□秦光耀 郭向東 劉士偉 孔海濤

一、卡套式無(wú)焊接連接的發(fā)展過(guò)程

卡套接頭又被稱(chēng)為“EO”接頭，按其發(fā)展歷程來(lái)看，可以歸納為以下幾類(lèi):

(一)EO 接頭。即EO 一代，漸進(jìn)式卡套接頭，見(jiàn)圖1。圖中白色即為漸進(jìn)式卡套，它的切削刃沿著軸線方向，隨著螺母的擰緊，這種完全由管接頭的幾何形狀決定的運(yùn)動(dòng)將使卡套的切削刃咬入管子的表面，從而實(shí)現(xiàn)密封，是最早的無(wú)焊接連接工藝，由德國(guó)人Ermeto 在20 世紀(jì)30年代設(shè)計(jì)的。之后有些公司對(duì)其進(jìn)行細(xì)微的改動(dòng)，有的被稱(chēng)為“EO plus”等，但都屬于第一代產(chǎn)品。這類(lèi)接頭能承受的壓力不高，100Bar 左右，而且安裝時(shí)對(duì)工人的要求高，卡套的咬合經(jīng)常不理想，需要經(jīng)常維護(hù)。

圖1 ED 接頭

圖2 EO2 接頭

(二)EO2 接頭。即EO 二代卡套接頭，圖2 即為EO2 接頭?？梢?jiàn)，與EO 接頭相比，設(shè)計(jì)人員將原本一個(gè)整體的卡套分為兩個(gè)組成部分，右側(cè)白色部分仍然起到切削刃的作用，咬入管子的表面;左側(cè)部分單獨(dú)起到密封的效果，兩部分采用不同的材質(zhì)，其物理性質(zhì)也不同，左側(cè)密封部分強(qiáng)度大，右側(cè)切削刃部分則能在擠壓下變形。通過(guò)對(duì)原卡套不同功能部分的分割和新材料、新工藝的采用，EO2 卡套接頭相比EO接頭性能上有幾大的提高，能夠承受210Bar、420Bar 甚至有些公司的此類(lèi)接頭能承受500Bar 或更高的壓力。這種EO2連接形式對(duì)安裝人員的要求相比EO 接頭低了很多，一次安裝成功后泄露的概率也很低，非常受歡迎。

(三)EO2 FORM 接頭。近年來(lái)又有一種顛覆性的改進(jìn)，被稱(chēng)為“EO2 FORM”卡套接頭，雖然仍為EO2 系列，但個(gè)人認(rèn)為它已經(jīng)稱(chēng)得上“EO3”了，因?yàn)榕cEO 和EO2 在卡套上做文章不同，它直接在管子上做文章，通過(guò)擠壓管子末端(預(yù)成型)達(dá)到卡套的部分功能，是一種跨越式的創(chuàng)新，如圖3 所示。

圖3 EO2 FORM 接頭

圖4 PAKER 公司的EO2 FORM 接頭

圖4 美國(guó)廠商PAKER 設(shè)計(jì)的EO2FORM 卡套接頭，這種接頭相當(dāng)于把EO2 形式的切削刃部分直接通過(guò)擠壓管子末端來(lái)代替，從而省掉了切削刃咬入管壁的過(guò)程，使安裝過(guò)程更快，且由于管壁被擠壓后沒(méi)有改變其物理屬性，所以其強(qiáng)度不變，而且不用擔(dān)心安裝時(shí)切削刃咬入量在圓周范圍內(nèi)有變化，保證上緊螺母時(shí)擰緊力矩可控。不過(guò)這種接頭雖然安裝方便、可靠且難度低，但最大的缺點(diǎn)就是管端擠壓成型必須要用到專(zhuān)用管端預(yù)成型設(shè)備WALFORM 機(jī)，如PAKER 的The EO2 -FORM F3 machine。不過(guò)，雖然有很多公司都掌握此種EO2FORM 技術(shù)，但各個(gè)公司在技術(shù)細(xì)節(jié)上還是不同的，管端擠壓后的形狀也各異，但原理普遍一致。圖5 是HANSA-FLEX 的EO2FORM 接頭，可以與PAKER 的作一下對(duì)比。

圖5 HANSA-FLEX 的EO2 FORM 接頭

二、卡套接頭的功能及其演變過(guò)程

雖然卡套形式種類(lèi)繁多，但追根究底所有卡套實(shí)現(xiàn)無(wú)焊接和密封的原理都是一樣的，沒(méi)有不同;而各種形式的卡套都是從最初的EO 卡套演變而來(lái)，掌握了EO 卡套的原理，就等于掌握了所有卡套的原理，所以現(xiàn)在從最原始的EO 卡套入手，分析卡套的功能是如何實(shí)現(xiàn)及如何演變的。圖6、圖7請(qǐng)看以下兩圖，分別為卡套擰緊前和擰緊后的剖面圖。

圖6 擰緊前的剖面圖

圖7 擰緊后的剖面圖

從兩張圖中完全可以看出卡套功能實(shí)現(xiàn)的過(guò)程:

A．B 兩點(diǎn)即為切削刃，擰緊后咬入管壁，C 處接觸面積大，相當(dāng)于限位功能，控制A、B 點(diǎn)的咬入量;D 處則是中間接頭體和卡套間的限位，可以防止螺母過(guò)度擰緊;A 點(diǎn)咬入后會(huì)迫使F 處管壁材料填充原本的空隙，起到密封的效果;當(dāng)擰緊后E 面緊貼螺母，G 處可以看出明顯的彎曲，形成弧度，此處的“弧度”對(duì)于卡套至關(guān)重要，它相當(dāng)于一個(gè)彈簧，可以吸收高壓帶來(lái)的振動(dòng)，EO 卡套的原理就是這樣。但它的顯著缺點(diǎn)是:雖然可以通過(guò)擰緊螺母的圈數(shù)來(lái)控制總壓入量S，S=S1(卡套與接頭體間的位移量)+S2(卡套與管壁間的咬入量);但S1 和S2 各自的壓入量因裝配和材料精度問(wèn)題無(wú)法各自精確控制，所以容易導(dǎo)致裝配效果差，易泄漏。

因此，為了提高卡套能承受的壓力及振動(dòng)，同時(shí)有效控制壓入量，EO2 將EO 的整體式卡套分成了兩個(gè)部分，將密封部分與咬入部分一分為二，見(jiàn)圖8。

圖8 EO2

圖9 為PAKER 公司的EO2 卡套接頭，A 處為密封部分，硬度大，代替了EO 卡套上的D 點(diǎn)，與中間體直接接觸進(jìn)行限位;取消了G 處的彎曲弧度，用B 處彈性部分吸收振動(dòng);切削刃由2 個(gè)變?yōu)? 個(gè)，而且由于取消了彎曲弧度部分，整個(gè)擰緊過(guò)程只有切削刃部分有位移，安裝過(guò)程簡(jiǎn)單可控，施工難度進(jìn)一步降低，且一次擰緊后泄漏的概率也很小。EO2 形式的卡套承受的壓力已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)EO 卡套，可達(dá)到210Bar、420Bar。不過(guò)EO2 卡套還是有一個(gè)從EO 卡套時(shí)期就有的缺點(diǎn):就是切削刃部分在軸向方向上還是有可能偏移，影響咬入的效果。所以，為了解決這個(gè)問(wèn)題，設(shè)計(jì)人員做了改動(dòng):將切削刃取消，直接利用專(zhuān)用設(shè)備擠壓管壁末端形成凸肩，代替EO 中的切削刃;若以圖，PAKER EO2 為例來(lái)看，即省略了其中的retaining ring，請(qǐng)參看圖4。如此一來(lái)，再也不用擔(dān)心卡套在擰緊過(guò)程中軸向偏移，從而進(jìn)一步降低了裝配難度，提高了裝配精度。這種EO2 FORM 也是上海船廠到目前為止用過(guò)的最先進(jìn)的無(wú)焊接卡套連接工藝。

圖9 PAKER 公司的EO2 卡套接頭

很多廠家都有EO2 FORM 技術(shù)，但各廠家在細(xì)微之處還是有不同，例如德國(guó)HANSA -FLEX 的EO2 FORM 接頭，與PAKER 公司的產(chǎn)品相比，更大膽地往前邁出了一步:進(jìn)一步取消了密封環(huán)(即EO2 圖中的sealing ring)，仍用擠壓管壁代替。安裝時(shí)只需要安裝綠色的彈性密封圈，安裝過(guò)程簡(jiǎn)單到了極致。而且實(shí)踐證明，安全可靠?？沙惺艿膲毫σ餐耆cEO2 相當(dāng)。而EO2 FORM 卡套形式的唯一不足就是必須使用專(zhuān)用WALFORM 機(jī)器。

圖10 HANSA-FLEX 的EO2 FORM 接頭

三、EO 卡套接頭的未來(lái)

最新的EO2FORM 相比EO2 已經(jīng)有了很大的改進(jìn)，但各大公司并沒(méi)有把它稱(chēng)作EO3，而像PAKER 這樣的技術(shù)領(lǐng)先的公司已經(jīng)研發(fā)出了EO3 卡套接頭，但目前并沒(méi)有引入中國(guó)，現(xiàn)在也還不知道EO3 在哪些方面有了改進(jìn)。目前為止，上海船廠船舶有限公司所建造的數(shù)艘物探船從EO 一直到EO2FORM 都用過(guò)，船廠、船東和設(shè)備商最認(rèn)可的也是最新的EO2FORM，未來(lái)建造的物探液壓系統(tǒng)會(huì)不會(huì)用到更新的卡套工藝技術(shù)，讓我們拭目以待。

圖11 PAKER 公司EO3 接頭