高溫高壓導(dǎo)管連接卡箍標(biāo)準(zhǔn)體系分析

張宗華 王宗武 張 哲 文 放 吳子龍

（中航工業(yè)綜合技術(shù)研究所，北京 100028）

高溫高壓導(dǎo)管連接卡箍標(biāo)準(zhǔn)體系分析

張宗華 王宗武 張 哲 文 放 吳子龍

（中航工業(yè)綜合技術(shù)研究所，北京 100028）

介紹了國外SAE和國內(nèi)高溫高壓導(dǎo)管連接卡箍的標(biāo)準(zhǔn)體系，指出了國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)體系的不足，提出吸收借鑒SAE高溫高壓導(dǎo)管連接卡箍標(biāo)準(zhǔn)的建議。

高溫高壓；導(dǎo)管連接；卡箍；標(biāo)準(zhǔn)體系

高溫高壓導(dǎo)管連接卡箍（如圖1所示）主要由兩個凸緣及帶卡圈的卡箍（含卡圈、箍帶、套管、螺栓、墊圈、螺母等）組成，此類卡箍具有優(yōu)良的密封性和同軸度，良好的耐高溫、耐溫度沖擊、耐振和耐氣液體壓力性能，安裝操作簡單、系統(tǒng)穩(wěn)定性好、維修方便，主要用于飛機空調(diào)和發(fā)動機引氣等氣體系統(tǒng)，是目前應(yīng)用最為廣泛的剛性管路連接形式，對系統(tǒng)的固定連接、流體傳送和穩(wěn)定性起著十分重要的作用。若其失效，不僅會損失發(fā)動機的推力，甚至導(dǎo)致環(huán)控系統(tǒng)失效，危及其他系統(tǒng)和附件，導(dǎo)致災(zāi)難性后果[1]。

圖1 高溫高壓導(dǎo)管連接卡箍結(jié)構(gòu)示意圖

在美、法、英等一些航空工業(yè)比較發(fā)達國家，高溫高壓導(dǎo)管連接卡箍的研究工作起步早，經(jīng)過多年的系統(tǒng)研究、試驗及應(yīng)用，已經(jīng)形成了較為完善的標(biāo)準(zhǔn)體系，以及多品種成系列適應(yīng)復(fù)雜工況的產(chǎn)品。我國關(guān)于此類卡箍的研究起步較晚，基礎(chǔ)薄弱。截止目前，雖然在一些領(lǐng)域部分國內(nèi)產(chǎn)品能夠替代國外產(chǎn)品，但總體上，從產(chǎn)品質(zhì)量、性能以及產(chǎn)品系列化上與國外還存在較大差距。

1 國外標(biāo)準(zhǔn)體系分析

國外英制導(dǎo)管連接卡箍的連接標(biāo)準(zhǔn)有兩類，分別為箍帶式卡箍和箍塊式卡箍。前者的強度和耐高溫能力均不如后者，但箍帶式卡箍的對心性能優(yōu)于箍塊式連接，有一定的自補償能力，加工較箍塊式卡箍更為容易。箍塊式卡箍為解決自身補償問題，其鉸鏈通常采用雙軸結(jié)構(gòu)。經(jīng)過多年發(fā)展，國外的高溫高壓導(dǎo)管連接卡箍已經(jīng)形成了較為完善的標(biāo)準(zhǔn)體系。

1.1 國外高溫高壓導(dǎo)管連接卡箍標(biāo)準(zhǔn)體系現(xiàn)狀

在SAE標(biāo)準(zhǔn)中，高溫高壓導(dǎo)管連接卡箍頂層規(guī)范主要包括AS 1895《高溫高壓氣壓導(dǎo)管V型卡箍組件》、AS 1960《氣壓導(dǎo)管金屬板彎凸緣V型卡箍連接組件》、AS 4751《氣壓導(dǎo)管寬凸緣金屬V形卡箍連接組件》、AS 5355《V形槽卡箍連接》等4項。其中，AS 1895《高溫高壓氣壓導(dǎo)管V型卡箍組件》屬于箍塊式的卡箍連接（國內(nèi)亦稱塊形卡箍），其余屬于箍帶式的V形卡箍連接（國內(nèi)亦稱V形卡箍）。

AS 1895《高溫高壓氣壓導(dǎo)管V型卡箍組件》適用于飛機引氣系統(tǒng)高溫高壓導(dǎo)管的連接，工作溫度為-54 ℃～649 ℃，工作壓力不大于14 MPa。其接頭型式分為兩種：I型（標(biāo)準(zhǔn)剖面），尺寸范圍為導(dǎo)管規(guī)格38.1 mm～190.5 mm；II型（低剖面），尺寸范圍為導(dǎo)管規(guī)格25.4 mm～190.5 mm。AS 1895零件材料以不銹鋼和高溫合金為主。

AS 1895《高溫高壓氣壓導(dǎo)管V型卡箍組件》下設(shè)23項標(biāo)準(zhǔn)：AS 1895/1～AS 1895/23（名稱詳見表1），并配備安裝指南，對卡箍連接所涉及的陰、陽法蘭以及卡箍組件的結(jié)構(gòu)、尺寸、材料、密封、安裝等進行了系統(tǒng)規(guī)定，組件類別明晰、全面、方便選用。

表1 AS 1895《高溫高壓氣壓導(dǎo)管V型卡箍組件》標(biāo)準(zhǔn)體系

AS 1960《氣壓導(dǎo)管金屬板彎凸緣V型卡箍連接組件》適用于飛機空氣系統(tǒng)中等溫度和壓力導(dǎo)管的連接，工作溫度為-54 ℃～427 ℃，工作壓力不大于5 MPa。其產(chǎn)品的尺寸范圍為導(dǎo)管規(guī)格25.4 mm～228.6 mm，零件材料包括不銹鋼、鈦合金和鋁合金。

AS 1960《氣壓導(dǎo)管金屬板彎凸緣V型卡箍連接組件》下設(shè)5項標(biāo)準(zhǔn)：AS 1960/1～AS 1960/5（名稱詳見表2），包括2項尺寸標(biāo)準(zhǔn)，2項配套標(biāo)準(zhǔn)和1項安裝指南，系統(tǒng)規(guī)定了不同鎖（標(biāo)準(zhǔn)鎖或快卸鎖）的形式下金屬板彎40°V型卡箍連接的尺寸要求、凸緣及其末端的設(shè)計要求和卡箍接頭的安裝細節(jié)。

AS 4751《氣壓導(dǎo)管寬凸緣金屬V形卡箍連接組件》適用于飛機氣動系統(tǒng)中等溫度和壓力導(dǎo)管的連接，工作溫度為-54 ℃～427 ℃，工作壓力不大于3 MPa。其產(chǎn)品的尺寸范圍為導(dǎo)管規(guī)格25.4 mm～254 mm，零件材料為不銹鋼。

表2 AS 1960《氣壓導(dǎo)管金屬板彎凸緣V型卡箍連接組件》標(biāo)準(zhǔn)體系

AS 4751《氣壓導(dǎo)管寬凸緣金屬V形卡箍連接組件》下設(shè)3項系列尺寸標(biāo)準(zhǔn)：AS 4751/1～AS 4751/3（名稱詳見表3），對卡箍和凸緣的尺寸進行了詳細設(shè)定。

表3 AS 4751《氣壓導(dǎo)管寬凸緣金屬V形卡箍連接組件》標(biāo)準(zhǔn)體系

AS 5355《V形槽卡箍連接》適用于飛機流體管路、排氣管道及其他附件的連接，柔韌性較小，工作溫度為-54 ℃～649 ℃，工作壓力不大于0.8 MPa；結(jié)構(gòu)型式分為單栓和雙栓，產(chǎn)品的尺寸范圍為導(dǎo)管規(guī)格44.45 mm～361.95 mm；零件材料為300系列不銹鋼。

AS 5355《V形槽卡箍連接》下設(shè)3項系列尺寸標(biāo)準(zhǔn)：AS 5355/1～AS 5355/3（名稱詳見表4），對不同尺寸范圍以及不同溫度范圍的凸緣V形卡箍連接的結(jié)構(gòu)、尺寸進行了系統(tǒng)規(guī)定。

表4 AS 5355《V形槽卡箍連接》標(biāo)準(zhǔn)體系

總體上，SAE高溫高壓導(dǎo)管連接卡箍標(biāo)準(zhǔn)體系層次清晰，構(gòu)架簡潔明了，均為頂層規(guī)范附帶與之適應(yīng)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品尺寸規(guī)格系列、全面，使用范圍明確，利于選用。

1.2 國外高溫高壓導(dǎo)管連接卡箍性能考核試驗項目

高溫高壓導(dǎo)管連接卡箍SAE標(biāo)準(zhǔn)中，產(chǎn)品檢驗項目也比較全面，不只對V型卡箍的組件有驗收檢驗要求，同時也對各個部件有相應(yīng)的驗收檢驗要求，尤其對在循環(huán)載荷和工作溫度下的性能作了全面的考核。規(guī)范中系統(tǒng)全面地規(guī)定了卡箍及其組件的材料、結(jié)構(gòu)與設(shè)計、使用溫度、性能要求及質(zhì)量保證規(guī)定。在性能要求和質(zhì)量保證規(guī)定中，詳盡地描述了高溫高壓導(dǎo)管連接卡箍及其組件的驗收檢驗試驗項目（見表5）及其方法，確保了產(chǎn)品的品質(zhì)與質(zhì)量。

表5 高溫高壓導(dǎo)管連接卡箍SAE標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定試驗項目

2 國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)體系分析

目前，國內(nèi)常用的高溫高壓導(dǎo)管連接卡箍主要由箍帶、螺栓、螺母、套管、墊圈、卡圈、兩個剛性凸緣、密封圈等零件組成。在實際使用過程中，卡箍與管路末端的凹凸接頭緊密配合，同時配備以相應(yīng)的密封圈，達到連接和密封效果。

2.1 國內(nèi)高溫高壓導(dǎo)管連接卡箍標(biāo)準(zhǔn)體系現(xiàn)狀

在國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)體系中，高溫高壓導(dǎo)管連接卡箍設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)共13項，其中，包括驗收規(guī)范4項，產(chǎn)品尺寸標(biāo)準(zhǔn)9項，基本形式為一項規(guī)范對應(yīng)一項或多項產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。

HB 6521-2001《導(dǎo)管連接快卸卡箍》與AS 5355《V形槽卡箍連接》對應(yīng)，驗收規(guī)范為HB 6522-2001《導(dǎo)管連接快卸卡箍規(guī)范》。該卡箍主要應(yīng)用于飛機燃油和空調(diào)系統(tǒng)，使用溫度較低，為-55 ℃～150 ℃。工作壓力不大于0.35 MPa。產(chǎn)品的尺寸范圍為導(dǎo)管規(guī)格40 mm～80 mm，零件材料以2Cr13Ni4Mn9為主。

HB 6535-1991《高溫導(dǎo)管連接快卸卡箍》、HB 7385-1996《窄凸緣導(dǎo)管連接快卸卡箍》和HB 7386-1996《600 ℃高溫高壓管路快卸卡箍》等屬于箍帶式的V形卡箍連接，驗收規(guī)范為HB 6536-1991《高溫導(dǎo)管連接快卸卡箍技術(shù)條件》，主要應(yīng)用于飛機上的空氣系統(tǒng)。HB 6535-1991《高溫導(dǎo)管連接快卸卡箍》使用溫度在440 ℃以下，工作壓力在2 MPa以下，尺寸范圍為導(dǎo)管規(guī)格32 mm～60 mm，零件材料以1Cr18Ni9和1Cr18Ni9Ti為主；HB 7385-1996《窄凸緣導(dǎo)管連接快卸卡箍》使用溫度在350 ℃以下，工作壓力在1 MPa以下，尺寸范圍為導(dǎo)管規(guī)格30 mm～120 mm，零件材料以1Cr18Ni9Ti、2Cr13Ni4Mn9為主；HB 7386-1996《600 ℃高溫高壓管路快卸卡箍》使用溫度在350 ℃以下，工作壓力在1 MPa以下，尺寸范圍為導(dǎo)管規(guī)格48 mm～80 mm，零件材料以GH 4169為主。

HB 8091-2002《空氣系統(tǒng)導(dǎo)管與導(dǎo)管連接卡箍》、HB 8092-2002《空氣系統(tǒng)導(dǎo)管與附件連結(jié)卡箍》、HB 8093-2002《空氣系統(tǒng)高溫高壓導(dǎo)管與導(dǎo)管連接卡箍》和HB 8094-2002《空氣系統(tǒng)高溫高壓導(dǎo)管與附件連結(jié)卡箍》的驗收規(guī)范為HB 7648-2004《空氣導(dǎo)管連接快卸卡箍通用規(guī)范》，主要用于飛機空氣系統(tǒng)中導(dǎo)管與導(dǎo)管或?qū)Ч芘c附件的連接。其中，前兩項產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的使用溫度為：-60 ℃～100℃，工作壓力在2 MPa以下，尺寸范圍為導(dǎo)管規(guī)格40 mm～200 mm，零件材料以1Cr17Ni4Mn9N為主；后兩項產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的使用溫度為：-50 ℃～650℃，工作壓力在2.5 MPa以下，尺寸范圍為導(dǎo)管規(guī)格40 mm～140 mm，零件材料以1Cr11Ni20Ti2B、1Cr11Ni23Ti3MoB為主。

GJB 3821-1999《600 ℃高溫高壓管路快卸卡箍》由HB 7386-1996《600 ℃高溫高壓管路快卸卡箍》提升而來，驗收規(guī)范為GJB 3579-1999《高溫管路連接卡箍通用規(guī)范》。該卡箍主要采用密封性能較高的帶石墨密封圈的連接型式，并采用快卸式，同時采用剛性接頭，以改善接頭加工時的工藝性和裝配時的對中性。其主要用于飛機及發(fā)動機的引氣系統(tǒng)，它是國內(nèi)第一種使用溫度達到600 ℃，工作壓力達到2 MPa的高溫空氣系統(tǒng)用卡箍標(biāo)準(zhǔn)。GJB 3821-1999《600 ℃高溫高壓管路快卸卡箍》的尺寸范圍為導(dǎo)管規(guī)格33 mm～80 mm，零件材料以GH 4169為主。

2.2 國外高溫高壓導(dǎo)管連接卡箍性能考核試驗項目總體上，與國外相比，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)體系相對簡單，形式基本為1項驗收規(guī)范對應(yīng)1項或幾項產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)未覆蓋全部卡箍連接所涉及到的零部件，配套標(biāo)準(zhǔn)不完備，同時缺少詳細的安裝指南，不利于實際的安裝使用。此外，從驗收規(guī)范方面，國內(nèi)該類產(chǎn)品的驗收規(guī)范僅有對組件的鑒定要求，鑒定項目也主要集中在幾個常規(guī)的性能項目（見表6），在復(fù)雜溫度、載荷、疲勞條件和零部件強度方面的性能考核較少，有待進一步完善和提高。

表6 高溫高壓導(dǎo)管連接卡箍國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定試驗項目

3 結(jié)束語

總體來說，國外高溫高壓導(dǎo)管連接卡箍在標(biāo)準(zhǔn)體系和標(biāo)準(zhǔn)化水平方面，比國內(nèi)更為系統(tǒng)、全面，具體如下：

溫度壓力等級更高，較好滿足飛機復(fù)雜的載荷環(huán)境對系統(tǒng)件的需求；

關(guān)鍵部位材料、尺寸、公差、熱處理、表面處理等規(guī)定嚴(yán)格，確保使用；

尺寸序列全面覆蓋，利于選用；

體系中附帶安裝指南，引導(dǎo)并規(guī)范產(chǎn)品的安裝操作；

對各零件的強度、壽命等有單獨的要求，以保證組件的性能指標(biāo)；

性能考核全面。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，航空新研型號及發(fā)動機等對高溫卡箍性能的要求也愈發(fā)苛刻。因此，高溫高壓導(dǎo)管連接卡箍產(chǎn)品的質(zhì)量和性能水平將成為一個突出的矛盾，盡管國內(nèi)某些高溫高壓導(dǎo)管連接卡箍的結(jié)構(gòu)形式與國外先進的同類型卡箍一致，可以在小范圍內(nèi)進行替代，但從整體上，國內(nèi)的產(chǎn)品無法全面滿足航空武器型號對高溫卡箍的需求，應(yīng)加強對航空高溫高壓導(dǎo)管連接卡箍的科研開發(fā)和質(zhì)量監(jiān)督，在借鑒國外先進產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，循著飛行器對卡箍低重量、高密封性、高性能化、安裝快捷、維修性佳、高可靠性、高耐蝕性、多系統(tǒng)適用性的需求，不斷提高國內(nèi)高溫高壓導(dǎo)管連接卡箍的質(zhì)量和技術(shù)水平。

[1] 朱紹荷. 鋁合金柔性導(dǎo)管連接卡箍簡介[J]. 航空標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量. 2004（03）

（編輯：雨晴）

T–65 V229+.5

C

1003–6660（2014）06–0007–04

10.13237/j.cnki.asq.2014.06.002

[收修訂稿日期] 2014-06-18