CN101625056B - 双密封、双紧固支撑的双卡套式管接头及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及卡套式管接头技术，具体为双密封、双紧固支撑的双卡套式管接头及其使用方法。双卡套式管接头由接头体、前卡套、后卡套和螺母所组成，接头体与螺母通过螺纹连接，前卡套、后卡套依次安装于接头体、螺母之间；后卡套表面进行富Cr离子渗氮处理，螺母内表面进行镀银处理。将管子***接头体中，用扳手拧紧螺母，螺母推进后卡套向前运动，同时后卡套推动前卡套向前，接头体的内锥孔向内挤压前卡套，使前卡套消除它的内径与管子外径之间的间隙，形成了双密封、双紧固支撑的双保险高强度耐压密封结构。该种双卡套式管接头密封性能可靠，使用方便，反复拆装性能好，可以大幅度提高管道***的连接强度，安装力矩大大降低。
Description
所属技术领域
本发明涉及卡套式管接头技术，尤其是工作于油、气以及一般性腐蚀介质中且要求双密封、双紧固支撑的双保险高强度耐压双卡套式管接头及其使用方法。
背景技术
管路***是各种流体介质的载体，被广泛应用于各行各业，它不仅在工农业生产、国防和科学研究中起着极其重要的作用，而且与我们的日常生活密切相关。随着各项科学技术的发展，管路***的应用范围不仅越来越广，其连接方式也在不断增加和更新，而且对管道***安装施工的方便性和管道***使用的安全可靠性提出了更高的要求，卡套式管道接头因此而产生。
卡套式管接头是一种便捷、可靠，易于安装拆卸的中高压管路的联接方式。最早由德国ERMETO公司于1930年发明，经过半个多世纪的发展，卡套式管接头已成为世界上最为先进的一种管接头。目前，卡套式管接头被广泛应用于化工、机械、电子、电力、航天、军工、医药、轻工和科研等行业，工作压力可高达40MPa。
卡套式管接头具体又分为单卡套式管接头和双卡套式管接头两种，单卡套式管接头的不足之处在于：(1)无温差补偿功能，在温度变化大的环境中密封性能大大下降；(2)重复拆装性能差，拆装多次后易泄漏，卡套或接头体就不能用；(3)对装配技能要求高，需特殊专用的卡套预装器，装配的一致性差；(4)抗冲击、震动性能较差。
为了克服单卡套式管接头的以上缺陷，在欧美随后又研制出了双卡套式管接头，由于其精湛的工艺，优良的品质，优美的外观，优秀的“0”泄漏的密封性能，异军突起，在机械、液压、空调、航天等领域大展身手，成为一种优秀的管路连接方式。
双卡套式管接头在我国的应用从上世纪80年代引进国外产品开始，已经有20多年的历史。于上世纪90年代开始，国内许多企业开始仿制生产双卡套式管接头。然而，到目前为止产品性能与国外进口产品相比仍差距很大。大部分要求较高的企业还是花高价从国外进口，并且需求量很大。但是，从国外进口成本太高，因此无法实现批量，从而阻碍了其进一步的推广应用。其主要不足之处在于：(1)连接强度低；(2)抗振动性能差；(3)后卡套刃口的强度不够或者刃口硬度太高而导致刃口开裂和剥落；(4)随着载荷和环境温度的增加密封性能变差。
发明内容
为了克服现有双卡套式管接头的连接强度低、后卡套刃口的强度不够或者刃口硬度太高而导致刃口开裂和剥落以及随着载荷和环境温度的增加密封性能变差等缺陷，本发明提供了一种双密封、双紧固支撑的双卡套式管接头及其使用方法，该种双卡套式管接头不仅大幅度提高了管接头的连接强度，而且在满足后卡套刃口具有强度的前提下，保证刃口保持良好的塑韧性从而可以避免卡套刃口的开裂和剥落，使得管接头的密封性能得到明显改善，在加热环境下管道***的连接强度和密封性能得到显著提高。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：
一种双密封、双紧固支撑的双卡套式管接头，具有接头体、卡套、螺母，接头体与螺母通过螺纹连接，在接头体、螺母之间设有卡套，卡套为前卡套、后卡套组成的双卡套，前卡套、后卡套依次安装于接头体、螺母之间，前卡套为锥形圆环，前卡套与接头体通过锥面配合，后卡套为带法兰的圆环，后卡套的法兰端与螺母内表面配合，后卡套另一端与前卡套通过锥面配合；后卡套的表面有富Cr渗氮层，螺母内表面有镀银层。
后卡套为不锈钢材料，后卡套的不锈钢表面采用富Cr离子渗氮处理，富Cr离子渗氮层中Cr含量为20-40wt％，通过显微硬度计测试渗层硬度，在载荷15gf、加载时间15秒下的渗层硬度在400-800范围内，渗层厚度在0.02-0.1毫米范围内可调；
以后卡套的不锈钢为基底材料，利用离子渗技术获得富Cr渗氮强化层，具体步骤如下：
(1)除去合金表面上的油污，在有机溶剂中超声清洗5-10分钟；
(2)将洗净后的工件装入离子渗设备的真空室内；
(3)工件装入真空室后，抽真空至0.4Pa-1Pa；
(4)通氩气对工件进行离子轰击清洗：通纯氩使真空室内压力至5Pa-10Pa，给工件加负偏压由0伏并逐渐升至600-850伏同时进行离子轰击清洗3-5分钟；
(5)调整氨气流量使得真空室内压力至50Pa-500Pa、给工件加负偏压由0并逐渐升高至420-800伏，同时通过离子轰击使得工件温度逐渐升高到430℃-560℃，保温30分钟-50分钟；然后，在3-5分钟内逐渐减少氨气流量至0，与此同时导入氩气并逐渐增加其流量使得真空室压力保持在50Pa-500Pa，继续保温20-60分钟后随炉冷却至200℃以下取出，得到富Cr渗氮层。
所述的双密封、双紧固支撑的双卡套式管接头，前卡套的后内锥面角度α为76-85度。
所述的双密封、双紧固支撑的双卡套式管接头，采用电刷镀银工艺对螺母内表面进行镀银处理。
所述的双密封、双紧固支撑的双卡套式管接头的使用方法，具体步骤如下：
(1)将管子***接头体中，把管子一直插到接头体一端底部；
(2)拧紧螺母，螺母推进后卡套向前运动，同时后卡套推动前卡套向前，接头体的内锥孔向内挤压前卡套，使前卡套消除它的内径与管子外径之间的间隙；
(3)随着前卡套向前向内运动，前卡套的后缘由后卡套抬起而移向接头体内锥孔密封的位置，随着螺母推力的增大，前卡套压入管子使管子产生更大的变形成为第一级紧固密封的支撑；同时接头体内锥孔与前卡套接触面积的增大，更大的阻力迫使后卡套的前端向内移动，从而在管子上形成第二级紧固密封的支撑；
(4)在用扳手拧紧螺母11/4圈时，螺母在前进的运动过程中，完成了密封和紧固的作用，这样就形成了双密封、双紧固支撑的双保险高强度耐压密封结构。
本发明的有益效果是：
(1)本发明卡套几何形状尺寸的修正和螺母内表面镀银处理。前卡套的后内锥面角度设计为80度左右，从而改善了卡套的变量和力矩；调整接头体底部几何形状，从原设计的直角形改为局部圆锥形，这样在管子安装时既保证了管子的直线度，又增加了管子安装时的微量调节。因此，安装力矩可以大大降低。采用电刷镀银工艺对螺母内表面进行镀银处理后，不但可以提高螺纹配合时的自润滑性能、减少力矩，而且能有效地防止螺纹配合咬死现象；
(2)本发明后卡套的表面功能性强化处理。经过多方考证，最终确定后卡套采用富Cr离子渗氮处理。富Cr离子渗氮层中Cr含量为20-40wt％，渗层硬度在400-800范围内、渗层厚度在0.02-0.1毫米范围内可调。通过富Cr离子渗氮处理，后卡套的表面强度得到提高的同时其材料内部仍可保持足够的塑韧性，从而可以大幅度提高管接头的连接强度，有效地抑制了刃口的开裂和剥落。另外，由于富Cr离子渗氮层中高的Cr含量，可以显著改善在加热环境下管道***的连接强度和密封性。
(3)本发明结构简单，密封性能可靠，使用方便，反复拆装性能好，可以大幅度提高管道***的连接强度，安装力矩大大降低，抗振动和抗螺纹咬合性能得到明显改善，在加热环境下管道***的连接强度和密封性能得到显著提高。
附图说明
图1(a)-图1(b)为本发明的连接结构原理示意图。图1(a)为主视图；图1(b)为前卡套剖面放大图。其中，1接头体；2前卡套；3后卡套；4螺母；5前外锥面；6后内锥面。
图2为实施例1连接结构示意图。
图3为实施例2连接结构示意图。
图4为实施例3连接结构示意图。
图5为实施例4连接结构示意图。
图6为实施例5连接结构示意图。
图7为实施例6连接结构示意图。
图8为实施例7连接结构示意图。
图9为实施例8连接结构示意图。
图10为实施例9连接结构示意图。
图11为实施例10连接结构示意图。
图12为实施例11连接结构示意图。
图13为实施例12连接结构示意图。
图14为实施例13连接结构示意图。
图15为实施例14连接结构示意图。
图16为实施例15连接结构示意图。
图17为实施例16连接结构示意图。
图18为实施例17连接结构示意图。
图19为实施例18连接结构示意图。
图20为富Cr渗氮处理后不锈钢制管道连接用后卡套照片。
图21为蚀刻处理后富Cr离子渗氮层的端面形貌。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示，本发明双卡套式管接头是由接头体1、前卡套2、后卡套3和螺母4所组成的一个结构紧凑的密封和加紧装置，接头体1与螺母4通过螺纹连接，前卡套2、后卡套3依次安装于接头体1、螺母4之间，前卡套2为锥形圆环，前卡套2与接头体1通过锥面配合，后卡套3为带法兰的圆环，后卡套3的法兰端与螺母内表面配合，后卡套3另一端的前外锥面5与前卡套2的后内锥面6通过锥面配合，本实施例前卡套2的后内锥面角度α为80度。使用时，首先将管子***接头体1中(一定要把管子一直插到底部)，用扳手拧紧螺母4，螺母4推进后卡套3向前运动，同时后卡套3推动前卡套2向前，接头体1的内锥孔向内挤压前卡套2，使前卡套2消除它的内径与管子外径之间的间隙，随着前卡套2向前向内运动，它的后缘由后卡套3抬起而移向接头体1内锥孔密封的位置，随着螺母4推力的增大，前卡套2压入管子使管子产生更大的变形成为第一级紧固密封的支撑，同时接头体1内锥孔与前卡套2接触面积的增大，更大的阻力迫使后卡套3的前端向内移动，从而在管子上形成第二级紧固密封的支撑。在用扳手拧紧螺母11/4圈时，螺母在前进一定距离的运动过程中，完成了密封和紧固的作用。这样，就形成了双密封、双紧固支撑的双保险高强度耐压密封结构。
如图2所示，实施例为直通终端接头(A型)，主体(接头体)是直通单元，其一端为公制外螺纹(直径d)，另一端为双卡套连接形式的配管(直径D0)。
如图3所示，实施例为直通终端接头(B型)，主体是直通单元，其一端为管外螺纹(直径d)或锥管外螺纹(直径d)，另一端为双卡套连接形式的配管(直径D0)。
如图4所示，实施例为直通终端接头(C型)，主体是直通单元，其一端为公制内螺纹(直径d)，另一端为双卡套连接形式的配管(直径D0)。
如图5所示，实施例为直通终端接头(D型)，主体为直通单元，其一端为管内螺纹(直径d)或锥管内螺纹(直径d)，另一端为双卡套连接形式的配管(直径D0)。
如图6所示，实施例为直角终端接头(A型)，主体是直角弯通单元，其一端为公制外螺纹(直径d)，另一端为双卡套连接形式的配管(直径D0)。
如图7所示，实施例为直角终端接头(B型)主体是直角弯通单元，其一端为管外螺纹(直径d)或锥管外螺纹(直径d)，另一端为双卡套连接形式的配管(直径D0)。
如图8所示，实施例为直角终端接头(C型)主体是直角弯通单元，其一端为公制内螺纹(直径d)，另一端为双卡套连接形式的配管(直径D0)。
如图9所示，实施例为直角终端接头(D型)主体是直角弯通单元，其一端为管内螺纹(直径d)或锥管内螺纹(直径d)，另一端为双卡套连接形式的配管(直径D0)。
如图10所示，实施例为直通中间接头，主体是直通单元，其二端均为双卡套连接形式的同一规格配管(直径D0)。
如图11所示，实施例为直通中间异径接头，主体是直通单元，其二端均为双卡套连接形式的不同规格配管(直径D0、D0′)。
如图12所示，实施例为直角中间接头，主体是直角弯通单元，其二端均为双卡套连接形式的同一规格配管(直径D0)。
如图13所示，实施例为直角中间异径接头，主体是直角弯通单元，其二端均为双卡套连接形式的不同规格配管(直径D0、D0′)。
如图14所示，实施例为三通中间接头，主体是正三通单元，其三端均为双卡套连接形式的同一规格配管(直径D0)。
如图15所示，实施例为四通中间接头，主体是正四通单元，其四端均为双卡套连接形式的同一规格配管(直径D0)。
如图16所示，实施例为直通穿板接头，主体是直通单元，穿板安装，其二端均为双卡套连接形式的同一规格配管(直径D0)。
如图17所示，实施例为压力表直通接头，主体是直通单元，其一端专用于压力表的安装连接内螺纹(直径d)，另一端为双卡套连接形式的配管(直径D0)。
如图18所示，实施例为管堵，堵住管子的终点配管(直径D0)。
如图19所示，实施例为阀门主体，其连接的二端均为双卡套连接形式的同一规格配管(直径D0)。
如图20所示，富Cr渗氮处理后不锈钢制管道连接用后卡套照片，其内外表面均经过抛光处理，表面呈银白色。
如图21所示，经蚀刻处理后富Cr离子渗氮层的端面形貌，可见内外刃渗层厚度连续、均匀，而且表面有一层耐腐蚀的光亮层。
本发明可以采用电刷镀银工艺对螺母内表面进行镀银处理；另外，本发明中富Cr离子渗氮层及其制备方法可以参见中国发明专利申请(申请号：200710012807.7，申请日：2007年9月12日)。
Claims (4)
1.一种双密封、双紧固支撑的双卡套式管接头，具有接头体、卡套、螺母，接头体与螺母通过螺纹连接，在接头体、螺母之间设有卡套，其特征是：卡套为前卡套、后卡套组成的双卡套，前卡套、后卡套依次安装于接头体、螺母之间，前卡套为锥形圆环，前卡套与接头体通过锥面配合，后卡套为带法兰的圆环，后卡套的法兰端与螺母内表面配合，后卡套另一端与前卡套通过锥面配合；后卡套的表面有富Cr渗氮层，螺母内表面有镀银层；
后卡套为不锈钢材料，后卡套的不锈钢表面采用富Cr离子渗氮处理，富Cr离子渗氮层中Cr含量为20-40wt％，通过显微硬度计测试渗层硬度，在载荷15gf、加载时间15秒下的渗层硬度在400-800范围内，渗层厚度在0.02-0.1毫米范围内可调；
以后卡套的不锈钢为基底材料，利用离子渗技术获得富Cr渗氮强化层，具体步骤如下：
(1)除去合金表面上的油污，在有机溶剂中超声清洗5-10分钟；
(2)将洗净后的工件装入离子渗设备的真空室内；
(3)工件装入真空室后，抽真空至0.4Pa-1Pa；
(4)通氩气对工件进行离子轰击清洗：通纯氩使真空室内压力至5Pa-10Pa，给工件加负偏压由0伏并逐渐升至600-850伏同时进行离子轰击清洗3-5分钟；
(5)调整氨气流量使得真空室内压力至50Pa-500Pa、给工件加负偏压由0并逐渐升高至420-800伏，同时通过离子轰击使得工件温度逐渐升高到430℃-560℃，保温30分钟-50分钟；然后，在3-5分钟内逐渐减少氨气流量至0，与此同时导入氩气并逐渐增加其流量使得真空室压力保持在50Pa-500Pa，继续保温20-60分钟后随炉冷却至200℃以下取出，得到富Cr渗氮层。
2.根据权利要求1所述的双密封、双紧固支撑的双卡套式管接头，其特征是：前卡套的后内锥面角度α为76-85度。
3.根据权利要求1所述的双密封、双紧固支撑的双卡套式管接头，其特征是：采用电刷镀银工艺对螺母内表面进行镀银处理。
4.根据权利要求1所述的双密封、双紧固支撑的双卡套式管接头的使用方法，其特征是，具体步骤如下：
(1)将管子***接头体中，把管子一直插到接头体一端底部；
(2)拧紧螺母，螺母推进后卡套向前运动，同时后卡套推动前卡套向前，接头体的内锥孔向内挤压前卡套，使前卡套消除它的内径与管子外径之间的间隙；
(3)随着前卡套向前向内运动，前卡套的后缘由后卡套抬起而移向接头体内锥孔密封的位置，随着螺母推力的增大，前卡套压入管子使管子产生更大的变形成为第一级紧固密封的支撑；同时接头体内锥孔与前卡套接触面积的增大，更大的阻力迫使后卡套的前端向内移动，从而在管子上形成第二级紧固密封的支撑；
(4)在用扳手拧紧螺母11/4圈时，螺母在前进的运动过程中，完成了密封和紧固的作用，这样就形成了双密封、双紧固支撑的双保险高强度耐压密封结构。
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