聚四氟乙烯软管组件金属连接件设计.docx

工作研究聚四氟乙烯软管组件金属连接件设计曹 羽孟宪宇柳 伟上海市塑料研究所（上海200090）上海市塑料研究所 （以下简称上海塑研）覫10mm 的高压（21 MPa）聚四氟乙烯软管组件（以下简 称软管组件） 进行的质量一致性试验和鉴定试验经 常处于不稳定状态，主要反映在脉冲试验经常不能达到 GJB 28371997 聚四氟乙烯软管组件规范 规定的要求。上海塑研对软管组件金属连接件密封 槽进行了多次设计改进，总结经验，不断进行分析和总结，最终形成较全面的认识。目前 21 MPa 压力等级软管组件金属连接件结构为直接插入式结构，软管组件由导电的聚四氟乙烯内管、不锈钢丝增强层及两端的金属连接件 （螺 母、接头、套筒）组成。上海塑研使用的直接插入式结构共有 3 种：（1）倒刺式结构；（2） 多槽式结构；（3） 疏密槽结构。其 中倒刺式结构仅适用于规格较小的软管组件 （覫4 mm 和 覫5 mm），其他规格均使用多槽式结构或疏密 槽结构接头。覫10 mm 高压软管组件多次在脉冲试验中发生泄漏问题，故障部位主要集中在套筒尾部。解剖分析 发现，套筒尾部泄漏的软管组件主要在接头尾端第一、第二道槽处，内管产生穿透性微裂纹所致，少数 软管组件产生了环向裂纹。高压力的脉冲试验后，产生纵向穿透性微裂纹，导致内管被击穿。另外接头尾部的 3 根密封筋宽度为 0.4 mm，由于此处密封筋宽度过窄，也可能会对内管产生微量的损伤，某次脉冲试验后出现了偶发的环向裂纹。2第一次措施和效果由于故障部位主要出现在接头尾部第一、第二道槽处，故对接头尾部最后 3 根密封筋和平直段进行改进设计和试验验证。整个改进过程中共摸索了5 种不同结构的尾部结构。为避免接头在装配过程中损伤内管，各改进措施均在密槽和疏槽交接处增加了倒角。2.1试1 结构的改进措施（1） 将尾部 5.65 mm 处的平直段外径由 覫11.1 mm 削至 覫10.8 mm；（2） 增加密槽与疏槽交接处倒 角 0.2 mm；（3） 尾部倒圆角 R1 mm（原为 R1.5 mm）。 试验验证结果：脉冲试验通过了 25 万次，解剖后内 管均有纵向微裂纹。随后进行鉴定试验，管号 345 的 软管组件在 7 万余次套筒处出现泄漏现象，管号279 的软管组件在 12 万余次套筒处出现泄漏现象。 经解剖，软管组件钢丝层外观整齐无断丝现象，在接 头尾部第一道槽处，管号 345 存在环向裂纹，管号279 存在纵向裂纹。经分析，认为其尾部槽深为 0.35 mm 时，在扣压后仍会对内管产生一定损伤，造成裂 纹的产生。所以对接头尾部槽深和平直段长度进行 了改进。2.2试2 结构的改进措施（1） 尾部 5.65 mm 和 6.8 mm 处的外径在试11原因分析根据生产过程中产品变化情况以及对试验样件 的解剖分析结果，进行故障分析。覫10 mm 高压接头的尾部有 3 根密封筋，筋高 均为 0.35 mm，且接头尾部平直段与槽底深度为 0.5mm。经扣压后，对内管有一定的损伤，再经过高频率第一作者简介：曹羽 男 1983 年生 本科 从事聚四氟乙烯软管组件的设计及项目管理工作摘 要 对聚四氟乙烯软管组件金属连接件进行了多次设计改进，在设计改进过程中针对 覫10 mm 高压（21 MPa）聚 四氟乙烯软管组件金属连接件的密封槽进行了多次分析和改进，累计试验几十轮次。对密封槽的结构及其 槽深、槽宽和数量等参数对聚四氟乙烯软管组件的作用和影响程度形成了较全面的认识。关键词 聚四氟乙烯软管组件 设计改进 密封槽中图分类号 TQ 325.4曹羽等：聚四氟乙烯软管组件金属连接件设计第 8 期33结构的基础上上由 覫10.8 mm 削至 覫10.6 mm （槽深0.25 mm）；（2） 尾端长度 5.65 mm 减至 4.15 mm。试 验验证结果：第一和第二轮脉冲试验均通过了 25 万次，解剖后内管仍有纵向微裂纹但未泄漏。随后进行 鉴定试验，管号 639 和 629 的软管组件在脉冲试验 分别进行到 19 万和 21 万余次时，套筒处出现泄漏 现象。经解剖，软管组件钢丝层外观整齐无断丝现 象，在接头尾部第一道和第二道槽处仍有纵向穿透 性裂纹。经分析，认为接头尾部比原接头有所改善， 但是总体状态还不够稳定，在尾部槽深处还需要继 续调整。2.3试3 结构的改进措施此存在失败的风险，故未再进行脉冲试验。2.4 试4 结构的改进措施将尾部 5.65 mm 和 6.8 mm 处的外径在原接头结构上削至 覫10.6 mm（槽深 0.25 mm）。试验验证结 果：脉冲试验中管号 205 的软管组件在 17 万余次套 筒处出现泄漏现象。解剖后内管仍有纵向穿透微裂 纹，故在尾部槽深处还需要继续调整。2.5 试5 结构的改进措施将尾部 5.65 mm 和 6.8 mm 处的平直段外径在原接头结构上削至 覫10.5 mm（槽深 0.20 mm）。试验 验证结果：第一、第二轮脉冲试验，其中第一批内管 解剖后无纵向微裂纹，第二批内管解剖后有少量纵 向微裂纹。随后进行鉴定试验，其中脉冲试验在顺利 通过25 万次后，为了验证其状态的稳定性，又加做 了 10 万次，试验无泄漏现象。经解剖，内管无纵向微 裂纹。之后又做了出厂试验，试验顺利通过。2.6 改进措施和验证结果总结针对这些故障现象，对接头尾部的槽深做了各种摸索，各规格脉冲试验总次数不下 50 轮次。针对 接头槽深的设计改进过程，具体情况见表 1。（1） 将 尾 部 4.15 mm 和 6.8mm 处 的 外 径 在试2 结构上由 覫10.6 mm 削至 覫10.4 mm （槽深为0.15 mm）；（2） 密槽段外径从 覫11.1 mm 削至 覫11.0mm。试验验证结果：试3 结构因接头尾部外径改 动较大，故先行做了爆破试验来验证其抗拉脱性是否能够满足要求。试验结果虽然达到了 GJB 28371997 的要求，但是相比原接头指标下降明显，由于正式试验中其他试验项目之后才进行爆破试验，因表 1改进措施和效果列表尾部全部削至槽深 0.25 mm（接头同时削短）尾部全部削至槽深 0.20 mm过爆破试验发现这些软管组件在爆破试验中经常会出现接头拉脱的情况，爆破理论上以管体破裂结果 为最佳，如出现接头拉脱的情况则说明金属连接件的密封效果和抗拉脱能力有所不足。针对这些情况 进行了分析，认为梯形槽 45的凹槽结构虽然对内管的损伤降到一个很低的程度，但是其密封效果和 抗拉脱相对其他结构较弱。针对该情况，对梯形多槽式密封结构再次进行了改进，对内管容易出现裂纹的尾端使用梯形结构 的密封槽结构，对其余部位采用矩形槽结构，增大其密封性和抗拉脱的能力。目前该结构已通过 覫10 mm 高压软管组件的鉴定试验，并用于上海塑研最3第二次 10 mm 高压软管组件金属连接件改进在 2011 年提出梯形多槽式密封结构设计理念 之后，针对多种规格（覫6 mm、覫8 mm、覫10 mm、覫16 mm） 高压软管组件设计了梯形多槽式密封结构接 头，并进行了多轮次的脉冲试验，并对试验后的软管 组件进行了解剖分析。经解剖的软管组件证明了该结构对内管损伤十分小，但是部分软管组件在进行老化预处理后偶尔会出现耐压泄漏的情况。对泄漏软管组件进行解剖， 发现其内管完好，并无任何裂纹或故障现象。之后通规格槽深改进措施脉冲试验结果尾部全部削至槽深 0.35 mm在 7 万和 12 万次出现泄露通过 1 轮 25 万次脉冲试验；第二轮脉冲试验在 19 万和 21 万余次时 出现 2 根软管组件泄露覫10 mm 尾部全部削至槽深 0.15 mm爆破试验指标下降明显，未做脉冲试验 尾部全部削至槽深 0.25 mm在 17 万余次发生泄露在鉴定前已通过 3 轮脉冲试验，脉冲试验后内管情况良好；之后又进 行了多个批次的出厂试验，至目前状态稳定上 海 化 工第 38 卷34新课题中。综上所述在 20092012 年的金属连接件改进过程中，不断对接头尾部结构进行摸索改进，总结出了各种结构的密封槽对聚四氟乙烯软管组件的作用和影响程度，形成了一定的认知，其主要优缺点见表2。同时在设计改进的过程中，也对金属连接件中具 体部位尺寸的设计有了较全面的认识，一些细微的 尺寸决定了最终试验的成败，详见表 3。表 2各密封槽结构的优缺点多槽式（矩形槽）在大规格软管组件中试验情况不稳定疏密式多槽式（综合矩形梯形槽）暂无表 3 接头具体部位对性能的影响密封槽槽深密封槽和密封筋比例密封槽矩形和梯形结合表 2 和表 3，认为目前类似综合矩形梯形多槽式结构的接头是较为合理的，其槽深为 0.20.3 mm，尾部 34 根槽为梯形结构的密封槽，区域部位根据不同规格的软管组件接头长度确定对应的矩形槽数量，槽宽和筋宽为 0.50.8 mm，比例为11。参考文献（略）收稿日期：2012 年 10 月Design of Metal Fitting for PTFE Hose AssemblyCao YuMeng XianyuLiu WeiAbstract: Design of the metal fittings for the PTFE hose assembly has been improved many times. During the process, focuses on the analysis and design of the metal fittings sealing groove for the 覫10 mm high pressure (21MPa) PTFEhose assembly, and dozens rounds of experiments have been done. Finally, forms a comprehensive understanding that how the structure, depth, width and quantity of the sealing grooves influence the PTFE hose assembly.Key words: PTFE hose assembly; Design improvement; Sealing groove接头部位尺寸变化及其影响疏密式结构中疏槽部位和密槽部位的台阶 台阶越大，内管的变形量越大，越容易造成内管出现应力损伤疏密式结构中尾部疏槽部位密封筋宽度较细的密封筋容易对内管产生切割损伤 槽深对内管是否产生裂纹有决定性的影响，合理的尺寸能够大幅降低产生裂纹的 几率决定了套筒扣压后对内管产生变形量大小，选取合适的比例，使得内管变形量更合 理，密封效果更好密封槽和密封筋宽度决定了在一定长度内密封槽的数量 矩形密封槽密封效果好，扣压后抗拉脱力大；梯形密封槽也有一定的密封性，对内 管损伤较小理论上密封槽越多，密封性能和抗拉脱性能越好，实际设计时需考