卡套接头紧固失效分析

卡套接头紧固失效分析

苏赢

中车大连机车车辆有限公司       辽宁大连        116022

摘要：随着机车工艺的不断发展和进步，出现了许多新的管路紧固形式。卡套接头就是其中的一个重要组成部分，这种接头的结构比较简单，而且使用方便，实际应用过程中不需要焊接，因此在小直径管道中应用比较广泛。但应用不当也会发生紧固和连接失效问题，进而导致泄漏等事故发生。因此，对卡套接头紧固失效研究，才能全面提升连接效果，避免事故发生。

关键词：卡套接头；紧固失效；连接；分析

0引言

卡套接头的结构简单，安装较为方便，且耐压能力强，密封性能好，具有一定的防爆和耐振作用，因此被广泛地应用在小直径管路安装中。但在实际应用中如果忽视卡套接头的材料、制造、安装、检验、维护、检查等方面工作，很容易引起泄漏、脱落等事故。所以加强卡套接头紧固研究，对促进相关技术发展可以起到积极的推动作用。

1卡套接头结构及工作原理概述

卡套式接头由四部分接头体、卡套、螺母、衬套等4部分组成，如图1所示。其密封原理为：螺母内锥面与卡套尾部锥面贴合，并给予卡套一个向前的推力，接头体内锥面与卡套前部锥面贴合。并将卡套前端两道刃口切入钢管外壁。进而使得卡套前端刃口切入钢管外壁、卡套两端锥面分别与螺母及接头体内锥面贴合的密闭环境，达到密封效果。

在卡套预装过程中，卡套前端两道刃口切入管壁一定深度后，其刃口间的弧面会阻止卡套继续切入。确保不会因为切入过深而破坏钢管。在接头紧固后，预紧力通过外套螺母传递至卡套上，卡套良好的弹性性能使其在受到压力的情况下产生弹性变形，中间部位稍稍拱起，由此产生的弹性效应避免了金属接触密封预紧力松弛现象，从而确保卡套式接头在振动环境下仍能长时间保持密封。

图1

2卡套接头失效原因分析

通过机车运用过程中卡套接头失效情况的分析，发现产生卡套接头失效的原因大致有以下几点：

1）是螺母与接头体之间的螺纹失效导致泄漏。

接头体与螺母之间的连接一般采用普通公制螺纹连接，螺纹升角小于螺旋副的当量摩擦角，满足自锁条件，拧紧后，螺母与接头体之间的摩擦力也有防松作用，所以在静载荷和工作温度变化不大时，螺纹连接不会松脱。但机车在持续运行中接头体存在冲击、振动和变载荷等作用，使得螺旋副间的摩擦力可能减少，或瞬间消失。在这种现象多次重复发生后，就会使连接松脱。

在高温或温度变化较大的情况下，由于管接头与钢管的材料发生蠕变和应力松弛，也会使连接中的预紧力和摩擦力逐渐减小，导致连接失效，造成松脱。

2）卡套与管件未能有效压装，管件从卡套中脱出导致泄漏。

卡套的预装可采用手动和自动压装两种形式。进行手动压装时，预装力大小难以把握，而自动压装采用预装机进行压装，压装力均匀，压装效果好。如果管件进行手动压装时压装力不够，会导致卡套切入钢管外壁的切入量不足，管道中压力突变时，易出现导管件从卡套中脱出的情况。

卡套或管件管口的椭圆度过大也会出现类似的情况。在进行压装时，由于卡套或管件管口的椭圆度过大，卡套或管件管口近似椭圆，卡套切入钢管外壁的切入量不均匀，在接头体存在冲击、振动的作用时，易出现导管件从卡套中脱出的情况。

3）接头体在机车运行过程中出现断裂，导致泄漏。

管件在安装过程中未能将管件调整好，即钢管与接头不同轴。在这种情况下接头体持续受到除了纵向的预紧力外存在其他的内应力，在长时间的机车运行中接头体薄弱部位，如螺纹处，有很大概率出现断裂的情况。

3预防卡套接头失效的措施

3.1加强质量检验

为了确保卡套接头紧固效果，提升连接稳定性、可靠性，在使用接头前，应当检查接头质量。检查时，应当注意以下几个方面。

1）做好零件外观检查。

首先，检查卡套和管件关口的椭圆度，使用游标卡尺多次测量卡套的内径和管件管口的外径，检查卡套内径和管件管口的外径是否符合要求；再检查接头体内与螺母锥面的情况，接头体与螺母的锥面表面应洁净，没有损伤；最后检查接头体与螺母的螺纹情况，目视检查两者螺纹不得有损坏、污渍等情况，目视检查合格后使用通规、止规检查螺母与接头体的螺纹是否符合要求，如果有测试条件可以适当抽取样本进行螺纹检测。

2）做好卡套接头拉拔试验。

在卡套接头安装前，选取部分卡套接头进行拉拔试验，确定卡套压装的效果是否良好，卡套拔脱力是否满足要求；并对拉拔试验的样件进行目视检查，检查卡套切入量是否均匀。在安装前避免紧固失效发生。

3）做好卡套接头选择。

根据介质特性选择适合的卡套接头，一般选择耐腐蚀性强的，有较强的耐高温、低温能力，具有较高强度的特殊材料，使用这种材料可以提升卡套接头使用寿命。

3.2严把装配质量

管路装配就是将调整好、且预压了卡套的钢管用接头连接起来，并保证管件与接头同轴。

由于是否同轴在实际安装过程中不好控制，借鉴在实际制造过程中的经验，可要求作业人员在进行管路安装时先用手将外套螺母拧至底后再用扳手固定。如在用手拧紧过程中发现阻力突然增大且外套螺母仍未拧到底的情况，则可判定钢管与接头不同轴，应对钢管角度重新调整后再进行安装。

即使零部件合格、组装人员严格按照工艺要求进行组装，也无法保证管路系统的气密性是合格的。而且，泄漏点无法通过肉眼检查出来。因此，可以通过气密性试验验证管路系统的密封效果。在接头处涂抹检漏剂，以便检查卡套接头安装是否可靠有效。

3.3结构设计优化

当管路较长时，需要增加管卡支撑，管卡最大间距最好控制在1000mm以内，以减少管件振动和噪声。在接头两侧也需布置管卡，管卡与接头的距离最好控制在150mm以内，以减少接头振动。

在泄漏风险较大的管路系统中可以适当增加塞门，在管系出现泄漏时可以及时截断管路，降低泄漏风险。 

结束语：

   本文对卡套接头的结构与原理经行了充分介绍，并通过分析得出卡套接头失效的主要原因与使用环境、安装方式、使用材料等因素有关，并结合了自身经验与结构原理在质量检查、安装质量、设计优化上给出了避免卡套接头失效的措施。

参考文献：

[1]耿海路，曾小方.电力机车空气管路管接头失效分析及改进[J].机械管理开发，2011,12:35-38

[2]胡小冬,仲维超,李林燎.卡套式管接头密封失效分析及仿真优化研究[J].液压气动与密封,2023,02:108-110.

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