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卡套式管接头密封可靠性分析

管接头在液压系统中的泄漏不可忽视,泄漏可造成效率降低,油温升高,执行机构不稳定,污染环境等。直接影响液压设备的正常使用,如何提高接头体的密封可靠性, 正是设计制造企业和使用单位一直面对的课题。

卡套接头具有结构简单、重量轻、体积小、使用方便、不用焊接,而且具有良好的耐压性、耐振动性、耐热性及可靠的密封性。因此,它可以用于高温、高压及有振动的管路中, 是液压系统中较为理想的连接件。

单刃口卡套国家标准,制造精度按GB3764-83,表面硬度550~800HV,芯部220~300HV,硬化层深0.03~0.05mm。经过多年的对比试验及市场调研,发现按国标设计制造的单刃口卡套存在以下问题:

1、大口径卡套的密封可靠性差,特别是直径28mm以上在高压管路不易使用。
2、卡套刃口易咬伤管壁。
3、装配过程中易出现拱起部分屈服,耐热和吸收振动力较差。
4、重复装配性能欠佳。

通过对双刃口卡套的分析,对德国产双刃口渐进式卡套全面检测和试验,发现其无论大口径和小口径,高中压密封可靠性均较国产单刃口卡套高。

国产单刃口卡套和双刃口卡套内在质量的比较:

国产单刃口卡套硬化层深25~30um,硬化层硬度700HV,较脆。芯部硬度170HV,弹性极限较低。
双刃口卡套硬化层深30um,硬化层硬度750HV,芯部220HV。
双刃口渐进式卡套,硬化层深随口径变化,硬度也随口径变化,芯 部硬度250~260HV。
台湾产钢制单刃口卡套,硬化层35~45um,硬度700HV,韧性较好,芯部硬度量180HV。


几种卡套在尺寸设计上的比较:

国内和台湾产卡套尺寸设计大体一致,只是台湾产卡套内孔通径偏小,双刃口卡套,大直径较其它卡套大,个别规格与国产卡套不互换,但弹性变形区等强度悬臂设计较好,大大提高抗屈服能力。
双刃口渐进式卡套,多一道预制变形沟,使双刃口收紧更省力,并且当双刃口切入到一定深度后,止推环限制刃口过度切入钢管外壁,在保证刃口切入深度的同时,又保证了弹性区有高的抗屈服能力,外径内孔尺寸较单刃口有所不同。
卡套式管接头的密封原理: 卡套右端在螺母的拧紧顶压下,左端被挤进接头体内锥孔与管子间的间隙里,使卡套的外锥面形成锥面接触密封,卡套的内刃口嵌入钢管外壁,在钢管的外壁压出一个闭口环槽起切入密封,进一步拧紧螺母,使卡套中部稍微凸起,产生弹性变形,弹性应力使卡套右端面与螺母锥面产生摩擦力,以防螺母松动,弹性变形部分可吸收液压管道中的震动,另外,卡套尾部也紧抱钢管形成一道抵触密封。(天阳钢管)
下面就单刃口卡套和双刃口渐进式卡套的密封可靠性方面作进一步分析。
卡套式管接头的正确装配也是保障接头体密封可靠性的一项重要因素。

管接头的装配注意事项:

(1)钢管端面与轴线垂直度小于0.5 0 。
(2)去端面毛刺,倒角0.2×450。
(3)在螺纹部分与接触锥面涂适量润滑脂。
(4)装上卡套、螺母、并注意方向。
(5)抓住钢管并使端面抵住接头体台阶。
(6)画上记号,并拧紧螺母。
(7)保证钢管不跟转,拧1.3~1.5转。
(8)卸下螺母并检查卡套切入情况。
(9)预装后再装配时,从手感到拧紧力矩突然增加,再拧600~900。
综上所述,卡套式管接头的防漏与制造质量(特别是卡套的设计和卡套的内在质量)钢管精度,装配质量密不可分,需要制造者和使用者的良好合作。

不锈钢双刃口渐进式卡套的选材:

EO不锈钢卡套为单刃口,材质为316( 0Cr10Ni17Mo2Ti)因含Cr 、 Ni量多,化学热处理时强烈阻止渗入元素的扩散,使得表层渗入浓度太高,硬度高而脆性大,含有弥散强化元素Ti ,使得卡套的表面硬度进一步提高。因此,Eo不锈钢卡套(Φ16)硬化层只有11um。另外,高浓度的渗入元素和Cr  、 Ni反应生成化合物,使得基体合金元素固溶量大大降低,低到钝化点以下。所以Eo不锈钢卡套的耐蚀性较差,仓储时即可锈蚀。由于Eo螺母的螺纹进行特殊的表面层处理,使得接头体在装配时,拧紧力矩传递到卡套时损失较小,特殊的减磨表面层和浅硬化层设计使得卡套能顺利切入钢管。
普通单刃口不锈钢卡套,材质1Cr18Ni9Ti(304)氰化处理,螺纹部分未作表面处理,由于不锈钢对不锈钢摩擦系数为1.0,所以拧紧力矩不能有效地传递到卡套上。卡套的表面硬度不能高,而材料和处理工艺保证不了,只有降低硬化层深度来避免卡套假切入。(021-57590225)
国标推荐卡套用钢1Cr17Ni2为双相钢,铁素体,奥氏体含量波动对机械性能影响较大,而双相比例直接受材质处理温度的影响,且该材质有"4750C"脆性,由于有镍热处理前钝化膜具有韧性,热处理工艺性欠佳。
材质430(0Cr18)制不锈钢卡套,0Cr18为单相钢,所以热处理工艺性较好,通过合理的热处理工艺可以较易将表面渗入元素浓度,渗层硬度、渗层深度、调整到一个合理的水平。
三种材质的屈服极限为:430为28.1Kg/mm2。
                      304为27Kg/mm2。
                   ? ?316为25Kg/mm2。
430有较高的屈服极限,所以卡套抵抗屈服抗过拧紧的能力较强,屈服极限高,则弹性极限也高,卡套拧紧状态下,准备的弹性能也高,提高了卡套吸收管路振动能量,抵消热胀冷缩变形的能力。

卡套式接头预装的优点:

由于预装体为合金工具钢制造,在淬硬状态下使用,所以卡套与锥体,本体与螺母间的摩擦系数要比奥氏体不锈钢对奥氏体不锈钢的摩擦系数要小得多。这样,使得拧紧力矩能在较小损失的情况下,直接作用于卡套的切入,预装体装配拧紧力矩与拧紧圈数能很好匹配,不可能出现拧紧还不到一圈时就拧不动的情况。用本体直接装配时,只有采用一些防咬合减磨措施,如螺纹特殊表面处理。另外,加特殊润滑剂,才能保证正确装配。不锈钢接头直接装配时,如果出现拧紧力矩与拧紧圈数不匹配时,正确的做法应该按说明书规定的拧紧圈数执行。
预装后正式装配时,拧紧螺母感到力矩明显增加时,再拧600~900。这样在卡套止推环到卡套尾部产生一定的弹性变形,以增加卡套860外锥与螺母的摩擦力,以防螺母松动,另外,贮存在卡套里的弹性的力可抵削吸收管道的震动能量

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