[发明专利]一种确定导管密封接头拧紧力矩的试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种确定导管密封接头拧紧力矩的试验方法。

背景技术

如图1所示，某运载火箭新研的台阶式导管密封接头包括凹台阶接头1、凸台阶接头2、金属垫片3和外套螺母4，其密封原理是依赖螺纹连接产生的压力使金属垫片发生屈服变形，实现连接面间微观缝隙的填充，从而保证密封。通过专用的拧紧工具（即力矩扳手）拧紧螺母，在拧紧过程中可以实时显示拧紧力矩值。针对该种导管密封接头，依据漏率要求为不高于1×10^-5Pa.m³/s的条件，开展了力矩量化的研究工作，形成了一套合理确定导管密封接头拧紧力矩的试验方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种确定导管密封接头拧紧力矩的试验方法，以满足依赖螺纹连接的导管密封接头各种工况下的使用要求，特别是在密封要求较高场合。

本发明包括如下技术方案：

一种确定导管密封接头拧紧力矩的试验方法，所述导管密封接头包括金属垫片和螺母，包括如下步骤：

（1）根据最小预紧力和最大预紧力计算得到导管密封接头的理论最小拧紧力矩值和理论最大拧紧力矩值；

（2）将所述理论最小拧紧力矩值作为起点，以一定的间隔逐渐增加拧紧力矩值，在每个拧紧力矩值下对所述导管密封接头进行气密检测，得出满足漏率要求的试验最小拧紧力矩值；

（3）将所述满足漏率要求的试验最小力矩值乘以力矩衰减系数得出最终拧紧力矩值；

（4）将最终拧紧力矩乘以1.25获得的力矩拧紧所述导管密封接头，确定螺纹强度是否满足要求；

若螺纹强度不满足要求，需对导管密封接头结构进行再设计，并返回步骤（1）；

若螺纹强度满足要求，则结束。

所述最小预紧力通过金属垫片的密封比压确定。

所述力矩衰减系数为1.25～1.3。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

本发明试验方法中将理论最小拧紧力矩值作为起点，以一定的间隔逐渐增加拧紧力矩值，在每个拧紧力矩值下对所述导管密封接头进行气密检测，得出满足漏率要求的试验最小拧紧力矩值；将所述满足漏率要求的试验最小力矩值乘以力矩衰减系数得出最终拧紧力矩值。本发明所确定的最终拧紧力矩值可以实现接头漏率低于10^-7Pa.m³/s量级的使用，远高于其设计要求，具有一定的可靠性。

附图说明

图1为导管密封接头的结构示意图；

图2为确定导管密封接头拧紧力矩的试验方法的流程图。

具体实施方式

下面就结合附图对本发明做进一步介绍。

如图1所示，以通过压缩金属垫圈实现密封的台阶式密封接头为例，确定拧紧力矩的试验方法步骤如下：

1、根据预紧力与拧紧力矩的关系式，得到满足密封的理论最小拧紧力矩值以及最大拧紧力矩值。

预紧力与拧紧力矩的关系式如下：

其中M：拧紧力矩，N.m；Q：预紧力，N；Dc：螺纹的中径，mm；β：螺纹半角30°；P：螺距，mm；r_f：摩擦面平均半径，mm；μ：摩擦系数。

其中最小预紧力通过金属垫片的密封比压确定（即金属垫片的最小密封比压乘以受压面积），最大预紧力根据螺纹材料的屈服应力确定。所述螺纹材料的屈服应力包括螺纹剪切应力τ、弯曲应力σ_w。根据螺纹剪切应力τ、弯曲应力σ_w与预紧力的关系式分别为：和分别确定剪切应力对应的预紧力，弯曲应力对应的预紧力，将这两个预紧力中最小的一个预紧力作为所述最大预紧力。其中，Q：预紧力，N；F_J：单牙螺纹受剪面积，F_J=0.875πdP，mm²；X_L：螺纹力臂，X_L=0.325P，mm；W：单牙螺纹断面系数，W=0.128πdP²，mm³；n：螺纹圈数；d：螺纹公称直径，mm；P：螺距，mm。

2、通过试验确定试验最小拧紧力矩值M₀，即以理论最小拧紧力矩为起点拧紧接头，进行常温气密检测，若漏率不满足要求，则以一定的力矩间隔逐级加载，直至漏率满足要求，对应的力矩值即为M₀。注意力矩加载不应超出理论最大拧紧力矩值。力矩间隔一般根据经验确定，如通径规格为4mm的导管连接件，力矩间隔可取3N.m。常温气密检测例如可以使用氦质谱检测方法。