压力容器滚压螺栓旋合拉伸分析

压力容器滚压螺栓旋合拉伸分析

田建飞

陕西延长中煤榆林能源化工股份有限公司 陕西 榆林 718500

摘要：为解决压力容器滚动螺栓在旋转及拉伸测试时出现的卡死现象，提出了相应的解决措施。采用一系列螺栓检测及实验研究方法，对螺栓在旋合和拉伸过程中出现卡滞的原因进行了分析，螺纹配合间隙的确定、螺距累计误差、螺距偏移等对轧制螺栓的旋张与伸张有重要的影响。

关键词：滚压螺栓；旋合；拉伸

引言

M155x4轧制螺栓在旋转和拉伸实验中出现卡死现象。由于生产过程的复杂、特殊，普通的通止表无法用来判定螺纹是否合格，而是要通过一系列的检验手段，包括螺钉、拉力测试等来判断螺钉的质量。通过对轧制过程中丝线的测试与实验，探讨了丝线在轧制过程中，对丝线的旋合与伸长过程中的影响。

1试验过程

1.1旋合试验

作者根据1:1的比例，制造了一个主螺钉孔的仿制品，然后将主螺钉和螺钉孔的仿制品旋合在一起，用手拧上几个扣子，再用自动旋转器不断拧上，直到拧不动为止。通过实验，发现3个主螺杆在拧紧半圈松时，都不能全部拧进螺杆，编号为1,2,3。

1.2拉伸试验

拉伸试验在开展之前要装配好试验装置，对螺栓以及螺帽等进行安装，拉力机将液压与电子管道连接起来，并根据拉力机械盖的程序来进行拉力预紧测试，检查主螺丝拧得是否正确；接着根据拉力机的开启顺序，做了卸荷实验，检查主螺丝是否能正确的拧开并拧紧。经过实验，发现3个主螺杆在拉到最大压力时，主螺杆不能正确地拧紧，编号3,4,5。

2原因分析

2.1中径、螺距测量分析

螺纹的直径以及牙形半角等的误差会影响到螺纹互换性。因为在大直径和小直径的螺纹之间留出了空隙，所以通常并不会对其性能产生影响，而内外螺纹在中间直径上的旋合，则是靠着旋合后齿面的均匀接触来实现的。在此基础上，提出了一种新的可交换螺纹的设计方法。因牙型半角不能测，而参考成品资料，牙型半角不能测，所以仅测得了中间直径及间距。

对主要螺栓，主要螺帽，主要螺钉，主要螺母，主要螺孔的中径进行了测量。主要螺杆，主要螺母，主要螺杆及螺钉孔模拟体的中径都在容许范围内，主要螺钉与螺丝孔的径向啮合间隙为0.37~0.39毫米，主螺杆与主螺帽的径向啮合间隙约为0.5毫米。把有问题的主要螺杆放入镗床，进行螺距累计误差和螺纹平直度的检测，丝杠的平直度为0.01毫米至0.025毫米。因此，在螺杆旋合时，应存在其它原因造成螺杆的堵塞。

2.2螺纹间隙放大旋合试验

因为之前的工程中，M155x4的主要螺栓也是通过轧制来生产的，对比了反应堆压力容器的主要螺栓和主要螺帽的尺寸，发现以前的设计方案中，主螺钉的容许偏差范围小于本反应堆压力容器，螺杆与螺杆之间的公差范围基本一致，但主螺杆的公差范围较大；主螺杆与螺杆孔的配合间隙最大值接近于反应堆压力容器，而主螺杆与螺杆孔的配合间隙最小值大于反应堆压力容器；主螺母与主螺母之间的配合间隙较大。由此推断，该螺钉与螺钉的啮合间隙较小，是造成该螺钉卡住的主要原因。

为了证实以上猜测，在制造螺钉孔模拟件时，将其中径增加了0.1 mm，将主螺杆与螺孔的啮合间隙调到上差附近。用同样的方式，将被夹住的主螺杆与螺丝钉的仿形体再一次进行旋合实验。

三个主螺杆在旋合时，都是半圈紧半圈松，并且主螺杆在螺杆全长1/2处的磷化层磨损比较严重。认为主要螺钉在旋入时，由于螺钉的圆周度不均匀，造成了螺钉在旋入时的偏心。

2.3螺纹对称度检查

为了确认主要螺钉是否有偏心，对主要螺钉磷化层磨损比较严重的螺钉，在圆周上不同部位分别测量了大、中直径，然后上机检测主要螺钉的对称性。

通过检测发现，主要螺栓磷化层磨损比较严重的部位的大、中直径与其它部位的差异均在0.05毫米之内，主要螺栓的对称性均在0.05毫米之内。

2.4螺栓研磨试验

通过对主螺杆的检测，可以推断出主螺杆有一个部分的高，因此，制造了一个螺旋研具来研磨主螺杆的圆柱端部的螺纹（如图1）。用大间隙砂轮对圆筒末端的全部螺纹进行砂轮抛光，抛光后用小间隙砂轮对砂轮的通过性进行检验，砂轮抛光后，砂轮顺利通过。

主要螺钉经打磨后，螺钉表面的部分磷化膜脱落，螺钉中直径减少约0.02毫米。将主要螺钉与螺钉的仿真螺钉进行旋合实验，螺钉没有就位，而且到了后半部分，仍是半圈紧半圈松。从而排除了出现局部过高而造成螺栓卡死的可能。

图1螺栓研磨

2.5螺栓螺旋线检查

将有旋紧张力问题的主螺杆与旋紧张力正常的编号6的主螺杆分开装入水平检验螺杆，并且表现出了一个半圆的增加，一个半圆的减少，在跳了一圈之后，基本上又恢复到了原来的位置，总螺距大于0.3毫米；将3,4,5号主螺栓拉到最高压力时，3,4,5号主螺栓的单螺距偏差大于0.15 mm，与圆筒末端的变化规律一致，总的螺距误差在0.3毫米左右。

与此相反，6号主要螺栓的圆筒末端的整个螺距误差不超过0.3毫米，螺帽端部的总螺距小于0.2毫米，表明除了螺距累计误差外，对主螺杆的旋合和伸长也有一定的影响。

3结果

通过以上的测试和检查，发现在旋合和拉伸过程中出现卡住的主螺栓的大径对都是符合要求的，螺纹没有显著的不对称性，但螺距累计误差较大，单丝螺线有很大的偏差。现就主要螺钉在旋紧、张紧时发生卡死的原因作进一步的分析。

(1)通过对主螺杆螺母的检测，得出了主螺杆螺母出现卡壳的原因，主要螺钉与螺钉孔内径向啮合间隙的平均值为0.4毫米，轴向间隙为0.23毫米，螺距累计误差约为0.15毫米，加单螺纹偏差0.2毫米，在螺纹端部的轴线方向上不再有任何空隙，从而引起卡口。通过观察每根螺旋线的跳动量，可以看出螺旋线的曲线为“S”形，上下距离大约为半圈，这符合螺杆旋合时的半圈紧半圈松。由于螺丝钉的最高处距离螺丝钉的孔隙是最小的，因此，当螺丝钉的最高点接近螺丝钉的一半时，就会出现卡口现象，底部和螺孔之间的空隙最大，因此底部周围大约有一半的螺旋是正常的，因此，在旋合时就会产生“半圈紧半圈松”的情况。（2）主锚杆张拉过程卡滞的原因分析通过对锚杆张拉试验数据的分析，得出了锚杆张拉与张拉之间的线性关系，对主螺杆和主螺杆在拉至最大压力时的伸长进行了计算，得出了主螺杆和主螺杆的配合部分的伸长为0.28 mm。通过对中间直径的测试，得出了主要螺母与主要螺母的径向啮合间隙约为0.5毫米，其轴向啮合间隙约为0.29毫米。在张力作用下，螺栓的形状发生了变化，导致了螺纹的中径降低，从而使主螺栓和主螺帽的实际啮合间隙增加，在螺栓螺距和螺丝钉螺距的累计误差很小的情况下，当主螺杆拉到最大压力时，主螺杆与主螺帽之间仍然存在空隙，这样，主螺丝就能正常拧上了；相反，在主螺丝拧紧时会卡滞。因此，在拉拔过程中，主螺帽的卡死除了与螺母的偏心、螺母间距的累计误差之外，还与螺母的啮合间隙过小也有一定的关系。在反应堆压力容器中，主螺栓和主螺母之间的间隙平均小于0.5毫米，而在之前的项目中，在轧制螺栓的拉制过程中，并没有出现卡住的情况，结果表明，增加螺杆与螺杆之间的配合间隙，对主杆的拉拔有利。

结束语

综上所述，在主螺杆旋合的过程中，由于螺杆的单根螺旋线的偏差和螺距的累积误差的叠加而产生的卡滞；主螺杆在张拉时出现的主螺杆卡死现象主要是由于螺杆偏心、螺杆间距累计误差、主螺杆与啮合间隙过小等因素的综合作用所致。

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