[发明专利]薄壁金属管路磁脉冲连接方法与接头结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属管路连接技术，特别是一种应用脉冲磁压力载荷连接薄壁金属管路的方法。

背景技术

任何一种金属管路结构，无论是日常生活中的给水管路，还是航空航天飞行器中的各类管路结构，都必然涉及到连接接头结构及其对连接方法的选择问题。通常，管路连接接头部位是整个管路系统中最易发生破坏的环节。

随着人们生活质量提高，资源节约型、环境友好型的薄壁不锈钢管、铜管在给水工业中的应用得到迅猛发展，对改善供水水质、防止二次污染及减少水管漏水、保障居民身体健康和节约水资源具有重要的经济和社会意义。

目前国内外不锈钢、铜给水管的连接方式大致分机械连接(如压缩式、卡压式等)和非机械连接(焊接和粘接)两大类。上述卡压式、压缩式连接和氩弧焊等连接方式各有其特点，且大量应用于实际安装工程中。但在实际应用中存在着诸多问题，如机械连接中的橡胶垫圈老化问题；现阶段还没有较好的适合于给排水环境的密封胶，因此粘接技术无法大量应用于实际工程上；由于熔化焊接头不可避免存在热影响区、焊接裂纹、晶粒粗大等缺陷，同时接头耐腐蚀能力低，为给水管路的稳定运行留下隐患。而钎焊连接过程一般需要加热，并且承插接头周向间隙的均匀性不易保证，很难获得均匀一致的熔深和连接性能均一的接头结构。

飞行器发动机的薄壁金属管路结构中，考虑到结构减重和扩展功能的需要，常常需要实现异种金属薄壁管件的连接，如铝合金管和不锈钢直管、不锈钢波纹管的连接结构，铝合金管和铜合金管的连接等。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。虽然先进的激光焊、电子束焊接技术能够进行某些材料匹配下的异种金属材料的焊接，但是，这两种技术对连接接头结构、焊前处理和装夹条件的要求非常高，同时生产成本之高也令多数可能应用望而却步。

发明内容

本发明的目的就在于为给排水管路以及其他同、异种薄壁金属管路结构提供一种安全、高效的磁脉冲连接方法和磁脉冲连接接头结构。

实现本发明的金属管路磁脉冲连接工艺方法的实施步骤为：

步骤一：对连接管件和被连接管件的搭接区L内对应表面进行去锈、去油、脱脂处理，使之呈现出光洁金属界面。

步骤二：把连接管件和被连接管件同轴对称放置，并且保证待连接接头的相对位置，一般搭接区长度为5-20t(t为连接管件的壁厚)。

步骤三：把感应器与连接、被连接管件同轴对称放置，保证感应器的工作区与管件搭接区相对，同时确保感应器和连接管件之间足够的绝缘强度；

步骤四：把线圈感应器的进出线端与电磁脉冲成形设备的两个接线端连接，当电磁脉冲成形设备对感应器进行瞬态放电时，在感应器与连接管件之间形成强磁场及脉冲磁压力，当脉冲磁压力幅值显著大于连接管件材料的屈服极限时，连接管件发生径向运动和变形，并与被连接管件冲击接触，当该冲击速度超过产生金属冶金接头的下限值时，则在原搭接区位置产生磁脉冲焊接接头。

当采用线圈-集磁器复合型感应器时，流过线圈的瞬时变化的电流在与线圈临近的集磁器外壁上产生与线圈电流反方向的感应电流(涡流)；根据集肤效应，涡流在集磁器外壁表层流动，并在集磁器开缝处转到内壁表层、进而集中到集磁器工作区表层流动，此时涡流流向与线圈电流相同；该涡流磁场与连接管件感应电流磁场叠加，在集磁器内壁工作区和连接管件之间形成强磁场并产生脉冲磁压力，当脉冲磁压力显著大于连接管件材料的屈服极限时，连接管件发生径向运动和变形，并与被连接管件冲击接触，当该冲击速度超过产生金属冶金接头的下限值时，则在原搭接区位置产生磁脉冲焊接接头。

所用到的集磁器可为圆柱形集磁器，其结构为一单匝线圈，侧壁开一纵向窄槽，其内添加绝缘材料。集磁器纵截面结构呈“工”字形、梯形或“T”形，其内表面上的工作区与外表面轴向长度之比小于1。常用的集磁器材料为高强度、高导电率的金属，如紫铜、铜合金和高强铝合金等。

实现本发明的管路接头结构如下：

1、本发明适用的管路材料匹配如下

(1)铜-铜或铜合金

(2)铝合金-铝合金

(3)铝合金-不锈钢波纹管

(4)不锈钢-铜(铜作为不锈钢管路的过渡结构)

(5)不锈钢-不锈钢(直接连接或采用高导电率的铜、铝合金驱动体)

(6)其他同种或异种金属材料管路

2、匹配材料的管路连接方法