涉氫管路螺紋鎖死機理及預(yù)防措施

涉氫管道一般采用S31603不銹鋼，其連接形式除焊接以外，均采用卡套或螺紋等形式連接，主要依靠不銹鋼螺紋進行連接緊固，連接扭矩達(dá)130-350N·m，遠(yuǎn)高于碳鋼螺紋扭矩。較高的扭矩和不銹鋼的特性造成螺紋在安裝和拆卸的過程中易發(fā)生鎖死現(xiàn)象，鎖死輕則引起拆卸困難，重則造成無法拆卸，需要采用破壞性手段將管件及管道全部拆卸更換，造成維修難度和維修成本的增加。因此有必要對不銹鋼螺紋連接的鎖死機理及改善方法進行分析，采取有效措施進行預(yù)防。

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鎖死樣品的損傷分析

為了探明不銹鋼螺紋發(fā)生鎖死的原因，利用線切割機將發(fā)生鎖死的不銹鋼卡套樣品沿著軸線切開（圖1），對鎖死后螺牙損傷形貌進行觀察。內(nèi)外螺紋連接處在激光共聚焦顯微鏡下的形貌（圖2）。可見，內(nèi)外螺牙均發(fā)生嚴(yán)重磨損，有的螺牙在高度方向上磨掉約70%，并且磨屑在螺牙間堆積，成為一個整體。

將剖切卡套樣品分離，卡套樣品的典型損傷形貌（圖3）。可見，發(fā)生嚴(yán)重磨損，螺牙存在撕裂現(xiàn)象。磨屑在螺牙間堆積，對螺紋的旋入和旋出產(chǎn)生了阻塞作用，使得螺紋徹底鎖死。

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鎖死過程和實驗分析

不銹鋼螺紋在鎖死過程中發(fā)生了嚴(yán)重磨損現(xiàn)象。為了分析不銹鋼螺紋的鎖死過程，對比在無涂層和未作處理螺紋不同拆卸次數(shù)下的磨損的特征，采用反復(fù)預(yù)緊與拆卸的方式進行分析，次數(shù)分別為1次、5次和10次。所有試驗的卡套均未發(fā)生鎖死。試驗后，將卡套從螺牙底部沿著垂直于軸線方向進行線切割分析：

（1）1次預(yù)緊與拆卸后，螺牙表面就出現(xiàn)犁溝，這說明螺牙表面發(fā)生磨粒磨損。（圖4）。

（2）5次預(yù)緊與拆卸后，螺牙表面發(fā)生黏著磨損，螺牙頂部出現(xiàn)了由于黏著磨損而引起的撕裂和剝離現(xiàn)象。（圖5）

（3）10次預(yù)緊與拆卸后，黏著磨損加劇，螺牙頂部發(fā)生撕裂和剝離的材料體積增加。（圖6）

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防鎖死措施的效果分析

為應(yīng)對鎖死現(xiàn)象，采用具備抗咬合圖層（鍍銀圖層）和涂抹防咬合脂的管件進行測試，管件不銹鋼螺紋經(jīng)過10次預(yù)緊與拆卸后都未出現(xiàn)鎖死現(xiàn)象。顯微鏡形貌（圖7、8）與圖4、5、6對比，螺牙表面的損傷程度大幅度減輕。

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結(jié)論及預(yù)防措施

從上述分析可得，隨著預(yù)緊和拆卸次數(shù)增加，螺牙表面的磨損機制由磨粒磨損轉(zhuǎn)變?yōu)轲ぶp，且黏著磨損引起的損傷程度逐漸增加。隨著螺牙表面磨損的加劇，由于剝離和撕裂產(chǎn)生的磨屑逐漸在螺牙間堆積，這阻礙了螺牙的旋合過程并最終引起了鎖死現(xiàn)象。通過具備抗咬合圖層管件或涂抹防咬合脂可以有效降低鎖死現(xiàn)象發(fā)生。

為有效抵御黏著磨損造成不銹鋼螺紋連接抗鎖死，提高不銹鋼螺紋使用壽命，降低維修成本，不銹管管件安裝和使用過程還需要注意以下四點：

①.安裝前不銹鋼螺紋表面清潔，無污漬和雜質(zhì)；

②.安裝前應(yīng)對管件進行外觀檢查，不得有缺陷；

③.安裝時螺紋與管道中心線重合，偏轉(zhuǎn)角≤2°；

④.無涂層管件安裝應(yīng)涂抹抗咬合脂或特殊密封脂。