四種常用管螺紋綜述

王振勇

(深圳市飛托克實(shí)業(yè)有限公司，廣東 深圳 518109)

1 管螺紋標(biāo)準(zhǔn)

管螺紋作為管道聯(lián)接的一種形式，廣泛地應(yīng)用于輸送液體、氣體的中小尺寸管路的聯(lián)結(jié)與密封。管螺紋種類繁多，應(yīng)用廣泛。我國(guó)常用的標(biāo)準(zhǔn)有 4個(gè)：GB/T7306.1—2000《55°密封管螺紋 第 l部分：圓柱內(nèi)螺紋與圓錐外螺紋》、GB/T7306.2—2000《55°密封管螺紋 第 2部分：圓錐內(nèi)螺紋與圓錐外螺紋》、GB/T7307—2001《55°非密封 管螺紋 》和 GB/T12716—2002《60°密封管螺紋》。

55°密封管螺紋屬惠氏螺紋，在歐洲和英聯(lián)邦國(guó)家影響較大。在水、煤氣等管道行業(yè)占?jí)艛嗟匚弧?952年被納入國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(ISO 7)行列。55°非密封管螺紋也屬于惠氏螺紋，該螺紋也被納入了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(ISO 228-1)的行列。60°密封管螺紋屬于布氏螺紋，它不僅應(yīng)用于壓力較低的水、煤氣管道，也應(yīng)用于高溫、高壓系統(tǒng)。4種國(guó)標(biāo)管螺紋標(biāo)準(zhǔn)與 ISO和美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系見表 1。

2 密封原理

(1)無(wú)論是 55°密封管螺紋還是 60°密封管螺紋(干密封管螺紋除外)，旋合時(shí)都要在螺紋密封副內(nèi)填充介質(zhì)，一般是用聚四氟乙烯密封帶纏敷外螺紋，根據(jù)聚四氟乙烯密封帶厚度不同，纏縛的圈數(shù)從 4到 10圈不等。當(dāng)牙頂和牙底間隙配合時(shí)，隨著管螺紋的旋緊。內(nèi)外螺紋牙側(cè)面相互擠壓，首先消除壓側(cè)面間的間隙，進(jìn)而隨著旋緊力的增加，牙頂逐漸變尖，牙底逐漸變鈍，牙頂與牙底間的間隙逐漸消除，達(dá)到阻漏目的。當(dāng)牙頂和牙底過渡或過盈配合時(shí)，牙頂和牙底首先互相擠壓，牙頂逐漸變鈍，牙底逐漸變尖，進(jìn)而牙側(cè)面接觸E并逐漸消除間隙。從而實(shí)現(xiàn)管螺紋的密封功能。第二種情況，由于牙頂和牙底首先接觸，對(duì)于奧氏體不銹鋼等容易咬合的材料是非常不利的，非常容易導(dǎo)致螺紋的咬死，這主要是因?yàn)榻佑|首先發(fā)生在牙頂牙底處，接觸面積小，接觸應(yīng)力大，加上牙頂牙底加工時(shí)難以保證光滑，所以容易發(fā)生螺紋咬死現(xiàn)象。

表1 國(guó)標(biāo)管螺紋標(biāo)準(zhǔn)與ISO和美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系

(2)55°非密封管螺紋本身沒有密封功能，螺紋只起聯(lián)結(jié)作用，因此需要采用密封墊作端面密封，端面密封有兩種形式，一種是在陽(yáng)螺紋的端面采用平墊，一種是在陰螺紋的端面采用組合墊片(彈性墊燒結(jié)在金屬圈的內(nèi)側(cè))的形式。無(wú)論那種密封都不可以應(yīng)用在高壓場(chǎng)所。兩種密封形式見圖 1。

圖1 55°非密封管螺紋密封形式

3 加工制造

管螺紋加工多采用車削、銑削和滾壓的方式加工，而應(yīng)用在普通螺紋上的絲錐和板牙加工螺紋的方法較少應(yīng)用，這主要是因?yàn)榻z錐和板牙加工出來的螺紋牙面粗糙，毛刺較多，難以滿足管螺紋在苛刻場(chǎng)合應(yīng)用的需要。車削、銑削加工管螺紋是采用切除材料的方法加工而來，滾壓加工管螺紋是采用使材料發(fā)生塑性變形的方法加工得到，相對(duì)于車削、銑削加工管螺紋的方法具有以下特點(diǎn)：

(1)生產(chǎn)效率高;

(2)螺紋表面粗糙度小;

(3)材料纖維連續(xù)，表面產(chǎn)生了冷作硬化層，強(qiáng)度和耐磨性有較大提高;

(4)不切除切屑，材料利用率高。

其中表面粗糙度小，表面產(chǎn)生冷作硬化層對(duì)奧氏體不銹鋼等無(wú)法通過熱處理來提高硬度的材料特別重要，管螺紋表面的硬化層和小的表面粗糙度對(duì)抗咬合非常有利。因此越來越多的廠家選擇滾壓的方法加工管螺紋。

4 檢驗(yàn)

中國(guó)企業(yè)管螺紋普遍采用綜合測(cè)量的檢驗(yàn)方式，目前我國(guó)只制定了 55°管螺紋量規(guī)標(biāo)準(zhǔn) GB/T 10922—2000 《55°密封管螺紋量規(guī)》、JB/T10031—1999《用螺紋密封的管螺紋量規(guī)》和 GB 10922—1989《非螺紋密封管螺紋量規(guī)》，而 60°密封管螺紋并無(wú)相應(yīng)的量規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，量規(guī)的制造和檢驗(yàn)依據(jù) ASME B1.20.1—1983(1992)《密封管螺紋》中量規(guī)的規(guī)定。螺紋塞規(guī)和螺紋環(huán)規(guī)的檢定依據(jù) JJG 888—1995《圓柱螺紋量規(guī)檢定規(guī)程》。螺紋量規(guī)傳遞系統(tǒng)見圖 2。

圖2 螺紋量規(guī)傳遞系統(tǒng)

管螺紋的檢驗(yàn)的工作塞規(guī)和工作環(huán)規(guī)都是削平牙頂和牙底的量規(guī)，可以綜合檢驗(yàn)管螺紋的作用中徑，但并不能檢測(cè)管螺紋的大徑和小徑，對(duì)于陽(yáng)螺紋工件的大徑可采用直接測(cè)量的方法測(cè)量，對(duì)于陰螺紋工件的小徑可采用光滑塞規(guī)檢測(cè)。而對(duì)于陽(yáng)螺紋工件的小徑和陰螺紋工件的大徑無(wú)法直接測(cè)量，容易被一般公司忽略，導(dǎo)致工件的陽(yáng)螺紋小徑和陰螺紋大徑不合格而被拒收。工件的陽(yáng)螺紋小徑和陰螺紋大徑不合格會(huì)導(dǎo)致密封管螺紋密封副無(wú)法密封，非密封管螺紋采用全牙型時(shí)會(huì)出現(xiàn)陽(yáng)螺紋工件旋合不進(jìn)陰螺紋工件的情況。有兩種間接的方法可以用來監(jiān)測(cè)陽(yáng)螺紋工件的小徑和陰螺紋工件的大徑是否超差，其一是監(jiān)控加工螺紋的刀具或滾壓輪，檢驗(yàn)刀具或滾壓輪是否磨損，從而判斷工件陽(yáng)螺紋的小徑和陰螺紋的大徑是否超差，其二是制作專用的檢驗(yàn)螺紋規(guī)，這種螺紋規(guī)可以放寬除陽(yáng)螺紋的大徑和陰螺紋的小徑之外參數(shù)的公差，來減小制作成本，一般選擇陽(yáng)螺紋的大徑和陰螺紋的小徑公差合理的工件作檢驗(yàn)螺紋規(guī)。

5 旋緊扭矩

我們國(guó)家和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織并沒有專門的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定管螺紋的旋緊扭矩，加上各個(gè)公司制造的管螺紋質(zhì)量參差不齊，管螺紋的旋緊扭矩都是憑安裝工人自己把握，一般是直到旋不動(dòng)為止，值得一提的是過大的安裝扭矩對(duì)于容易咬合材料的管螺紋安裝是非常不利的。美國(guó)標(biāo)準(zhǔn) UL842—2007《可燃流體用閥門》規(guī)定了 60°密封管螺紋的扭矩，經(jīng)測(cè)試該扭矩值對(duì) 55°密封管螺紋也是合適的，具體值見表 2。

綜上，管螺紋是比普通螺紋要求更高的螺紋，它需要在加工、檢驗(yàn)以及安裝方面采取嚴(yán)格的控制，目前國(guó)內(nèi)企業(yè)制作的管螺紋與國(guó)外還存在相當(dāng)?shù)牟罹啵瑖?guó)外管螺紋的各個(gè)參數(shù)都比標(biāo)準(zhǔn)上要求的更為嚴(yán)格，他們不僅滿足標(biāo)準(zhǔn)而且還高于標(biāo)準(zhǔn)，這需要國(guó)內(nèi)企業(yè)根據(jù)自己企業(yè)的情況，在管螺紋的加工、檢測(cè)上采取更為嚴(yán)格的制造、檢驗(yàn)體系。

表2 60°密封管螺紋扭矩值

[1] 吳宗澤.機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)[Z].2002.

[2] 王先逵.機(jī)械加工工藝手冊(cè)(單行本)螺紋加工[Z].2008.

[3] GB/T7306.1— 2000，55°密封管螺紋 第 1部分：圓柱內(nèi)螺紋與圓錐外螺紋[S].

[4] GB/T7306.2— 2000，55°密封管螺紋 第 2部分：圓錐內(nèi)螺紋與圓錐外螺紋[S].

[5] GB/T7307— 2001，55°非密封管螺紋[S].

[6] GB/T12716— 2002，60°密封管螺紋[S].

[7] GB/T 10922— 2000，《55°密封管螺紋量規(guī)[S].

[8] JB/T10031—1999，用螺紋密封的管螺紋量規(guī)[S].

[9] GB 10922—1989，非螺紋密封管螺紋量規(guī)[S].

[10] 60°錐管螺紋國(guó)標(biāo)工作組.60°管螺紋質(zhì)檢和試驗(yàn)驗(yàn)證[S].1992.

[11] UL842—2007，可燃流體用閥門[S].