利用集磁器连接异种金属管的方法技术

利用集磁器连接异种金属管的方法，它涉及一种连接异种金属管的方法。本发明专利技术解决了现有的异种金属管件连接技术存在难以获得高强度和高耐蚀性的连接接头、非连接区的金属易产生变形、成本高、效率低和灵活性能差的问题。本发明专利技术的第一种方法为缩径连接，其步骤是首先安装支撑装置，然后对连接管件进行清洗，再依次连接管件、集磁器和线圈，最后通过放电回路向线圈通电；本发明专利技术的第二种方法为胀形连接，其步骤是首先安装支撑装置，然后对连接管件进行清洗，再依次安装线圈、集磁器和连接管件，最后通过放电回路向线圈通电。通过本发明专利技术方法获得的连接接头的强度和耐蚀性高，本发明专利技术还具有成本低、效率高和灵活性能好的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种连接异种金属管的方法，属于异种金属磁脉冲连接领域。技术背景结构轻量化和材料轻量化是实现轻量化设计的两个主要途径。结构的轻 量化、整体化和多功能化设计常需要采用铝合金、镁合金等轻质材料代替传 统的钢材，同时也需要实现铝合金等轻质材料与其他金属材料的连接。由于 易在连接界面上出现很脆的金属间化合物，并产生很大的应力梯度，所以， 通过扩散焊、爆炸焊、滚压连接和摩擦焊等方法难以获得高强度和高耐蚀性 的连接接头，由此限制了这些轻质材料及其异种金属连接件在武器装备、航 空航天和汽车制造等领域的应用。磁脉冲连接(MPW)技术是一种适于异种金属材料的固相连接方法，它 集成了高速磁脉冲成形(EMF)和固相连接技术的优点。在EMF加工过程中 受脉冲磁场力作用，金属工件或其中某一部分高速运动，使工件变形。在MPW 连接过程中，连接件在强脉冲磁场力作用下向被连接件高速运动并与之猛烈 撞击。在两金属接触面的先撞击点上产生射流以及高应变速率的金属塑性流 动。该射流冲刷或清除了两金属工件待复合面的氧化层和吸附层，使二洁净 金属表面在高压下紧密结合而形成金属键接。随着变形过程的进行，金属键 合面积逐步扩大到整个连接表面，实现两金属工件之间的连接。但是，现有 的磁脉冲连接技术存在以下不足一、 采用由常规电工用标准铜导线加工的多匝线圈进行磁脉冲连接时「 放电回路电感大，放电频率低，线圈电流和磁场力幅值显著减小，这种情况 很难形成符合质量要求的磁脉冲连接接头；另一方面，线圈长度远大于连接 区长度，作用于连接区的能量低，并且使非连接区的金属产生变形。二、 采用单匝线圈，则放电回路电感减小，磁场力幅值显著提高；但是 这种情况造成线圈电流过大，易导致放电回路、线圈的绝缘击穿和导线熔断， 同时提高磁脉冲连接成本，降低效率。三、由于磁脉冲连接区长度仅为几毫米， 一般线圈长度远大于磁脉冲连 接区长度，所以利用现有的螺线管线圈使磁脉冲连接的柔性降低，导致不同 的连接条件需要加工不同的特殊线圈，灵活性差。综上，现有的异种金属管件连接技术存在难以获得高强度和高耐蚀性的 连接接头、非连接区的金属易产生变形、成本高、效率低和灵活性差的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有的异种金属管件连接技术存在难以获得高 强度和高耐蚀性的连接接头、非连接区的金属易产生变形、成本高、效率低 和灵活性差的问题，进而提供一种。本专利技术的利用集磁器连接异种金属管的第一种方法的步骤为步骤一将支撑块安装在支撑座的沉孔内，所述支撑块和支撑座由绝缘 材料制成；步骤二用丙酮对高导电率连接管件和低导电率连接管件的搭接位置进 行清洗处理；步骤三将高导电率连接管件和低导电率连接管件套装在支撑块上，所 述高导电率连接管件、低导电率连接管件和支撑块三者同轴，并且保证高导 电率连接管件和低导电率连接管件的搭接位置，搭接位置的长度为L，搭接位 置的间隙为K;步骤四将集磁器套装在高导电率连接管件上，集磁器的下端安装在支 撑座的上端面上，保证集磁器与高导电率连接管件同轴，同时保证集磁器的 加工区与高导电率连接管件和低导电率连接管件的搭接位置相对应，集磁器 的加工区到高导电率连接管件的距离为J;步骤五将线圈套装在集磁器上，所述线圈的导线高度与集磁器的高度 相等；步骤六将线圈的两个接线端接到放电回路的正负极上，然后通过外部 充电电路对脉冲电容器组充电，充电完毕后通过高压脉冲发生器闭合放电开 关，高频脉冲电流ir流过线圈的瞬时产生瞬时变化的强磁场，并在集磁器的外壁上产生与线圈电流方向相反的集磁器感应电流i2;根据集肤效应，集磁器 感应电流i2在集磁器的外壁表层流动，并在集磁器的开缝处转到集磁器的内 壁表层，进而集中到集磁器的加工区的表层流动，此时集磁器感应电流i2的 流向与高频脉冲电流ii相同；集磁器感应电流i2的磁场与高导电率连接管件 感应电流i3的磁场相叠加，在集磁器的内壁、高导电率连接管件之间形成强 磁场，并与高导电率连接管件感应电流i3作用产生脉冲磁场力；脉冲磁场力 沿高导电率连接管件的轴向分布不均匀，在连接区的中部磁场力幅值大，而 在其两端幅值小，导致脉冲磁场力作用下的高导电率连接管件和低导电率连 接管件之间的冲击接触不同步，具有一定的冲击角度，因此，高导电率连接 管件在脉冲磁场力的作用下与低导电率连接管件冲击接触，产生MPW接头。本专利技术的利用集磁器连接异种金属管的第二种方法的步骤为步骤一将支撑块安装在支撑座的上端面上，所述支撑块和支撑座由绝 缘材料制成；步骤二用丙酮对高导电率连接管件和低导电率连接管件的搭接位置进 行清洗处理；步骤三将线圈安装在支撑座的沉孔内；步骤四将集磁器套装在线圈上，所述集磁器的高度与线圈的高度相等， 保证集磁器的加工区与高导电率连接管件和低导电率连接管件的搭接位置相 对应，集磁器的加工区到高导电率连接管件的距离为J;步骤五将高导电率连接管件套装在集磁器上，高导电率连接管件的下 端面与支撑块的上端面接触，再将低导电率连接管件套装在支撑座上，低导 电率连接管件的下端面与支撑座的台肩端面接触，所述高导电率连接管件、 低导电率连接管件和集磁器三者同轴，并且保证高导电率连接管件和低导电 率连接管件的搭接位置，搭接位置的长度为L，搭接位置的间隙为K;步骤六将线圈的两个接线端接到放电回路的正负极上，然后通过外部 充电电路对脉冲电容器组充电，充电完毕后通过高压脉冲发生器闭合放电开关，高频脉冲电流i,流过线圈的瞬时产生瞬时变化的强磁场，并在集磁器的内壁上产生与线圈电流方向相反的集磁器感应电流i"根据集肤效应，集磁器感应电流i2在集磁器的内壁表层流动，并在集磁器的开缝处转到集磁器的外壁表层，进而集中到集磁器的加工区的表层流动，此时集磁器感应电流i2的 流向与高频脉冲电流h相同；集磁器感应电流i2的磁场与高导电率连接管件 感应电流i3的磁场相叠加，在集磁器的外壁、高导电率连接管件之间形成强 磁场，并与高导电率连接管件感应电流i3作用产生脉冲磁场力；脉冲磁场力 沿高导电率连接管件的轴向分布不均匀，在连接区的中部磁场力幅值大，而 在其两端幅值小，导致脉冲磁场力作用下的高导电率连接管件和低导电率连 接管件之间的冲击接触不同步，具有一定的冲击角度，因此，高导电率连接 管件在脉冲磁场力的作用下与低导电率连接管件冲击接触，产生MPW接头。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果 一、使用集磁器有利于优化 异种金属管件的连接区域，提高连接区域的脉冲磁场和磁场力幅值，由此能 够提高磁脉冲连接接头的强度；二、针对异种金属管件的直径和壁厚，通过 改变集磁器的几何特征，利用己有的线圈即可进行多种工艺条件下的连接， 显著提高了异种金属管件磁脉冲连接方法的加工灵活性；三、由于在室温下 的高速冲击接触连接，接头连接界面的过渡区很小，非连接区的金属不会产 生变形，不产生脆性相或金属间化合物，接头无热影响区和扭曲变形，强度 和耐蚀性高，抗拉强度和抗扭强度高；四、连接接头的气密性和水密性非常高；五、连接过程在毫秒级的时间内完成，效率高，成本低；六、能进行多种焊接性差的异种金属管件的固态连接，如异种型号铝合金、铝-铜合金、铝-镁合金、铝-钛合金，铝-钨合金，铜-钢合金、镍-钛合金、镍-镍合金、钛合金-不锈本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用集磁器连接异种金属管的方法，其特征在于所述方法的步骤为：　步骤一：将支撑块（５）安装在支撑座（１０）的沉孔（１０－１）内，所述支撑块（５）和支撑座（１０）由绝缘材料制成；　步骤二：用丙酮对高导电率连接管件（３）和低导电率连接管件（６）的搭接位置进行清洗处理；　步骤三：将高导电率连接管件（３）和低导电率连接管件（６）套装在支撑块（５）上，所述高导电率连接管件（３）、低导电率连接管件（６）和支撑块（５）三者同轴，并且保证高导电率连接管件（３）和低导电率连接管件（６）的搭接位置，搭接位置的长度为Ｌ，搭接位置的间隙为Ｋ；　步骤四：将集磁器（２）套装在高导电率连接管件（３）上，集磁器（２）的下端安装在支撑座（１０）的上端面上，保证集磁器（２）与高导电率连接管件（３）同轴，同时保证集磁器（２）的加工区（２１）与高导电率连接管件（３）和低导电率连接管件（６）的搭接位置相对应，集磁器（２）的加工区（２１）到高导电率连接管件（３）的距离为Ｊ；　步骤五：将线圈（１）套装在集磁器（２）上，所述线圈（１）的导线高度与集磁器（２）的高度相等；　步骤六：将线圈（１）的两个接线端接到放电回路（２２）的正负极上，然后通过外部充电电路对脉冲电容器组（７）充电，充电完毕后通过高压脉冲发生器（８）闭合放电开关（９），高频脉冲电流ｉ↓［１］流过线圈（１）的瞬时产生瞬时变化的强磁场，并在集磁器（２）的外壁上产生与线圈（１）电流方向相反的集磁器感应电流ｉ↓［２］；根据集肤效应，集磁器感应电流ｉ↓［２］在集磁器（２）的外壁表层流动，并在集磁器（２）的开缝处转到集磁器（２）的内壁表层，进而集中到集磁器（２）的加工区（２１）的表层流动，此时集磁器感应电流ｉ↓［２］的流向与高频脉冲电流ｉ↓［１］相同；集磁器感应电流ｉ↓［２］的磁场与高导电率连接管件（３）感应电流ｉ↓［３］的磁场相叠加，在集磁器（２）的内壁、高导电率连接管件（３）之间形成强磁场，并与高导电率连接管件（３）感应电流ｉ↓［３］作用产生脉冲磁场力；脉冲磁场力沿高导电率连接管件（３）的轴向分布不均匀，在连接区的中部磁场力幅值大，而在其两端幅值小，导致脉冲磁场力作用下的高导电率连接管件（３）和低导电率连接管件（６）之间的冲击接触不同步，具有一定的冲击角度，因此，高导电率连接管件（３）在脉冲磁场力的作用下与低导电率连接管件（６）冲击接触，产生ＭＰＷ接头。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：于海平，李春峰，赵志衡，江洪伟，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]