聚四氟乙烯軟管組件的安裝使用故障淺析

王婧 邵 茵

上海市塑料研究所有限公司 K裝駐上海地區(qū)第三J事代表室(上海 201702)

聚四氟乙烯軟管組件(以下簡(jiǎn)稱“軟管組件”)作為傳輸氣液介質(zhì)的柔性管路，已被廣泛應(yīng)用于航空、汽車領(lǐng)域中各類液壓、氣動(dòng)、燃(滑)油、動(dòng)力等系統(tǒng)。軟管組件具有耐高低溫、耐腐蝕、抗老化、抗靜電、質(zhì)量輕、流阻小、吸收振動(dòng)和使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，但其組件對(duì)安裝、使用、維護(hù)的要求非常嚴(yán)格。如不能掌握正確的安裝、使用、維護(hù)方法，可能導(dǎo)致軟管組件的使用壽命下降，甚至發(fā)生嚴(yán)重故障。

本研究意在幫助使用單位和人員加強(qiáng)對(duì)軟管組件的結(jié)構(gòu)、加工制造、布局走向及安裝、使用、維護(hù)等方面的了解，有效地指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)故障排除。

1 軟管組件的結(jié)構(gòu)組成

軟管組件由聚四氟乙烯內(nèi)管、不銹鋼絲(或纖維)增強(qiáng)層、金屬連接件組成，按需可加裝防火套或防磨護(hù)套。其結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

圖1 軟管組件結(jié)構(gòu)示意圖(加裝防磨護(hù)套)

聚四氟乙烯內(nèi)管主要由聚四氟乙烯樹脂推壓燒結(jié)成型，內(nèi)壁附著導(dǎo)電層，既可以傳輸具有一定壓力、溫度的氣液介質(zhì)，又可以傳導(dǎo)因流體高速流動(dòng)產(chǎn)生的摩擦靜電，有效防止管體被靜電擊穿。

聚四氟乙烯內(nèi)管本身并不能承受高壓，須經(jīng)不銹鋼絲增強(qiáng)后才能承受相應(yīng)的壓力。不銹鋼絲增強(qiáng)形式主要有兩種：一是編織增強(qiáng)，二是纏繞加編織增強(qiáng)，其主要作用是確保管體能夠承受規(guī)定的壓力。

金屬連接件起到與機(jī)上設(shè)備相連接的作用，主要包括螺母、接頭、套筒。

2 軟管組件安裝原則

軟管組件安裝正確與否，將直接影響軟管組件的使用壽命，甚至?xí)?lái)嚴(yán)重的安全隱患。因此，在軟管組件安裝過(guò)程中，須注意按照以下原則進(jìn)行：在滿足軟管最小直線段、最小彎曲半徑要求的前提下，軟管應(yīng)安裝在同一平面內(nèi)，不得讓軟管受扭。

2.1 最小彎曲半徑及平直段長(zhǎng)度

安裝時(shí)，盡量保證軟管組件的彎曲半徑R不小于相關(guān)技術(shù)文件的規(guī)定值；如有安裝狀態(tài)不符合彎曲半徑要求的情況，可以通過(guò)規(guī)定的相應(yīng)試驗(yàn)驗(yàn)證來(lái)證明其能滿足使用要求。同時(shí)，靠近接頭部分的管體必須保持一定的直線長(zhǎng)度(平直段A，L)。參照SAE J1273-2014《液壓軟管總成推薦操作》中第5.21條，一般情況下，平直段A值不得小于5 mm，如圖2所示。

圖2 安裝原則：最小彎曲半徑及平直段長(zhǎng)度

使用恰當(dāng)?shù)倪^(guò)渡接頭或采用帶彎接頭的軟管組件，能夠避免或減小軟管過(guò)度彎曲或彎折。過(guò)度的彎曲可能造成軟管折癟甚至阻流，對(duì)軟管和接頭產(chǎn)生額外應(yīng)力，導(dǎo)致軟管的壽命降低，如圖3所示。

圖3 安裝原則：最小彎曲半徑

2.2 軟管扭曲

安裝時(shí)，應(yīng)盡量避免連接的軟管組件發(fā)生扭曲，如圖4所示。軟管組件處于扭曲狀態(tài)時(shí)，會(huì)在扭曲部位產(chǎn)生應(yīng)力，縮短軟管的使用壽命或引發(fā)軟管故障。

2.3 軟管扭轉(zhuǎn)

如果軟管組件兩端都是有角度的端接頭，當(dāng)兩端接頭的相互位置不恰當(dāng)時(shí)，軟管易發(fā)生扭轉(zhuǎn)。當(dāng)對(duì)接機(jī)件接頭角度與軟管組件安裝彎曲角度不一致時(shí)，軟管組件也將發(fā)生扭轉(zhuǎn)，需特別注意。如果安裝的軟管管體已經(jīng)發(fā)生扭轉(zhuǎn)，工作壓力將產(chǎn)生一個(gè)使管體恢復(fù)原始狀態(tài)的力，這一作用力能夠使端接頭螺母松動(dòng)或者引起增強(qiáng)層松散(與內(nèi)管剝離)，導(dǎo)致軟管在最大應(yīng)力點(diǎn)處損壞。

為避免軟管安裝時(shí)發(fā)生扭轉(zhuǎn)，可在接頭六角與機(jī)件對(duì)接處分別劃線或在軟管上作一標(biāo)志線，一旦發(fā)現(xiàn)扭轉(zhuǎn)，立即松開端接頭的螺母，擺正軟管后重新緊固螺母，如圖5所示。

圖4 安裝原則：避免扭曲

需要特別注意的是，類似于起落架收放軟管等運(yùn)動(dòng)范圍大的軟管組件，需確認(rèn)收放前后的軟管組件狀態(tài)，避免安裝不合理導(dǎo)致出現(xiàn)起落架放下時(shí)軟管組件狀態(tài)完好、起落架收起后軟管組件發(fā)生扭轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。

2.4 軟管長(zhǎng)度裕度

軟管組件在承受壓力和溫度變化時(shí)長(zhǎng)度會(huì)發(fā)生一定的變化，相對(duì)于原長(zhǎng)度，其變化可達(dá)到±2%。因此，應(yīng)適當(dāng)保持一定的長(zhǎng)度裕度，允許軟管伸長(zhǎng)或縮短。當(dāng)軟管組件中間用管夾進(jìn)行固定時(shí)，管夾兩端的部分也應(yīng)具有一定的長(zhǎng)度裕度，如圖6所示。

圖5 安裝原則：避免扭轉(zhuǎn)

圖6 安裝原則：長(zhǎng)度裕度

2.5 摩擦

軟管組件在同一部位長(zhǎng)期摩擦，將導(dǎo)致護(hù)套磨損甚至鋼絲磨損，從而發(fā)生斷絲現(xiàn)象，繼續(xù)使用將使軟管組件發(fā)生故障。軟管組件排布時(shí)，須注意防止與尖銳物體、硬質(zhì)器件、運(yùn)動(dòng)部件或其他軟管組件發(fā)生摩擦(見圖7)。使用軟管管夾、在軟管外部包覆防磨護(hù)套可有效防止磨損。

圖7 安裝原則：避免摩擦

2.6 振動(dòng)和動(dòng)態(tài)彎曲

軟管組件需承受振動(dòng)或進(jìn)行彎曲運(yùn)動(dòng)時(shí)，須適當(dāng)增加軟管組件的長(zhǎng)度。軟管組件過(guò)短，在振動(dòng)或彎曲運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，可能造成局部承受額外應(yīng)力或過(guò)度彎曲，如圖8所示。

2.7 采用合適的過(guò)渡接頭

滿足系統(tǒng)連接或改變軟管安裝角度、安裝走向以及連接尺寸時(shí)，常采用過(guò)渡接頭。適當(dāng)?shù)倪^(guò)渡接頭(如圖9所示)可以改善軟管彎曲程度并提高軟管排布的規(guī)整性。

圖8 安裝原則：振動(dòng)和動(dòng)態(tài)彎曲

圖9 安裝狀態(tài)：采用過(guò)渡接頭

3 安裝故障分析及其措施

不合理地安裝使用軟管組件，會(huì)導(dǎo)致軟管組件故障的發(fā)生，嚴(yán)重時(shí)會(huì)危及系統(tǒng)安全。目前發(fā)生的因安裝、使用、維護(hù)不當(dāng)導(dǎo)致的故障中，常見類型為安裝扭轉(zhuǎn)、管體折癟、螺母裂紋等。

3.1 安裝扭轉(zhuǎn)

某型軟管組件在彎接頭套筒根部發(fā)生泄漏故障。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查看，軟管組件管體發(fā)生了扭轉(zhuǎn)。該故障情況為：(1)聚四氟乙烯內(nèi)管也隨之發(fā)生扭轉(zhuǎn)，原有組織結(jié)構(gòu)遭到破壞，易在某一點(diǎn)形成應(yīng)力集中，產(chǎn)生縱向疲勞裂紋，進(jìn)而導(dǎo)致軟管組件發(fā)生故障。(2)聚四氟乙烯內(nèi)管與鋼絲增強(qiáng)層之間出現(xiàn)間隙，該部位的鋼絲增強(qiáng)層不能緊密貼合在內(nèi)管外表面，使承壓能力降低。在長(zhǎng)期的高壓(21 MPa)環(huán)境下工作時(shí)，該部位不足以承受這么高的壓力，易導(dǎo)致該處內(nèi)管破裂，發(fā)生泄漏。

操作人員未能嚴(yán)格按照安裝步驟和要求進(jìn)行軟管組件安裝是導(dǎo)致該類故障的主要原因。在安裝軟管組件過(guò)程中，應(yīng)在軟管組件接頭六角或方枕處與機(jī)件接口上沿著軟管組件的走勢(shì)在近軟管中心線位置用記號(hào)筆和直尺畫2段直線，以觀察軟管組件是否發(fā)生扭轉(zhuǎn)。一旦發(fā)現(xiàn)扭轉(zhuǎn)，松開端接頭的螺母，擺正軟管組件后重新緊固螺母。

3.2 管體折癟

某型軟管組件發(fā)生管體泄漏故障?，F(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，該型軟管組件的安裝彎曲半徑過(guò)小，且在管體泄漏處發(fā)生嚴(yán)重的折癟。解剖后可見漏油處內(nèi)管在距套筒約8 mm處彎曲內(nèi)側(cè)有明顯折痕，折痕外側(cè)約有3 mm長(zhǎng)的縱向穿透性裂紋。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)安裝狀態(tài)及解剖分析可知，該型軟管組件的安裝彎曲半徑過(guò)小，產(chǎn)生折癟，使軟管組件近套筒處無(wú)法承受額外的彎曲應(yīng)力及液壓壓力作用，致使管件損壞產(chǎn)生泄漏。

因此，軟管組件安裝時(shí)應(yīng)特別注意其最小彎曲半徑值。如果安裝彎曲半徑值小于規(guī)定的彎曲半徑最小值，應(yīng)反饋給設(shè)計(jì)和制造單位，并可通過(guò)縮短軟管組件長(zhǎng)度、增加過(guò)渡彎接頭或直接更換為彎接頭軟管組件等方式解決。

3.3 螺母裂紋

某型軟管組件在拆裝過(guò)程中發(fā)現(xiàn)收緊螺母裂紋故障。經(jīng)分析，該軟管組件經(jīng)過(guò)多次拆裝，而安裝人員在拆裝過(guò)程中未使用定力扳手，以超出標(biāo)準(zhǔn)要求的扭力值安裝軟管組件，造成收緊螺母收緊部位產(chǎn)生裂紋。

在軟管組件裝卸過(guò)程中，正確使用力矩扳手和適宜的扭力值尤為重要。如軟管組件安裝空間允許，應(yīng)按HB 4-48—2002《擴(kuò)口式收緊螺母組合技術(shù)要求》規(guī)定的擰緊力矩，配合力矩扳手進(jìn)行安裝。同時(shí)，在拆裝過(guò)程中應(yīng)盡量使用2把扳手對(duì)軟管組件進(jìn)行固定，防止管體出現(xiàn)扭曲、折癟、彎折的情況。一旦出現(xiàn)上述情況，應(yīng)立即更換新產(chǎn)品。

4 結(jié)語(yǔ)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，軟管組件使用過(guò)程中暴露出的質(zhì)量問(wèn)題中，因安裝、使用、維護(hù)不當(dāng)導(dǎo)致的故障數(shù)量約占故障總數(shù)的40%。根據(jù)軟管組件的產(chǎn)品特點(diǎn)制定安裝、使用、維護(hù)要求，并按要求操作，可有效地保證軟管組件的正常使用。