物探船液壓系統(tǒng)無焊接連接工藝研究

□秦光耀 郭向東 劉士偉 孔海濤

一、卡套式無焊接連接的發(fā)展過程

卡套接頭又被稱為“EO”接頭，按其發(fā)展歷程來看，可以歸納為以下幾類:

(一)EO 接頭。即EO 一代，漸進式卡套接頭，見圖1。圖中白色即為漸進式卡套，它的切削刃沿著軸線方向，隨著螺母的擰緊，這種完全由管接頭的幾何形狀決定的運動將使卡套的切削刃咬入管子的表面，從而實現(xiàn)密封，是最早的無焊接連接工藝，由德國人Ermeto 在20 世紀30年代設(shè)計的。之后有些公司對其進行細微的改動，有的被稱為“EO plus”等，但都屬于第一代產(chǎn)品。這類接頭能承受的壓力不高，100Bar 左右，而且安裝時對工人的要求高，卡套的咬合經(jīng)常不理想，需要經(jīng)常維護。

圖1 ED 接頭

圖2 EO2 接頭

(二)EO2 接頭。即EO 二代卡套接頭，圖2 即為EO2 接頭?？梢?，與EO 接頭相比，設(shè)計人員將原本一個整體的卡套分為兩個組成部分，右側(cè)白色部分仍然起到切削刃的作用，咬入管子的表面;左側(cè)部分單獨起到密封的效果，兩部分采用不同的材質(zhì)，其物理性質(zhì)也不同，左側(cè)密封部分強度大，右側(cè)切削刃部分則能在擠壓下變形。通過對原卡套不同功能部分的分割和新材料、新工藝的采用，EO2 卡套接頭相比EO接頭性能上有幾大的提高，能夠承受210Bar、420Bar 甚至有些公司的此類接頭能承受500Bar 或更高的壓力。這種EO2連接形式對安裝人員的要求相比EO 接頭低了很多，一次安裝成功后泄露的概率也很低，非常受歡迎。

(三)EO2 FORM 接頭。近年來又有一種顛覆性的改進，被稱為“EO2 FORM”卡套接頭，雖然仍為EO2 系列，但個人認為它已經(jīng)稱得上“EO3”了，因為與EO 和EO2 在卡套上做文章不同，它直接在管子上做文章，通過擠壓管子末端(預(yù)成型)達到卡套的部分功能，是一種跨越式的創(chuàng)新，如圖3 所示。

圖3 EO2 FORM 接頭

圖4 PAKER 公司的EO2 FORM 接頭

圖4 美國廠商PAKER 設(shè)計的EO2FORM 卡套接頭，這種接頭相當于把EO2 形式的切削刃部分直接通過擠壓管子末端來代替，從而省掉了切削刃咬入管壁的過程，使安裝過程更快，且由于管壁被擠壓后沒有改變其物理屬性，所以其強度不變，而且不用擔心安裝時切削刃咬入量在圓周范圍內(nèi)有變化，保證上緊螺母時擰緊力矩可控。不過這種接頭雖然安裝方便、可靠且難度低，但最大的缺點就是管端擠壓成型必須要用到專用管端預(yù)成型設(shè)備WALFORM 機，如PAKER 的The EO2 -FORM F3 machine。不過，雖然有很多公司都掌握此種EO2FORM 技術(shù)，但各個公司在技術(shù)細節(jié)上還是不同的，管端擠壓后的形狀也各異，但原理普遍一致。圖5 是HANSA-FLEX 的EO2FORM 接頭，可以與PAKER 的作一下對比。

圖5 HANSA-FLEX 的EO2 FORM 接頭

二、卡套接頭的功能及其演變過程

雖然卡套形式種類繁多，但追根究底所有卡套實現(xiàn)無焊接和密封的原理都是一樣的，沒有不同;而各種形式的卡套都是從最初的EO 卡套演變而來，掌握了EO 卡套的原理，就等于掌握了所有卡套的原理，所以現(xiàn)在從最原始的EO 卡套入手，分析卡套的功能是如何實現(xiàn)及如何演變的。圖6、圖7請看以下兩圖，分別為卡套擰緊前和擰緊后的剖面圖。

圖6 擰緊前的剖面圖

圖7 擰緊后的剖面圖

從兩張圖中完全可以看出卡套功能實現(xiàn)的過程:

A．B 兩點即為切削刃，擰緊后咬入管壁，C 處接觸面積大，相當于限位功能，控制A、B 點的咬入量;D 處則是中間接頭體和卡套間的限位，可以防止螺母過度擰緊;A 點咬入后會迫使F 處管壁材料填充原本的空隙，起到密封的效果;當擰緊后E 面緊貼螺母，G 處可以看出明顯的彎曲，形成弧度，此處的“弧度”對于卡套至關(guān)重要，它相當于一個彈簧，可以吸收高壓帶來的振動，EO 卡套的原理就是這樣。但它的顯著缺點是:雖然可以通過擰緊螺母的圈數(shù)來控制總壓入量S，S=S1(卡套與接頭體間的位移量)+S2(卡套與管壁間的咬入量);但S1 和S2 各自的壓入量因裝配和材料精度問題無法各自精確控制，所以容易導(dǎo)致裝配效果差，易泄漏。

因此，為了提高卡套能承受的壓力及振動，同時有效控制壓入量，EO2 將EO 的整體式卡套分成了兩個部分，將密封部分與咬入部分一分為二，見圖8。

圖8 EO2

圖9 為PAKER 公司的EO2 卡套接頭，A 處為密封部分，硬度大，代替了EO 卡套上的D 點，與中間體直接接觸進行限位;取消了G 處的彎曲弧度，用B 處彈性部分吸收振動;切削刃由2 個變?yōu)? 個，而且由于取消了彎曲弧度部分，整個擰緊過程只有切削刃部分有位移，安裝過程簡單可控，施工難度進一步降低，且一次擰緊后泄漏的概率也很小。EO2 形式的卡套承受的壓力已經(jīng)遠遠超過EO 卡套，可達到210Bar、420Bar。不過EO2 卡套還是有一個從EO 卡套時期就有的缺點:就是切削刃部分在軸向方向上還是有可能偏移，影響咬入的效果。所以，為了解決這個問題，設(shè)計人員做了改動:將切削刃取消，直接利用專用設(shè)備擠壓管壁末端形成凸肩，代替EO 中的切削刃;若以圖，PAKER EO2 為例來看，即省略了其中的retaining ring，請參看圖4。如此一來，再也不用擔心卡套在擰緊過程中軸向偏移，從而進一步降低了裝配難度，提高了裝配精度。這種EO2 FORM 也是上海船廠到目前為止用過的最先進的無焊接卡套連接工藝。

圖9 PAKER 公司的EO2 卡套接頭

很多廠家都有EO2 FORM 技術(shù)，但各廠家在細微之處還是有不同，例如德國HANSA -FLEX 的EO2 FORM 接頭，與PAKER 公司的產(chǎn)品相比，更大膽地往前邁出了一步:進一步取消了密封環(huán)(即EO2 圖中的sealing ring)，仍用擠壓管壁代替。安裝時只需要安裝綠色的彈性密封圈，安裝過程簡單到了極致。而且實踐證明，安全可靠。可承受的壓力也完全與EO2 相當。而EO2 FORM 卡套形式的唯一不足就是必須使用專用WALFORM 機器。

圖10 HANSA-FLEX 的EO2 FORM 接頭

三、EO 卡套接頭的未來

最新的EO2FORM 相比EO2 已經(jīng)有了很大的改進，但各大公司并沒有把它稱作EO3，而像PAKER 這樣的技術(shù)領(lǐng)先的公司已經(jīng)研發(fā)出了EO3 卡套接頭，但目前并沒有引入中國，現(xiàn)在也還不知道EO3 在哪些方面有了改進。目前為止，上海船廠船舶有限公司所建造的數(shù)艘物探船從EO 一直到EO2FORM 都用過，船廠、船東和設(shè)備商最認可的也是最新的EO2FORM，未來建造的物探液壓系統(tǒng)會不會用到更新的卡套工藝技術(shù)，讓我們拭目以待。

圖11 PAKER 公司EO3 接頭