內(nèi)螺紋配合金屬螺栓密封結(jié)構(gòu)的失效原因及改進(jìn)方法

宋偉強(qiáng)

（錦州新錦化機(jī)械制造有限公司，遼寧 錦州 121000）

在工業(yè)中，為了防止液體泄漏，通常采用內(nèi)螺紋配合金屬螺栓進(jìn)行非接觸式動(dòng)密封。密封內(nèi)螺紋的接頭通常采用API改進(jìn)型螺紋牙型，配合金屬螺栓實(shí)現(xiàn)密封的完整性。隨著工業(yè)上腐蝕性液體的增多，以往的內(nèi)螺紋配合金屬螺栓的密封性能已經(jīng)不能滿(mǎn)足工業(yè)需求，這就需要提高內(nèi)螺紋牙型的加工精度[1]。但是由于加工過(guò)程中，受到工藝的限制，導(dǎo)致螺紋牙型不精準(zhǔn)，導(dǎo)致螺紋密封失效。因此，需要設(shè)計(jì)一種新的內(nèi)螺紋的加工工藝，配合金屬螺栓實(shí)現(xiàn)密封。對(duì)粗車(chē)鏜孔走刀路線(xiàn)和密封面精車(chē)走刀路線(xiàn)重新設(shè)計(jì)，縮短空走行程減少誤差，增加高分子密封圈嚙合外螺紋，利用安放式接管取代放空口的螺紋連接，使螺紋拆卸方便不易磨損，延長(zhǎng)使用壽命，至此完成內(nèi)螺紋配合金屬螺栓密封結(jié)構(gòu)加工工藝的設(shè)計(jì)。

1 內(nèi)螺紋配合金屬螺栓加工工藝設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)走刀路線(xiàn)

內(nèi)螺栓加工的走刀路線(xiàn)分為粗車(chē)鏜孔走刀路線(xiàn)和密封面精車(chē)走刀路線(xiàn)，粗車(chē)鏜孔工序是加工螺紋接頭接箍的重要工序，直接影響精車(chē)加工和螺紋加工的質(zhì)量。傳統(tǒng)工藝中，兩種走刀路線(xiàn)都有一定量的的空走行程[2]，不僅降低加工效率，而且會(huì)增大誤差。根據(jù)粗車(chē)車(chē)削的形狀和尺寸對(duì)粗車(chē)走刀線(xiàn)路進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖1所示：

圖1 設(shè)計(jì)的粗車(chē)走刀路線(xiàn)

將原來(lái)的粗車(chē)循環(huán)程序改為非循環(huán)直接兩次進(jìn)刀，背吃刀量為5.2mm，G01直線(xiàn)插補(bǔ)，兩次車(chē)削線(xiàn)路為：o→a→b→c→d；d→e→f→g→h→d；第二刀的車(chē)削后直接車(chē)削jo部分，完成一次車(chē)削：d→i→j→o。這樣改進(jìn)之后，縮短了空走行程，減少了誤差 。

密封面精車(chē)走刀路線(xiàn)也使用同樣的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，精車(chē)切除部分的輪廓曲線(xiàn)形狀特殊，循環(huán)走刀空程較多。根據(jù)切除部分的形狀，設(shè)定每次切削走刀行程，設(shè)定進(jìn)刀量為1.0mm[3]，最后一刀根據(jù)切削輪廓的實(shí)際情況走刀。經(jīng)過(guò)對(duì)走刀線(xiàn)路的重新設(shè)計(jì)，提高了螺紋的加工精度，保證機(jī)緊后管端至接箍中心沒(méi)有縫隙，至此完成了內(nèi)螺紋加工走刀路線(xiàn)的設(shè)計(jì)。

1.2 增加密封圈

在應(yīng)用新的走刀線(xiàn)路之后，在對(duì)套管兩端上扣時(shí)，能實(shí)現(xiàn)管端對(duì)頂、內(nèi)壁的齊平。在這樣的高精度加工的前提下，為進(jìn)一步提高密封性，在本文設(shè)計(jì)的新型螺紋結(jié)構(gòu)中，增加密封圈來(lái)保證螺紋的密封性。密封圈利用特殊高分子材料制作，具有彈性好、強(qiáng)度高的特點(diǎn)。在接箍之間利用高分子密封圈進(jìn)行連接，能夠依靠高彈性密封圈與套管螺紋的過(guò)盈配合實(shí)現(xiàn)密封[4]。密封圈的放置位置是金屬螺栓接箍中部的密封槽中，密封圈高彈的特點(diǎn)能使它發(fā)生大幅度形變，能夠填充螺紋齒頂和齒底之間能夠泄露的通道，保證外螺紋與密封圈嚙合，將API圓螺紋非接觸式動(dòng)密封變成了接觸式密封，提高密封可靠性。

1.3 改變螺紋連接方式

當(dāng)多次拆卸密封螺紋時(shí)，也會(huì)磨損螺紋導(dǎo)致密封失效。為了解決這個(gè)問(wèn)題，需要改變螺紋的連接方式，使螺紋在安裝拆卸過(guò)程中，最大程度的減少磨損。將放空口的螺紋連接改為安放式接管+盲法蘭連接，安放式接管的結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖：

圖2 安放式接管結(jié)構(gòu)圖

安放式接管的特點(diǎn)在于：結(jié)構(gòu)開(kāi)放，焊接面積小，在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)不容易被損壞。將接管與管板進(jìn)行焊接之后，對(duì)接管進(jìn)行加工，直至達(dá)到最終內(nèi)徑，除去未焊透的部分，保證留下的接管與管板完全焊接[5]。安放式接管+盲法蘭的連接方式方便拆卸，且不容易出現(xiàn)磨損，保證了密封螺紋在使用過(guò)程中的密封性。至此完成了內(nèi)螺紋配合金屬螺栓密封結(jié)構(gòu)加工工藝的設(shè)計(jì)。

2 實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)的加工工藝的可靠性，需要設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)。隨機(jī)選取傳統(tǒng)工藝加工的密封螺紋和本文工藝加工的螺紋各100個(gè)，并在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中記錄其密封失效的情況，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表所示：

表1 實(shí)驗(yàn)對(duì)比結(jié)果

密封螺紋的對(duì)比實(shí)驗(yàn)周期設(shè)計(jì)為一個(gè)月，在密封螺紋使用的第一天出現(xiàn)密封失效，主要原因就是因?yàn)樵诩庸み^(guò)程中螺紋牙型不精準(zhǔn)導(dǎo)致的，在后期的使用過(guò)程中，主要是因?yàn)椴鹦哆^(guò)程中螺紋受到磨損而出現(xiàn)密封失效。傳統(tǒng)工藝加工的螺紋在第一天的使用時(shí)的失效率為2%，一個(gè)月后的總失效率為24%，本文設(shè)計(jì)的工藝加工出的螺紋，使用第一天的失效率為0%，一個(gè)月后的總失效率為11%，實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以證明本文設(shè)計(jì)的密封螺紋加工工藝是可靠有效的。

3 結(jié)束語(yǔ)

傳統(tǒng)工藝加工的金屬螺栓螺紋牙型不精準(zhǔn)導(dǎo)致螺紋密封失效，因此提出一種新的密封螺紋加工工藝。對(duì)粗車(chē)鏜孔走刀路線(xiàn)和密封面精車(chē)走刀路線(xiàn)重新設(shè)計(jì)，縮短空走行程減少誤差，增加高分子密封圈嚙合外螺紋，利用安放式接管取代放空口的螺紋連接，使螺紋拆卸方便不易磨損，延長(zhǎng)使用壽命，至此完成了內(nèi)螺紋配合金屬螺栓密封結(jié)構(gòu)加工工藝的設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，本文工藝加工的密封螺紋失效率比傳統(tǒng)工藝加工的失效率降低13%，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的工藝的可靠性。