联接器、接合件及零件相互固接与封接方法 【技术领域】
【0001】本发明大体上涉及联接器、接合件及零件相互固接与封接方法。
背景技术
【0002】长久以来，一直需要一种方式将两个零件相互固接并封接起来。最常见的一种应用就是建筑物中常用于输送饮用水的铜管的联接。
【0003】由于其耐久性及铅基焊料连接的相对容易性，所以，长期以来钎焊都被用来连接饮用水供水与配水系统中的铜基零件，尤其是在单个家庭住宅建筑中。现代管道工程规程已对无铅焊料以及水溶性焊剂等作出了强制规定，钎焊连接已愈发困难，尤其在使用较大直径铜管时更是如此。具体来说，无铅焊料与水溶性焊剂相比铅基焊料与酸基焊剂而言更不允许某些变化(比如，发生氧化及/或过热使用)。此外，钎焊也相当费时。
【0004】为消除钎焊连接的劣势，曾拟用二元环氧树脂将导管与连接器相互粘结起来。具体而言，曾在铜管与铜制接头(适于通过传统钎焊联接到铜管上的铜制接头)之间使用二元环氧树脂粘合剂。这种环氧树脂可将零件良好地固接起来，但并不能在零件间形成良好的密封。我们经过分析而揭示了一种失效模式：其中，把接头放到导管上时(或者把导管放入接头内时)，会把一小部分导管及/或接头上的环氧树脂挂掉，因而会在其间形成空隙。虽然环氧树脂一般都具有足够的强度将接头与导管联接在一起，但这些空隙的出现使得接头不适于完成其预设功能(比如，无泄漏地导引饮用水或冷冻剂等流体)。
【0005】另一种拟采用的连接方法使用了带内密封件的接头，其中接头直接卷边到多根或多段普通冷拔铜管上。举例来说，由德国Viega GmbH&Co.KG of Atteneorn销售的Profipress系统在接合体内径上装有一个内O形圈并把铜管插入接合体而形成封接。随后使用一个卷边工具将接合体卷边到铜管上，从而把导管与接合体相互固接起来。但这种系统也有若干缺点。
【0006】一个缺点就在于接头对铜管外表面的密封性。在技术上为人们所熟知的就是铜管外表面在挤压成形期间较易造成缺陷(如孔眼、擦痕等)，而且在运输与存储时易受损坏。由于这些缺陷和损坏有害于接头相对管道外表面的密封能力，因此铜管制造者通常对对挤压管段进行涡流试验以验证每段外表面的完整性。这种试验花费较大，而且我们也发现，即使导管符合发布的标准，仍有可能发生泄漏。相应地，在把导管联接到接头上之前，就要花费大量的时间对每根导管进行人工检查。
【0007】另一个缺点是已知系统与多根退火铜管的不相容性。从这一方面来说，退火铜管容易变形，因而卷边处理并不能把接头与退火铜管固接起来。相应地，管道工程承包者自身必须配备两组分立接头：一组与冷拔管相容的卷边接头，另一组与退火盘管相容的接头(如喇叭形接头或压紧接头)。
【0008】再一个缺点在于卷边型接头的成本及卷边型接头的安装工具。具体来说，这种接头相当重，可比相应尺寸的钎焊接头重25％或更多。由于铜相对贵重，所以从成本角度来说，制造与使用这些接头较为不利。而且，接头安装(即卷边)工具也相当昂贵。这样，就要花费更多来配备一个操作人员以便安装这些接头。
【0009】还有一个缺点就是在相对高压应用中，比如在使用R410A等新兴高压冷冻剂的冷却或制冷系统中导管的结合问题。更具体地说，已知的卷边型接头不能应用于相对高压情况下，这是因为，当受到升高的流体压力时，接头会与导管分离开来。在使用冷拔(即加工硬化)流体导管的高压场合中，同样也不想用软钎焊或硬钎焊。为便于软钎焊或硬钎焊操作而使用的热量使导管得以退火，从而大大降低了其抗拉强度。
【0010】鉴于已知连接系统的上述缺点，因而在技术上仍需要有一种连接系统可被用来可靠并相对廉价地把零件固接并封接起来。
【发明内容】
【0011】这一节对本公开本的某些方面作了一个基本的概括，但并不是本公开本全部范围或所述全部结构的总览或所有细节。
【0012】在一种形式中，本文提供了一种接合件成形方法。该方法包括：提供一个具有一个接头体和一对轴向间隔密封件的接头，该接头体具有一个插入端；提供一个构件；将接头与构件相互接合起来以便密封件把接头体与构件封接起来；在把接头与构件相互结合好后，把一种粘合剂装入接头体、构件与密封件之间的区域内以将接头体固持在构件上。
【0013】在另一种形式中，本文提供了一种包括有一个接头体、一个第一密封件和一个第二密封件的接头。该接头体具有一个带端面的插入端。该接头体限定了一个容腔，该容腔具有一个第一支座、一个第二支座、一个填充孔和一个排放孔。第二支座与第一支座轴向隔开。第一密封件被装纳在第一支座内，第二密封件被装纳在第二支座内。填充孔与排放孔径向贯穿接头体，且位于第一与第二密封件之间。
【0014】在又一形式中，本文提供了一种用于流体导管组件的接头组件。该接头组件包括有一个接头体、多个密封件以及至少一个导管止动器。接头体具有一个入口和一个出口，它们相对与接头体纵轴一致的一条直线同轴安置。接头体被构型为装纳第一与第二导管。密封件沿所述直线相互轴向隔开，并与接头体相配合而形成第一与第二粘接区，其中第一与第二粘接区被构型为装纳粘合剂以分别将接头体固接或固接并封接到第一与第二导管上。至少一个导管止动器被联接到接头体上并形成一个导管止动区，其中导管止动区被构型为将第一与第二导管沿所述直线轴向分离。导管止动区的长度LT被构型为从通过接头体流入与第二粘接区相对应的接头体第一区段以及流入与第二粘接区相对应的接头体第二区段的流体中吸收热量。接头体被定尺寸为当流过流体导管组件的流体温度发生110°F改变时，在接头体第一区段与接头体另一区段之间生成的温度不超过20°F。
【0015】在另一形式中，本文提供了一种用于沿一直轴联接一对导管的接头的成形方法。该接头包括有一个接头体，所述接头体具有一对对置端并在所述对置端之间具有至少一个止动器。一个粘接区与每个对置端都相关。每根导管都适于被装纳在一个关联端内并适于在至少一部分相关粘接区上被粘合到接头体上。所述方法包括：选定一段粘接区；在一定程度上根据第一预定温差来判定一个粘接区内粘合剂的热导率；对一个粘接区与至少一个导管止动器间的接头体第一区段设定大小以使接头体第一区段的第二热导率大于或等于两倍的第一热导率，第二热导率在一定程度上取决于第一预定温差；形成至少一个导管止动器以将导管相互轴向隔开而生成一个导管止动区，导管止动区具有一定的长度，从而与导管止动区相关的接头体第二区段的第三热导率大于或等于两倍的第二热导率，第三热导率在一定程度上取决于比第一预定温差小的第二预定温差。
【0016】从此处提供地描述中将了解到更多的应用方面。应当理解的是，此概述中的描述及具体例子仅为说明之目的，绝不意在限制该公开本范围及其应用与/或用途。
【附图说明】
【0017】此处所述附图仅为说明之目的，绝不意在限制本公开本范围。附图只示意了本公开本的几种选定教义，并没有给出所有的可能的实施例。在各种图形中，相似或相同的元件由相同的数字来标示。
【0018】图1为依据本公开本教义而构建的一种组件的示意图；
【0019】图2为图1所示组件一部分中一种示例接合件的侧视图，其中所述接合件包括有一对管状构件、一个接头和一个粘合剂；
【0020】图3为图1所示组件的局部纵剖图，显示了用粘合剂把管状构件固接在接头上之后的示例接合件；
【0021】图4为接头的纵剖图；
【0022】图5为垂直于接头纵轴并通过接头体上孔腔的替选接头的局剖图；
【0023】图6为另一替选接头的纵剖图；
【0024】图7～9为局剖图，显示了把粘合剂输入接头的过程；
【0025】图10为一种替选接合件的局部的分解透视图，其中一个结构部件已经改造以包含一个锁紧元件；
【0026】图11与图12为带有替选锁紧件的构件的透视图；
【0027】图13为采用了图12所示构件的一种接合件的纵剖图；
【0028】图14为用于形成图12所示锁紧件的一种示例工具的侧视图；
【0029】图15为图14所示工具的局部俯视图，更详细地显示了滚花轮；
【0030】图16为依据本公开本教义构建的另一组件的纵剖图；
【0031】图17为依据本公开本教义构建的又一组件的纵向截面图；
【0032】图18为结合了图17所示组件的一种流体导管系统的截面图；
【0033】图19是一条曲线，显示了图18所示弯头在热循环试验时的温差；
【0034】图20是一条曲线，显示了图17所示接头在热循环试验时的温差；
【0035】图21是一条曲线，显示了一种结合型接头在热循环试验时的温差，结合型接头在构型上与图17所示接头相似，但其采用的止动器使插入的导管相距更近；
【0036】图22为依据本公开本教义构建的又一组件的局部纵剖图。
【具体实施方式】
多种实施例详细说明
【0037】参照图1，其示意了依据本发明教义构建的一种组件，并大致用参考数字10来标示。另参照图2，组件10可包括有一个部件或构件12、一个接头14以及一个粘合剂16，它们可相互配合而形成一个接合件18。在图示示例中，组件10适于连通(即供给、输送、导引)流体，比如气体或液体等等，构件12被图示为一段导管。更具体地说，图示特定实施例中的构件12是一段适于用在饮用水输送系统中的冷拉(全硬化)铜管。但要明白的是，本发明教义具有更广泛的应用性，因而，本公开本(及附带权利要求书)并不限于此处所述及所示的特定应用，而是可以延伸到任意接合件，只要该接合件的部件可用一种粘合剂以此处所述方式固接或固接并封接起来即可。鉴于这一点，构件12就不一定是一个管状构件，而是可以是在尺寸与形状上与接头14充分对应的任何构件，比如可以是一根轴，这样粘合剂16就可以与两者相互配合而形成一个连接或接合件18。
【0038】参照图2与图3，接头14可包括有一个接头体20和一对密封元件22a与22b。要明白的是，虽然图示特定接头是一种直线结合，但本发明教义可应用于各种其它类型的接头，比如弯头、T字接合件、帽盖、适配器、减缩管、套管等等。
【0039】接头体20可由任意结构材料制成，比如塑料、紫铜、黄铜、青铜、不锈钢或其它金属。在给定示例中，接头体20由铜合金制成，用以消除可能与构件12铜合金引起的电链应。接头体20可包括有一个可限定端面28的插入端26和一个具有内表面32的空腔30。空腔30可被构型为纳装构件12的关联端34。
【0040】密封元件22a与22b可被设计为用以支撑空腔30内构件12的关联端34并把接头体20与构件关联端34的外表面40都封接起来，从而外表面40与空腔30的内表面32隔离开来以在其间形成一个空间S。在给定特定示例中，密封元件22a与22b为具有以本体44和一个唇形件46的工程唇形密封件，其中本体44与唇形密封件46共同形成一个环形密封腔48。在给定的与流体连通系统相关的示例中，密封元件22a与22b被构型为把内表面32和外表面40封接起来。那些精通技术的人员将通过本公开本明白，其它型式的密封件如O形圈等也可使用，而且在不必形成密封的情况下，密封元件22a与22b中的其中一个或两个都可由一种并不对内表面32与外表面40中的其中一个或两个都构成密封的材料形成。
【0041】接头体20可包括一对支座52a与52b以及一个止动器54。每个支座52a与52b都可被相互轴向隔开，且被构型为分别固持并定位相关密封件22a与22b。在给定特定示例中，支座52a与52b为具有根部52r与分支部52s的扁平U型，其中根部52r被设计为与密封元件22a与22b中的一个接合，分支部52s被联接到根部52r上并从根部52r处向外支出，这样它们就不会接触密封元件22a与22b。止动器54可以是一种可阻止构件12插入空腔30超过预定距离的结构。在给定特定实施例中，支座52a与52b为相互隔开并用于装纳相关密封元件22a与22b其中一个的U形环槽56，而止动器54包括有一个凹窝，该凹窝形成于接头体20上，从插入端26向内凹并超过密封元件22a与22b。所述凹窝可径向凹入空腔30内达一定程度，直到其将接触到构件12的端面58以阻止构件12继续插入空腔30为止。支座52a与52b以及止动器54都是技术上为人们所熟知的元件，因此就不必对其构型及/或操作作详细讨论。
【0042】接头体20也可限定两个或多个孔60，这些孔60可位于密封元件22a与22b之间并伸入空腔30内。可用任意所需工艺形成孔60，比如钻孔或冲孔。如果是利用冲孔来形成孔60，那么就可在冲好孔60并已形成支座52a与52b后清除掉任何可能从内表面32上伸出的毛刺。如果是利用钻孔操作来形成孔60，那么就可在钻孔操作中使用中心钻(无图)或类似工具，这样就会在接头体20的外表面66上形成倒角或埋头孔64。埋头孔64成形时可具有预定的内角，比如约60度的内角。在图示特定示例中，有一个孔60是冲孔形成的，而其余孔60是在钻孔操作中用中心钻形成的，如此只为说明之目的。同样在图示特定示例中，在每组密封元件22a与22b之间只有两个孔60，所述孔60与端面28相距同等距离，但相互在周向上隔开180度。但要明白的是，孔60可位于任意所需的轴向与/或轴向位置。在图5所示示例中，接头体20′被构型为使得孔60在周向上相互隔开90度。在此示例中，在内表面32上形成了一个导流结构70，或者是把一个导流结构70联接到与内表面32上，从而有助于在预定方向上(给定示例中为逆时针方向)引导粘合剂16(见图1)。在图6所示示例中，接头体20″被构型为使得孔60在轴向上相互隔开。
【0043】参照图9，粘合剂16可以是任意适当的用于粘接构件12接头体20的粘合剂。在给定特定示例中，粘合剂16是一种二元环氧树脂，比如由Minnesota Mining and Manufacturing，Inc.ofSt.Paul，Minnesota销售的DP100 Plus Scotch-WeldTM环氧树脂以及DP-810NS Scotch-WeldTM丙烯酸粘合剂同样地也很好地适用于此处所述与所示的示例组件10。那些精通技术的人员将会明白，特定粘合剂的选择要考虑大量的因素，比如粘合剂抗剪强度、粘合剂撕裂强度、粘合剂粘度、粘合剂工作寿命、粘合剂固化时间、粘合剂成本、粘合剂化学反应性、构件12与接头20内表面间的间隙值、组件工作温度、通过组件传导的振动量(即幅值与频率)等。因此，要明白的是，粘合剂16并不限于此处详述的特定粘合剂，也不限于环氧树脂粘合剂及/或丙烯酸粘合剂。
【0044】具体参照图3，密封元件22a与22b被轴向隔开以在其间限定一个长为L的联接区80。可对联接区80的长度L进行选择以提供充分的区域使粘合剂16(见图9)具有充分强度地把构件12与接头体20固接起来，从而接合件18(见图9)可经受预定(最大)压力，而不会发生接合件18(见图9)失效。由于粘合剂16(见图9)处于密封元件22a与22b之间，所以第一密封元件22a可相对靠近接头体20端面28。可用各种方法来判定联接区80的长度L。比方说，以所需方式使长度L与接头14接头体20内径相关。在与用有公称外径1.375英寸到4英寸导管的接头有关示例中，可用以下公式来估算长度L：
L=0.5279×[[1-1CID]4×CID-1CID2]]]>
其中CID为接头与联接区80相对应部分的内径。另一种设计长度L的方法是使其对于如某一ASME标准(比如，ASME B16.22(1995)，此处将其公开本如详述般参考引用)所述某一特定尺寸接头而言在给定温度下达到所需爆破压力。要明白的是，所需爆破压力的取得将取决于所用粘合剂的类型(如粘合剂搭接强度)、粘合剂厚度、粘合剂配置面积以及粘合剂均匀性(比如，无空隙)。使爆破压力与接头内空间截面积相乘(即F＝P×π×CID2，其中CID指接头体20部分的内径)，就可把所需压力(P)，比如爆破压力转化为所需力(F)。可以所需方式使所需力与搭接力(LF)相关联。比方说，我们能得到用以估计作为所需力(F)函数的搭接力(LF)的以下等式：
等式(1)：2.2884(F)-2381.592＝LF；以及
等式(2)：6.9382×10-5[(F)-6230.56]2+1.81056(F)-1700.752＝LF
其中，F是以磅为单位的力，LF是以磅为单位的力。等式(1)的相关系数为.9724，小于0.0001概率的数据不适用于等式。等式(2)的相关系数为.9938，小于0.0001概率的数据不适用于等式。可用粘合剂搭接抗剪强度(AS)、pi以及接头体20内径的乘积来除搭接力(LF)，从而判定长度L(即(LF)/(AS×π×CID)＝L)。
【0045】参照图7～9，可把接头14干装配到构件12上，这样密封元件22a与22b就可被封接到接头体20内表面32及构件12关联端34外表面40上。根据接头体20与构件12所用材料类型，可能需要对内表面32及/或外表面40进行清洁。在给定特定示例中，没有对接头体20内表面32进行清洁，但对构件12外表面30进行了清洁，首先用适当粒度(如120粒)的砂纸打磨外表面30，然后在表面30上使用酒精溶剂。通过选择密封元件22a与22b所用密封件类型及其几何形状，就可使构件12与接头14之间的干摩擦满足所需水平。在给定特定示例中，构件12与接头14之间的干摩擦相当大，所以当联接区50内粘合剂16固化时就不需要竖向支撑组件10(见图1)，即使有，也很少，即使在构件12相当大且相当重的情况下(比如，公称径向尺寸大于或等于2英寸的金属导管或管道)也是如此。在给定示例中，工程唇形密封件的表面接触力比普通O形圈密封件的表面接触力大60％。由于能够全部或部分如所需般干装配组件10(见图1)，所以粘合剂16的固化时间相当短。但要明白的是，粘合剂16可被选定为具有广泛不同固化时间(比如，从小于等于20分钟到超过8小时)的粘合剂以满足给定情形需要。
【0046】可用带喷嘴102的敷料器100把粘合剂16导入联接区50。辅料区100可包括有一个用以配送粘合剂16的可以手动、气动及/或电动等任意所需方式操作的装置(比如，泵)。可从多种渠道购买到适当的敷料器，比如由Minnesota Mining and Manufacturing，Inc.ofSt.Paul，Minnesota销售的Scotch-Weld EPX Plux II敷料器。在给定特定示例中，用一个带埋头孔64的孔60直接装纳粘合剂16(后文将此孔60称为“填充孔60a”)，喷嘴102具有一个锥台形端头104，锥台形端头104的夹角与埋头孔64的夹角相匹配。此种构造有助于喷嘴102对准填充孔60a，端头104与埋头孔64之间的配合有助于防止粘合剂配送到接头体20外表面108上。但要明白的是，任一孔60都可被用来直接装纳粘合剂16。
【0047】可通过喷嘴102及接头14把粘合剂16配送(比如，泵抽)到20与构建12之间的空间S内。据发现，粘合剂16将纵向流向密封元件22a与22b，并沿密封部件22a与支座52a之间的第一环道110以及第二密封部件22b与支座52b之间的第二环道112流动。当联接区50内充满粘合剂16时，粘合剂16将从其它孔60(后文称之为“排放孔60b”)流出。密封元件22a与22b封闭了联接区50内的粘合剂16，因而，在给定示例中，粘合剂16就不会被配置到与构件12内部流体连通的接头体20空腔30内。此外，由于联接区50具有预定体积，所以就可对进入联接区50的粘合剂16体积进行量度，从而确保有所需量的粘合剂16配置在接合件18内并被保存。从孔60中伸出的粘合剂材料114可被用作判断接合件18是够正确组装的方法。
【0048】精通技术的人员将会明白，当粘合剂16开始从排放孔60b向外流时，联接区50就可能全部充满粘合剂16，也有可能是联接区50部分充满粘合剂16(就是说，可能在联接区50内的粘合剂16中有一个或多个空隙)。但在我们的经历中，通常不会在联接区50内形成空隙。
【0049】由于构件12与接头14接头体20之间的密封是由密封元件22a与22b形成的，而不是由粘合剂16形成的，所以联接区50内粘合剂16存在的一个或多个空隙(无图)并不影响接头14的密封性。另外，并不需要把粘合剂同时粘结在构件12与接头体20上。在给定示例中，在把接头14组装到构件12上之前，会对构件12关联端34的外表面40进行清洁，所以，粘合剂16可以很好地粘结在外表面40上。在固化以后，粘合剂16就成为扁平的U型结构并限定了分别深入通道110与112的一对环形凸起120。环形凸起120可阻止接头14相对构件12的轴向运动。
【0050】由于密封功能(可由密封元件22a与22b完成)与接头体120和构件12的固接功能(可由联接区50内的粘合剂16完成)相互独立，所以接头体20与构件12可由不同的材料制成(比如，CPVC、PVC或不锈钢壳应用于接头体20，而铜可应用于构件12)。通过粘合剂的选择与/或接头体20的处理，粘合剂16就不必粘结到接头体20上，从而密封元件22a与22b就可根据接头体20的热膨胀差异而相对构件12运动。
【0051】要明白的是，构件12的关联端34与/或接头体20可被构型而使得粘合剂16既不粘合在构件12上，也不粘合在接头体20上。在图10～13所示示例中，可在构件12关联端34上与联接区50(见图13)位置相对应的区域形成一个锁紧元件130。在图10中，在构件12关联端34的周边附近形成了多个凹窝134。在给定示例中，凹窝134大致为V形，但也可以是任意所需形状(比如，球形区段)。在图11所示示例中，在构件12关联端34的周边附近形成了一个环形槽136。在图12与图13所示示例中，对构件12关联端34的外表面40进行了滚花处理，这样滚花部段138的直径就相对大于构件12关联端34相邻段的直径。在图10～13任一所示示例中，联接区50内的粘合剂不必直接粘合到构件12上，而是可被装纳到凹窝134、凹槽136及滚花部段138滚花之内，从而，在粘合剂16固化以后，就不能把接头14从构件12处抽出。相应地，就不必把粘合剂16粘合到接头体20与构件12其中之一或两者上。
【0052】图14与图15显示了一种适当的用于形成滚花部段138滚花的工具。工具140可包括有多个可相对运动的滚花轮142以将滚花轮142压入构件12(见图13)。可用类似的工具(无图)来形成图10所示凹窝134或图11所示凹槽136。另外，用于在导管和管道上形成锁紧结构如凹槽的机动回转型成形工具可在市场上买得到。已知的一种工具如Victaulic辊轧开槽机，但是需要对此工具进行改进以在所需位置上使凹槽136(见图11)相对构件12(见图3)端面58(见图3)定位。
【0053】虽然目前所述组件10(见图1)中的构件12(见图3)是装纳到接头14(见图3)的空腔30(见图3)内，但应当理解的是，也可把接头14′装纳到构件12′内，如图16所示。在此示例中，孔60′穿过构件12′，支座52a′与52b′被构型为使密封元件22a′与22b′在接头体20′外部上定位，而粘合剂16被装纳在接头体20′与构件12′之间。
【0054】要明白的是，通过选择粘合剂16类型、联接区50长度L以及构件12关联端34外表面40与空腔30内表面12之间间隙量(精通技术的人员将认识到构件12与接头体20的形状不一定为圆形，但我们在后文中仍称之为“径向间隙”)，就可以使粘合剂16撕裂强度与接合件18抗剪强度达到所需水平。可根据给定情形的特定需求对径向间隙及联接区50长度L进行选定，从而增加或降低给定粘合剂16的搭接抗剪强度。举例来说，对于给定粘合剂16与给定径向间隙来说，可使联接区50的长度加长或缩短，从而取得更多或更少的粘合剂16可配置表面面积。要明白的是，联接区50加长就可使接合件18搭接抗剪强度增大到一定程度，而联接区50缩短可降低接合件18的搭接抗剪强度。
【0055】在另一示例中，对于给定粘合剂16及联接区50而言，可增大或减小径向间隙来影响接合件18的搭接抗剪强度以及粘合剂16的撕裂强度。要明白的是，在某些情况下，尤其是在径向间隙相当小时，要增加粘合剂16撕裂强度不一定要加长联接区50，这是因为由接合件18传递的适度的轴向直接载荷可使得联接区50内的粘合剂16大大拉长。鉴于这一点，我们已注意到，在我们的试验中，当另一粘接系统使用较大直径的导管和管道，比如公称径向尺寸大于或等于两英寸导管或管道时，通常用在此种联接系统中的径向间隙就非常小(比如，0.005英寸)，这样就能使粘合剂大大拉长(比如，有时大于20％)并从导管上剥离下来。在使用较大直径导管与/或管道的系统中，向/从导管或管道传热可能相对快于向/从接头体传热，所以，就可能在导管/管道与接头体之间的相关区域内产生较大的温差(比如，20°F或更多)。我们也注意到，当导管/管道与接头体使用不同材料时，不同的热膨胀率会进一步加剧这种情形。
【0056】我们也发现，不可能通过改变这种粘接系统来充分扩大径向间隙，因为接头体上的一部分导管/管道不受支撑，而且会不利于连接。鉴于这一点，我们注意到，0.03英寸的径向间隙可使导管/管道相对接头体充分运动，这样导管/管道与接头体之间就形成了线-线接触。由于这种线-线接触以及粘合剂可能沿导管/管道向外流出，所以导管/管道与接头体之间的粘合剂就可能持续地获得有效保持所需撕裂强度对应的厚度。要明白的是，在保持所需撕裂强度及搭接抗剪强度的情况下，控制径向间隙就可使联接区50长度L达到最小(从而节省材料)。鉴于这一点，可对径向间隙进行选定以使联接区50内的粘合剂在周边各点上均有充分厚度，从而当联接区50附近接头体20温度与联接区50附近构件12温度之间温差至少为25°F时，就可限制联接区50内粘合剂16的拉长，从而避免了联接区50内粘合剂16的撕裂失效以及接合件18的剪切失效。在对依据本公开本教义构建的接合件进行的试验中，采用了四英寸公称直径导管以及0.03英寸的径向间隙，粘合剂伸长率降低至10％或更小(在某些情况下，对于35°F的温差，伸长率可降低至6％)。
【0057】我们已注意到，较大的径向间隙便于使用不同的粘合剂16。举例来说，如果环境气温在第一温度范围内(比如，小于50°F)，那么可采用具有第一粘度的粘合剂，而当环境气温在第二温度范围内时(比如，大于或等于50°F)，就采用不同的具有更高粘度的第二粘度粘合剂。
【0058】依据本公开本教义构建的另一组件10c如图17所示。组件10c可包括有一对零件或构件12、一个接头14c以及一个粘合剂16。除了下面提到的以外，接头14c可与以上详述的接头14相似。简单来说，接头14c可包括一个接头体20c及两对密封元件22a与22b。接头体20c可由一种适当的结构材料制成，比如说用铜制成，并且接头体20c可具有一对插入端26(比如，一个入口和一个出口)，所述一对插入端26沿一条与接头体20c纵轴502一致的直线500同轴配置。精通技术的人员将会明白，虽然图示特定接头14c是用于连接两根流体导管的直线结合型接头，但本公开本教义也可应用于其它类型的接头，比如T形接头。每个插入端26都可限定一个端面28c和一个空腔30c。空腔30c可具有一个内表面32c，并可被构型为用以装纳相关构件12的一个末端34。
【0059】每对密封元件22a与22b都沿直线500相互轴向隔开。每对密封元件22a与22b都可被设计为用以支撑空腔30c内相关构件12的末端34，并用以把接头体20c与相关构件12末端34的外表面40封接起来，这样外表面40就与空腔30c内表面32c隔离开来而在其间形成粘接区或空间S。在给定特定示例中，密封元件22a与22b为工程唇形密封件，所述工程唇形密封件具有一个本体44和一个唇形件46以共同构成一个环形密封件。在关于流体连通系统的示例中，密封元件22a与22b被构型为用以固接内表面32c与外表面40。精通技术的人员将从本公开本中了解到，也可使用O形圈等其它形式的密封件。
【0060】接头体20c可包括两对支座52a与52b以及一对止动器54c。每个支座52a与52b都可被相互轴向隔开并可被构型为用以分别固持相关密封元件22a与22b并对其定位。每个止动器54c都可以是一个可阻止相关构件12插入空腔30c超出预定距离的结构。在给定特定示例中，每个止动器54c都包括有一个形成于接头体20c上的凹窝。凹窝可径向向内凹入空腔30c到一定程度，直到其将接触到相关构件12的端面58以阻止相关构件12进一步插入空腔30c为止。可将止动器54c相互隔开以在构件12端面58间形成导管止动区510。导管止动区510的长度为LT。
【0061】接头体20c也可限定孔60，所述孔60可位于密封元件22a与22b之间并伸入空腔30c内。可用密封元件22a与22b之间的孔60如以上详述般安装粘合剂16。鉴于这一点，可通过一个或更多的孔60将粘合剂16抽送到相关构件12末端34外表面40与空腔30c内表面32c之间的粘接区或空间S以将接头体20c固接或封接到相关构件12上。那些精通技术的人员会明白，由于密封元件22a与22b支撑构件12末端34，而且末端34外径与接头体20内径之间的差距可被设定大小，所以粘合剂16可达到所需(壁)厚度，比如约0.015～0.035英寸，优先约为0.02～0.025英寸。
【0062】我们认为，当组件10c经受热循环时，导管止动区510的长度LT对组件10c的使用寿命有影响。如图3所示，在使用较短长度LT的导管止动区510时，由于粘合剂16(见图9)的绝热效果以及密封元件22b、构件12末端34外表面40与空腔30内表面32之间环流层的绝热效果，因此会大大阻挡从构件12流向接头14接头体20的受热流体的热传递。鉴于这一点，粘合剂16(见图9)以及通过构件12的流体(如，水)的热导率大致可比构件12及接头14接头体20成形材料的热导率小三个数量级(比方说，水与粘合剂16(见图9)的热导率可约为0.6W/m°K，而给定示例中形成构件12与接头14接头体20的铜的热导率可约为401W/m°K)。所以，可用比接头14接头体20受热速率大得多的速率由通过的受热流体来加热构件12末端34。正如那些精通技术的人员将明白的那样，普通的做法是对结合型接头进行构型使插入其中的导管尽可能相互靠近以减少用于形成接头的材料用量。在使用钎焊将接头与导管相互紧固的系统中，通常会对插入结合型接头内的导管进行定位以使其几乎彼此接触。在把接头卷边到导管上的系统中，可用卷边工具宽度来确定导管的位置，但由于此种接头的壁厚通常大于插入其中的导管的壁厚，所以这种偏移仍然相当近。
【0063】向构件12与接头体20传热速率的不同使得构件12与接头体20以不同的速率变热(并因而膨胀)，这会对粘合剂16(见图9)施加热致剪切应力。当受热流体通过组件10(见图1)达一定时间并随后降低环境气温时，组件10(见图1)的重复热循环可影响粘合剂16(见图9)的寿命。
【0064】相对来说，图17所示接头14c导管止动区510的尺寸相对大于接头14c接头体20c的直径，以便于改善从构件12流入接头体20c的受热流体的热传递，从而减小构件12与接头体20c膨胀与收缩的速率差，并因而减小施加于粘合剂16上的热致剪切应力的幅值。鉴于这一点，可对导管止动区510定大小以相对图3所示示例降低或消除导管止动区510区域流体的绝热效果，从而使构件12内的受热流体更易传热到接头体20c。导管止动区510的大小优先权衡多个设计考虑要素，比如通过密封元件22a与22b之间接头体20c区段P1的热导率以及用于形成接头体20c的材料用量。
【0065】参照图18，图中示意了通过组件10c的热传递情形。从构件12流入接头14c接头体20c的流体F的热量间接通过粘合剂16(如参考字母HA所示)，同时也直接通过(比方说，从流体F到导管止动区510区域，如参考字母HTSZ所示)。假如与HTSZ相关的热导率大于与HA相关的热导率，那么热量将在两个方向上从与导管止动区510相关的接头体20c区域流向粘接区或空间S，如参考字母HTCS所示。
【0066】导管止动区510的长度可被设计为以允许接头体20c相对均匀受热的速率将流体F处的热量抽入与导管止动区510对应的接头体20c部段P3。举例来说，如果流经组件10c的流体F经受110°F的温度变化(比如，加热到180°F的水循环流过组件10c，通过组件10c的热水流停止，组件10c内的水被冷却到环境气温70°F并随后热水流得以恢复，这样组件10c内的水温迅速从70°F升至180°F)，那么导管止动区510的长度可被设计为使得接头体20c第一部段温度与接头体另一部段温度之差不超过预定温差，比如20°F、15°F或12°F。换句话说，接头体20c表面最大温度与接头体表面最小温度在任意给定时间上都将不超过预定温差。预定温差可以是任意的小于或等于最大预定温差的一个温度，比如30°F。
【0067】可用有限元分析等技术以将各种结构特征、热导特征及物理特征(比如，质量)优化到所需程度的方式来设计接头体20c的各个部分。但要明白的是，也可用计算及实验等其它技术来设计接头体20c。
【0068】举例来说，可用估算多个热导率的方法来设计接头体20c。在此方法中，热量传入与各个粘接区或空间S相关的接头体20c部段P1的速率(从接头体20c部段P2延伸到最近的导管止动器54c与粘接区或空间S之间)可约大于或等于热量通过粘接区或空间S内粘合剂16传入接头体20c的速率的三倍(即HTCS速率大于或等于约三倍的HA速率)。导管止动区510可被设计得使进入接头体20c相应部段P3的热导率向导管止动区54c与其相关密封元件22a与22b的接头体20c部段P2提供充分的热量(也就是说，HTSZ速率大于或等于两倍的HTCS速率)。有时，粘接区或空间S的长度在导管止动区510长度LT的两倍的±15％范围内(即1.85×LT≤L≤2.15LT)。
【0069】要明白的是，把导管止动区510距离LT(见图17)加大到超出给定尺寸不会带来明显的导热助益。为防止这种情况，就需要对导管止动区510区域内接头体20c部段与具有良好导热性能的接头(即，当流过接头的流体经历较大的温度变化时，接头表面温度仍保持相当均匀)做一比较。在实践中，当流经接头的流体经历较高的温度变化时(比如，从70°F到180°F)，可用给定时间上示例接头表面最大温度与最小温度间的最大差值作为上文提到的预定温差。
【0070】在给定特定示例中，我们使用了90度弯头E，但那些精通技术的人员会从本公开本中明白，其它接头类型，比如缩径套管、45度弯头及T形接头等都可使用。第一点被配置在示例接头体20上密封件22a与22b之间的入口邻近处，而第二点被配置在接头体20上流经接头体20的流体将直接接触接头体20内表面的位置，比如接头体20被一定半径限定的位置。图19显示了一个90度弯头结合体试验期间的数据曲线。
【0071】参照图18与19，对弯头E进行了热循环试验以检验其性能。在试验时，弯头E(如上所述，在弯头E的对置端装有导管12)开始处于环境温度70°F下。180°F的水循环流过弯头E及导管12，在预定时间之后，热水流动被终止，这样弯头E与导管12会恢复到环境温度。用热电偶对弯头接头体20上的上述两点温度进行测量以取得曲线所示数据。如图所示，弯头E接头体20上两点的最大温差绝对值为12°F。图20所示曲线显示了接头14c在相同热循环试验条件下的特性，还显示了其最大温差小于20°F。我们还对以常用距离(即几乎接触)将内插导管隔开当其它类似于接头14c的结合型接头进行了试验。图21中曲线显示了接头处于上述试验条件下时，接头体表面温度最大差值将近30°F。
【0072】虽然我们使用了热电偶来验证依据本公开本教义构件的特定接头的性能，但我们注意到，其它的验证方法也可以使用。举例来说，可用热成像技术，比如自记温度图表来验证特定接头14c以预定方式工作。
【0073】可用多种方法来估算上述热导率，在我们应用的方法中使用了以下三个等式。
HA=TCA1.73×CAA144×12TA×ΔT1]]>
其中：
HA指通过粘合剂16传入接头体20c部段P1的热导率，单位为BUT/hr；
TCA指粘合剂成形材料的导热率，单位为W/(m°K)；
1.73为转换因子(W/m°K到BTU·ft/hr·ft2·°F)；
CAA指垂直于经过粘接区内粘合剂的热量流向的接头体20c一侧的粘合剂16截面面积，单位为平方英寸；
144为转换因子(平方英寸到英尺)；
12为转换因子(英寸到英尺)；
TA指通过粘接区内粘合剂16截面面积而导入接头体20c部段P1的热量经过的粘合剂的厚度；
ΔT1指流经组件10c的流体的期望温差，单位为°F。
HTCS=TCF1.73×CAP2144×12LP2×ΔT1]]>
其中：
HTCS指从接头体20c部段P2到接头体20c部段P1的热导率，单位为BUT/hr；
TCF指接头体20c成形材料的导热率，单位为W/(m°K)；
1.73为转换因子(W/m°K到BTU·ft/hr·ft2·°F)；
CAP2指垂直于从接头体20c部段P3传向接头体部段P1的热量流向的接头体20c部段P2的截面面积，截面面积的单位为平方英寸；
144为转换因子(平方英寸到英尺)；
12为转换因子(英寸到英尺)；
LP2指热量通过截面面积CAP2的距离(即接头体20c部段P2的长度)，单位为英寸；
ΔT1指流经组件10c的流体的期望温差，单位为°F。
HTSZ=TCF1.73×CAP3144×12WTF×ΔT2]]>
其中：
HTSZ指从流体F传入接头体20c部段P3的热导率，单位为BUT/hr；
TCF指接头体20c成形材料的导热率，单位为W/(m°K)；
1.73为转换因子(W/m°K到BTU·ft/hr·ft2·°F)；
CAP3指接头体20c部段P3的内表面面积，单位为平方英寸；
144为转换因子(平方英寸到英尺)；
12为转换因子(英寸到英尺)；
WTF指接头体20c部段P3的壁厚；
ΔT1指在任意给定时间上接头体20c最高温度与最低温度间的所需最大温差。
示例1-1：2″公称直径铜管
【0074】接头14c具有一个由铜制成的接头体20c，其热导率为401W/m°K(TCF＝401)。接头体20c的公称内径(NID)为2.145英寸，公称外径(NED)为2.263英寸，所以CAP2为0.409平方英寸(即CAP2＝3.14×[(NED)2-(NID)2]÷4)，壁厚为0.059英寸(WTF＝[(NED)-(NID)]/2。对止动器54c进行定位以使导管止动区510长度LT为0.25英寸。而导管止动区510相反侧的接头体20c部段P2的长度为0.25英寸(即LP2＝0.25)。接头体20c部段P3的截面面积为1.634平方英寸(即CAP3＝3.14×(NID)×LT)。环境气温为70°F，而通过构件12的流体(水)温度为180°F，这样ΔT1就等于110°F(即ΔT1＝180°F-70°F)。构件12的外径(SED)为2.215英寸，所以粘合剂16厚度就是0.1英寸(TA＝[(NID)-(SED)]/2)。粘合剂16的热导率为0.6W/m°K(TCA＝0.6)，且其到接头体20c各侧的距离LL都超过0.553英寸。粘合剂的截面面积(CAA)的截面面积为3.69平方英寸(即CAA＝3.14×SED×LL)。通过接头体20c表面的最大所需温差为12°F(即ΔT2＝12°F)。热导率HTCS约为3470BUT/hr，而热导率HA约为587BUT/hr，热导率HTSZ约为6415BUT/hr。所以，热导率HTCS值约为热导率HA值的5.9倍，热导率HTSZ值约为热导率HTCS值的1.9倍。
示例1-2：3″公称直径铜管
【0075】接头14c具有一个由铜制成的接头体20c，其热导率为401W/m°K。接头体20c的公称内径为3.149英寸，公称外径为3.299英寸。对止动器54c进行定位以使导管止动区510长度为0.3英寸，而导管止动区510相反侧的接头体20c部段P2的长度为0.375英寸。环境气温为70°F，而通过构件12的流体(水)温度为180°F。构件12的外径为3.125英寸。粘合剂16的热导率为0.6W/m°K，且其到接头体20c各侧的距离都超过0.644。通过接头体20c表面的最大所需温差为12°F。热导率HTCS约为4302BUT/hr，而热导率HA约为1006BUT/hr，热导率HTSZ约为9168BUT/hr。所以，热导率HTCS值约为热导率HA值的4.3倍，而热导率HTSZ值约为热导率HTCS值的2.13倍。
示例1-3：4″公称直径铜管
【0076】接头14c具有一个由铜制成的接头体20c，其热导率为401W/m°K。接头体20c的公称内径为4.158英寸，公称外径为4.358英寸。对止动器54c进行定位以使导管止动区510长度为0.4英寸，而导管止动区510相反侧的接头体20c部段P2的长度为0.5英寸。环境气温为70°F，而通过构件12的流体(水)温度为180°F。构件12的外径为4.125英寸。粘合剂16的热导率为0.6W/m°K，且其到接头体20c各侧的距离都超过0.7英寸。通过接头体20c表面的最大所需温差为14°F。热导率HTCS约为5682BUT/hr，而热导率HA约为961BUT/hr，热导率HTSZ约为14123BUT/hr。所以，热导率HTCS值约为热导率HA值的5.9倍，而热导率HTSZ值约为热导率HTCS值的2.49倍。
示例1-4：1.5″公称直径铜管
【0077】接头14c具有一个由铜制成的接头体20c，其热导率为401W/m°K。接头体20c的公称内径为1.64英寸，公称外径为1.742英寸。对止动器54c进行定位以使导管止动区510长度为0.25英寸，而导管止动区510相反侧的接头体20c部段P2的长度为0.25英寸。环境气温为70°F，而通过构件12的流体(水)温度为180°F。构件12具有的外径为1.625英寸。粘合剂16具有的热导率为0.6W/m°K，且其到接头体20c各侧的距离都超过0.7英寸。通过接头体20c表面的最大所需温差为12°F。热导率HTCS约为2302BUT/hr，而热导率HA约为535BUT/hr，热导率HTSZ约为5851BUT/hr。所以，热导率HTCS值约为热导率HA值的4.3倍，而热导率HTSZ值约为热导率HTCS值的2.54倍。
示例1-5：1.25″公称直径铜管
【0078】接头14c具有一个由铜制成的接头体20c，其热导率为401W/m°K。接头体20c的公称内径为1.39英寸，公称外径为1.478英寸。对止动器54c进行定位以使导管止动区510长度为0.175英寸，而导管止动区510相反侧的接头体20c部段P2的长度为0.25英寸。环境气温为70°F，而通过构件12的流体(水)温度为180°F。构件12的外径为1.375英寸。粘合剂16的热导率为0.6W/m°K，且其到接头体20c各侧的距离都超过0.34英寸。通过接头体20c表面的最大所需温差为12°F。热导率HTCS约为1684BUT/hr，而热导率HA约为467BUT/hr，热导率HTSZ约为4024BUT/hr。所以，热导率HTCS值约为热导率HA值的3.6倍，而热导率HTSZ值约为热导率HTCS值的2.39倍。
【0079】依据本公开本教义构建的另一组件10d如图22所示。除此处所述外，组件10d基本上与美国专利申请号11/256,596相似，此处将如详述般参考引用所述专利公开本。简单来说，组件10d可包括有一对构件12d、一个接头14d以及一个粘合剂16d。接头14d可包括有一个接头体20d以及一对间隔元件22d。在给定示例中，构件12d为铜管，接头体20d由铜制成。那些精通技术的人员会认识到，一个或多个构件12d及接头体20d也可使用其它材料。接头体20d可包括有一对插入端26d(即一个入口和一个出口)，所述一对插入端26d可相对于接头体20d纵轴502一致的一条直线500d同轴配置。每个插入端26d都可限定一个端面28d以及一个具有内表面32d的空腔30d。空腔30d可被构型为用以装纳相关构件12d的一个末端34d。接头体20d还可限定一对可相互隔开的止动器44d，以在被插入接头体20d内的构件12d端面58d之间形成一个导管止动区510d。
【0080】间隔元件22d可被装入接头体20d内并可接触空腔30d的内表面32d。每个间隔元件22d都可以是一个“无端”部件，比如O形圈，而且还可在空腔30d周边以连续(即不间断)方式接触内表面32d。或者，可以以一种非连续方式(比如，具有多个空隙)形成间隔元件22d，以使其相应地以非连续方式接触内表面32d。此外，间隔元件22d可由弹性材料或可变性材料制成。可从端面28d处将间隔元件22d轴向隔开以限定一对粘接区50d。
【0081】在应用粘合剂16d之前，可用机械或化学清洁等方法对空腔30d内表面32d及/或构件12d外表面40d进行表面处理以助于粘合与密封。可将粘合剂16d施用到空腔30d内表面32d及/或构件12d外表面上(即将被插入空腔30d内的构件12d部段的端面附近)。在我们的试验中，以连续环(圆)道的方式将粘合剂16d施用到内表面32d上，在某些试验中以连续环(圆)道方式而在其它试样中以连续之字形将粘合剂16d施用到构件12d外表面40d上(比如，在构件12d关联端34d周边形成一系列“W”形，每个“W”形都接触邻近的“W”形)。然后把构件12d插到空腔30d上。
【0082】间隔元件22d可集聚一部分粘合剂16d(从构件12关联端34d部段刮取下来)，滑动间隙元件22d，使粘合剂16d形成一个紧贴间隔元件22d、接头体20d及构件12d的粘合带60d。由于粘合带60d连续分布在接头体20d与构件12d之间连接处的周边，所以它的存在确保了接头体20d与构件12之间的液密连接。另外，间隔元件22d的存在，对液态粘合剂16d施加的剪切力(由构件12d与接头14d之间的滑动作用引起)分别或同时使得在构件12d被放入接头体20d时，粘合剂16d沿构件12d回流。粘合剂16d的回流完全填满了构件12d外表面40d与联接区50d内空腔30d内表面32d之间的空间，因而在构件12d与接头14d之间具有了最强的机械联接。
【0083】导管止动区510d可被设计得使构件12d内的受热流体更易传热至接头体20d。导管止动区510d可被设计得使热量以第一热导率从对应于导管止动区510d的接头14d接头体20d部段处传导，其中第一热导率比第二热导率大三倍，第二热导率指热量从粘合剂16d传至接头14d的速率。
【0084】要明白的是，以上说明在本质上仅为示范之用，并不意在限制本公开本及其申请或应用。虽然用文字阐述及附图图示的方式举了些具体例子，但那些精通技术的人员将会理解，在不背离如权利要求书所述的本公开本范围的情况下，可作出各种改变并可用等同物来替代其元件。另外，即使没有具体图示或描述，各示例间结构、元件及/或功能的混合与匹配在此处也得以明显的考虑，所以，精通技术的人员会从本公开本中了解到，一种示例的结构、元件及/或功能可被恰当地结合到另一示例中，除非上文另有所述。还有，在不背离本公开本实质范围的情况下，可对一种特定情况或材料作出许多改变以使其适用于本公开本教义。因此，本公开本并不限于附图所示及说明所述的作为执行本公开本教义当前最佳模式的特定示例，而是本公开本范围将包括任何属于前文说明及附带权利要求书的实施例。