凹槽及磁脉冲连接成形结构，其特征在于，所述凹槽的深度为与外管厚度一致。
8.根据权利要求4所述的一种内侧连接部件凹槽及磁脉冲连接成形结构，其特征在于，所述横向凹槽和纵向凹槽相交设置。
9.一种内侧连接部件凹槽及磁脉冲连接成形方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将权利要求1-9任一所述内侧连接部件、外管以及线圈同轴装配，内侧连接部件与外管之间设置一定间隙；
(2)设定一定的放电能量，电磁成形机放电，带电线圈产生脉磁冲驱动外管变形，使外管上正对凹槽部位嵌入凹槽与内侧连接部件形成机械锁扣结构，外管上正对凹槽以外的部位与内侧连接部件形成冶金结合结构。
10.根据权利要求9所述的一种内侧连接部件凹槽及磁脉冲连接成形结构，其特征在于，步骤(1)中的间隙为1mm～2mm。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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