一种管路接头用双卡套及其制备方法与流程

本发明涉及管道密封领域，具体为一种管路接头用双卡套及其制备方法。

背景技术：

双卡套管接头在核级应用设备中是必不可少的，其通过前卡套和后卡套的双卡套设计实现前卡套与管路间的主密封，又通过后卡套将螺帽的轴向载荷转换为对于管路的径向压力，在提高前卡套密封效果的基础上大幅增强了接头的抗拉性能。国内核电站所采用的双卡套管路接头均通过国外采购，尚未发现国内产品涉及核级应用双卡套管路接头的研发，尚未有国内产品能够满足核级应用要求。因此，国产双卡套管路接头的制备问题亟待解决，而在双卡套管路接头的制备工艺中，双卡套的具体结构、尺寸以及后处理工艺是国内技术突破的难点。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种管路接头用双卡套及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采取下述方案：

一种管路接头用双卡套，其特征在于，前卡套为圆台状，包括小端和大端，前卡套外壁与轴线的夹角a为15°-25°，大端内壁与轴线的夹角b为40°-60°；后卡套截面为类似高跟鞋状，其外壁包括前段、中段和后段，其前段端面与轴线垂直，后段端面向前倾斜且与轴线的夹角c为60°-90°，外壁前段与轴线夹角d为30°-40°，外壁后段与轴线平行，外壁中段包括向轴线凹陷的三段外壁，第一个外壁与径向的夹角e为40-50°，第二个外壁与轴线的夹角f为10°-15°，第三个外壁与径向的夹角g为35°-45°；后卡套内壁中后部向外倾斜，倾斜面与轴线夹角h为6°-10°，后卡套外壁前段与前卡套大端内壁相接。

进一步地，夹角a为18°，夹角b为45°，夹角c为80°，夹角d为37.5°，夹角e为45°，夹角f为11°，夹角g为38°，夹角h为8°，夹角i为20.5°。

进一步地，前卡套、后卡套的内径为2mm-50mm，优选为12.7mm；前卡套小端外径为10mm-15mm，优选为13.5mm，大端端面内径为11.5mm-17mm，优选为14.9mm，外径为15mm-20mm，优选为17.3mm，前卡套轴向长度为5mm-10mm，优选为7.3mm；后卡套前段端面外径为11mm-14mm，优选为13.3mm，外壁前段外径最大处为12mm-16mm，优选为14.6mm，外壁后段外径为14mm-17mm，优选为15.6mm，后卡套轴向长度为2.5mm-5.5mm，优选为3.8mm。

进一步地，前卡套、后卡套的内径尺寸公差为0.095mm～0.138mm；前卡套小端外径、大端端面内径、大端端面外径、前卡套轴向长度尺寸公差均为-0.05mm～0.05mm，后卡套前段端面外径、外壁后段外径尺寸公差均为-0.07mm～0mm，外壁前段外径最大处尺寸公差为-0.1mm～0mm，后卡套轴向长度尺寸公差为-0.05mm～0.05mm。

进一步地，后卡套外壁经渗碳、渗氮处理，渗层厚度为0.1mm-0.3mm，表面硬度为hv820-hv840。

本申请还提供了双卡套的制备方法，其包括以下步骤：前卡套的制造包括：车外圆、端面，镗孔、倒角，割断，车端面，渗碳，检验；后卡套的制造包括：车外圆、端面，镗孔、倒角，割断，车斜端面，渗氮，渗碳，渗碳，油淬，回火，检验；其中，对后卡套进行表面渗碳、渗氮处理，渗层厚度为0.1mm-0.3mm，表面硬度为hv820-hv840。

进一步地，后卡套渗氮，渗碳，油淬，回火的具体工艺为：在真空炉中，加热至650℃并保温15-25min，继续升温至950℃，并保温15-25min，通入nh3和n2，流量均为8-15l/min，进行渗氮处理20-40min，更换气氛为通入c2h2+n2，流量均为8-15l/min，进行渗碳处理15-30min，再更换气氛为通入nh3和n2，流量均为8-15l/min，进行渗氮处理15-30min，其中渗碳、渗氮的压力为2000pa；再进行油淬，油淬过程中，后卡套入油后搅拌，最大搅拌频率为50hz，油温为60℃；回火工艺为：加热至160℃，保温120min，空冷至室温。

本发明的后卡套应用于双卡套管路接头中。

本发明与现有技术相比的优点在于：突破国外技术封锁，实现了核级应用的双卡套管接头国产化。其带来的有益效果具体为：

1、通过本申请的后卡套后处理工艺，可实现后卡套较薄渗层且较高表面硬度的技术效果，可在保证后卡套足够表面强度的前提下提高后卡套的韧性，提高后卡套对于前卡套的轴向载荷以及对于管路的径向载荷。

2、对于核级应用的卡套管接头，尚未有国产产品能够满足核级应用要求，本申请在国外产品的基础上，经过不懈努力，确定了双卡套的具体尺寸范围以及具体的制作工艺。

附图说明

图1为后卡套结构示意图

图2为前卡套结构示意图

图3为双卡套管路接头装配结构示意图

图4为后卡套的实物图

图5为前卡套的实物图

图6为国外产品进行水压试验后后卡套对试验样管外壁的挤入起沟状况

图7为实施例1的双卡套应用于管路接头进行水压试验后后卡套对试验样管外壁的挤入起沟状况

附图标记：1、前段端面，2、外壁前段，3、第一段外壁，4、第二段外壁，5、第三段外壁，6、外壁后段，7、后段端面，8、内壁，9、倾斜面，10、内壁前部，11、前卡套外壁，12、大端内壁，13、前卡套内壁，14、大端端面，15、小端端面，16、后卡套，17、前卡套，18、连接体，19、螺帽，20、管路。

具体实施方式

按照核级卡套接头的标准：

astmf1387-1999(r2012)standardspecificationforperformanceofpipingandtubingmechanicallyattachedfittings

rcc-e(2005)designandconstructionrulesforelectricalequipmentfornuclearislands(2005edition)

rcc-m(2007)designandconstructionrulesformechanicalcomponentsofpwrnuclearislands(2007edition)

双卡套管路接头应满足如下试验要求：

1)气压试验

2)水压试验

3)脉冲试验

4)弯曲疲劳试验

5)拉伸试验

6)水压爆破试验

7)重复装配试验

8)旋转弯曲试验

9)振动试验

10)热循环试验

要想满足上述试验要求，现有双卡套管路接头难以突破的技术难题为：后卡套的后处理工艺未知，采用常规表面处理工艺进行表面硬化后的后卡套表面硬度可以达到国外产品的水平，但在各项试验进行过程中，均会出现由于后卡套脆断导致的试验不通过，这给双卡套管路接头的国产化带来巨大考验。

实施例1

为满足上述试验要求，使国产双卡套接头能够符合核级使用要求，申请人通过不断探索，在国外产品专利公开内容的基础上，确定了双卡套的具体尺寸范围，由此提供了一种管路接头用双卡套：

如图1所示，后卡套截面为类似高跟鞋状，其外壁包括前段、中段和后段，其前段端面1与轴线垂直，后段端面7向前倾斜且与轴线的夹角a为80°，外壁前段2与轴线夹角b为37.5°，外壁后段6与轴线平行，外壁中段包括向轴线凹陷的三段外壁，第一段外壁3与径向的夹角c为45°，第二段外壁4与轴线的夹角d为11°，第三段外壁5与径向的夹角e为38°；后卡套内壁前部10与轴线平行，后卡套内壁中后部向外倾斜，倾斜面9与轴线夹角f为8°；靠近后段端面7的内壁8与轴线平行；如图4所示后卡套的实物图。

如图2所示，前卡套为圆台状，包括小端和大端，前卡套外壁11与轴线的夹角a为18°，大端内壁12与轴线的夹角b为45°，前卡套内壁13与轴线平行，大端端面14与轴线垂直，小端端面15与轴线垂直；如图5所示前卡套的实物图。

如图3所示，双卡套应用于双卡套管路接头的结构示意图，后卡套16、前卡套17设置在螺帽18与连接体19形成的空腔内；管路20通过双卡套管路接头连接。其密封原理为：前卡套17被推入到连接体19和管体20形成主密封,而后卡套16向内产生铰链作用以对管体20形成强有力的抓紧。后卡套16的几何形状有助于产生先进的工程铰链-夹箍作用,这种作用可把轴向运动转化为管体上的径向挤压作用,操作时只需要很小的装配扭矩。

前卡套的制造包括：车外圆、端面，镗孔、倒角，割断，车端面，渗碳，检验；前卡套外壁经渗碳处理，渗层厚度为0.3mm，表面硬度为hv830。

后卡套的制备方法为：

车外圆、端面，镗孔、倒角，割断，车斜端面，进行表面处理：在真空炉中，加热至650℃并保温20min，继续升温至950℃，并保温20min，通入nh3和n2，流量均为10l/min，进行渗氮处理30min，更换气氛为c2h2+n2，流量均为10l/min，进行渗碳处理20min，再更换气氛为nh3和n2，流量均为10l/min，进行渗氮处理20min，其中渗碳、渗氮的压力为2000pa；再进行油淬，油淬过程中，后卡套入油后搅拌，最大搅拌频率为50hz，油温为60℃；进行回火：加热至160℃，保温120min，空冷至室温；检验。后卡套外壁经渗碳、渗氮处理，渗层厚度为0.2mm，表面硬度为hv830。

双卡套的尺寸确定过程是研发的重要阶段，前卡套和后卡套的具体尺寸及公差配合对于双卡套管路接头的密封效果起着重要作用，通过发明人的不断尝试与探索，在参考资料极其有限的情况下，创立了国内独有的双卡套尺寸，并通过前卡套与后卡套的公差配合实现了双卡套在管路接头中优异的密封和工程铰链-夹箍效果，不论是与本公司的连接体、螺帽配合使用还是与通用螺帽、连接体装配，均能展现出优于其他同类双卡套的密封效果。

在卡套表面处理工艺的研发过程中我们发现，后卡套的表面处理工艺对于双卡套管路接头的密封性能至关重要，国外产品的后卡套表面硬度高达hv832，如何实现渗层厚度与表面硬度的协调并保证卡套足够的韧性，是解决接头达标问题的关键因素，渗层厚度太小则难以达到所需的表面硬度，渗层厚度过大则在达到表面硬度的同时降低了卡套的韧性，韧性不足，卡套在水压试验中极易发生断裂，无法通过试验，通过不断尝试摸索，本申请的发明人终于找到了合理的后卡套表面处理工艺参数，前卡套的主密封作用对于韧性的要求不高，在前卡套满足表面硬度的基础上，后卡套的韧性对铰链-夹箍作用的影响决定了是否能够在水压试验中保持整体密封效果，按照本申请中的处理工艺参数，可实现后卡套渗层厚度较薄的前提下达到足够的表面硬度，满足水压试验要求。而且，发明人发现，当后卡套渗层厚度为0.2mm，表面硬度为hv830时，双卡套管路接头能够达到国外产品后卡套表面硬度为hv832时的水压试验密封性能，这是出乎发明人预料的，具体见表2，其试验依据为：施加的初始压力为额定压力的10％，对组装的试样进行试验，以确定在管道或卡套接头与管道的接头处是否保持不泄漏流体。如没有发生泄漏，第二步将试样压力逐渐增加至管道或卡套接头额定压力的150％(以核电额定压力25mpa,则使用压力为37.5mpa)，这种升高了的压力测试了试样保持密封的能力。

表1水压试验结果对比

由表1可知，以本申请实施例1中的双卡套管路接头进行试验时，后卡套渗层厚度为0.2mm，表面硬度为hv830，世伟洛克样品的后卡套渗层厚度为0.2mm，表面硬度为hv832，经水压试验后，实施例1在保证与国外产品密封性能相同的情况下，螺帽位移量、扭矩变化量也与国外产品相当，如图6，7所示，实施例1中的双卡套应用于管路接头进行试压试验后，后卡套对试验样管外壁的挤入起沟状况与国外产品的状况相当，说明了后卡套的铰链-夹箍作用相当，这不仅解决了国产双卡套管路接头达标的问题，还降低了后卡套表面硬度的要求，降低了制造成本。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。