摘 要：本文介绍了高压油管的结构及性能要求，从加工工艺、应力集中、原材料的选择三个方面分析了高压油管泄漏的原因，并分别针对这三个方面提出了改进措施，基本上解决了280A型柴油机高压油管泄漏的问题。

关键词：高压油管；泄漏；加工工艺；材料；原因分析；改进

1 前言

高压油管是柴油机上工作条件比较恶劣的部件，处于周期脉动变化的油压作用下，最高油压达100MPa。在柴油机燃油系统中，高压油管是连接喷油泵和喷油器的纽带，为喷油器输送柴油机工作所必须的高压燃油。因为其工作条件恶劣，而且是高压燃油输送过程中的关键部件，对柴油机的安全可靠运行起着不可忽视的作用。高压油管的破裂，往往会酿成火灾，甚至是导致机破，使机车瘫痪，造成巨大的经济损失。

2 高压油管的主要结构与性能

从整体结构上来讲，高压油管主要分为双层高压油管和单层高压油管，从高压油管管端结构来讲，高压油管管端可采用左旋螺纹结构、焊接结构、冷镦成形结构和热镦成形结构。柴油机高压油管组件是柴油机燃油系统的重要零部件，对确保和改善柴油机良好的燃烧状态有着重要的作用。在柴油机燃油系统的高压容积中，高压油管所具有的弹性较为显著。由于燃油的压缩性和高压油管的弹性不仅实际喷油始点在时间上落后于喷油泵几何供油始点；而且油管中的压力波动呈周期性变化，在升压过程中油管弹性扩张，在降压过程中油管弹性收缩，压力的升降引起压力波的传递与反射，致使实际喷油规律与几何供油规律出现差异，且产生二次或多次喷射。这种差异，随着柴油机转速、油管长度、高压容积等增加而加大，并使油管产生振动。因此要求高压油管在高压下能保证密封性及有较高的耐振能力和较小的弹性胀缩。

3 高压油管漏油的原因分析

继2011年以来， 280A型柴油机装用的高压油管频繁发生油管裂漏事故，从上海机务段、南昌机务段、襄阳机务段及出口伊朗机车所用高压油管裂漏部位来看，油管的裂漏均发生在接头后部20～30mm处，而此部位恰是高压油管热镦工序中加热与不加热的结合部；另一种情况是高压油管的破裂多数发生在应力集中或者弯曲的部位，这种情况主要是由于结构和制造工艺导致的；还有一种情况是在油管管身直段的纵向破裂，这种情况往往具有批量性的特点，主要是原材料生产过程中存在的原始缺陷导致的。通过对各机务段高压油管裂漏的调研分析主要有以下三方面的原因：

3.1 加工工艺

280A型柴油机用高压油管管端采用热镦成形结构，虽然热镦工艺有诸多的优点，但是对管体的伤害也是巨大的。热镦使管体强度大大降低。高频炉的瞬间加热，使个别钢管的物理性质发生变化，维持钢管强度的碳化物在晶界析出导致钢管性能极大地恶化，使钢管强度大大降低，在喷油泵高压力、高频率、高脉冲的作用下，管体内部裂纹得以延伸、扩展，最终产生裂漏。在标准TB/T3240-2010中规定高压油管管端可采用左旋螺纹结构、焊接结构、冷镦成形结构。

3.2 应力集中

在高压油管管端加工过程中，由于采用热镦工艺，即采用高频加热，加热时间短，钢管升温快，热镦完成后未进行保温处理，钢管聚冷聚热，应力集中于高压油管接头根部不容易消除，这也是导致高压油管裂漏的原因之一。

3.3 原材料的选择

根据280A型柴油机用高压油图纸要求，高压油管管材要求采用20A冷拔无缝钢管。高压油管管体内部表面存在0.1～0.3mm的毛细裂纹，这种裂纹的存在是导致高压油管裂漏的最根本也是最直接的原因。这种裂纹用现在的各种探伤方法均无法检测，按图纸要求用静态油泵打压也无法检测。在高压油泵瞬时高压力、高频率、高脉冲的作用下，管体内壁裂纹极大的降低了有关的抗疲劳强度，导致高压油管裂漏。现在由于种种原因，20A材料管体表面及内孔不可避免的存在裂纹、砂眼、气孔。随着内燃机朝高速、重载、大功率方向发展，高压油管所承受的压力更大，对管体的材质要求更高，我国现有技术条件下的20A管材已无法满足内燃机车新环境下的运行要求。因此，改用质量更稳定、抗压力强度更高的优质钢材取代传统的20A材质，成为杜绝或减少高压油管裂漏的最重要的措施之一。

标准TB/T 3240-2010中明确指出，高压油管管材优先选用20A无缝钢管，根据高压油管工作压力要求，允许采用低合金高强度钢（如Q345）和合金结构钢（如12CrNi3、35CrMo、40Cr）等强度更高的材料加工。

4 高压油管的改进

为了解决高压油管频繁裂漏的问题，可通过改变加工工艺和高压油管管材的材料，并且加强制造工艺。

4.1 加工工艺

280A型柴油机用高压油管采用冷镦成形工艺，冷镦成形有以下优点：

1）钢材利用率高。

2）生产率高。与通用的切削加工相比，冷镦成形效率要高出几十倍以上。

3）机械性能好。冷镦成形的零件，由于金属纤维未被切断，因此强度要比且切削加工优越的多。

4）适于自动化生产。适宜冷镦成形工艺生产的紧固件（也含一部分异形件），基本上属于对称性零件，适合采用高速自动冷镦机生产，也是大批量生产的主要方法。

4.2 原材料的选择

通过调研，国外较多采用强度优于ST45的ST52.4的管材，，相当于国内的Q345。高压油管管材的选择主要考虑规格（内孔尺寸和管壁厚度）、强度等级、内孔表面质量三方面的要求。

1）高压油管管材的规格的选择。通过对φ3.5、φ4、φ4.5三种不同油管内径进行了对比计算，对喷油器与喷油泵端压力的影响如图1、图2所示：

当油管内径从φ4.5减到φ4，在喷油泵端的喷射压力将提高，在喷油器端的喷射压力也提高；当油管内径从φ4减到φ3.5，在喷油泵端的喷射压力将提高，但在喷油器端的喷射压力则没有提高。因此，高压油管应采用φ4内径。

2）强度等级的要求。高压油管管材普遍采用冷拔成形的低碳、低合金钢生产，通过冷拔强化和后续适当的热处理来保证管材获得适当的强度和塑性。TB/T 3240-2010中提出，允许采用低合金高强度钢如Q345，经过适当热处理，达到设计要求的强度等级如表1所示。

3）内孔表面质量的要求。影响高压油管使用寿命的另一个重要因素是有关内表面缺陷的数量和深度。由于高压油管在冷拔加工过程中，内表面不可避免产生微裂纹，当柴油机工作时，由于高压脉冲的波动导致微裂纹继续扩展而早期失效。在TB/T 3240-2010中引用标准JB/T 8120.1-2000中对燃油喷射管内表面缺陷按数量和深度进行了分级，如表2所示，并且规定应符合R级要求。

4 结论

通过台架试验和在线机车的运用考核证明：针对高压油管以上几个方面的改进，使新型高压油管的可靠性大大的提高，基本上解决了高压油管泄漏的问题。

参考文献

[1] 黄东、覃景荣、熊炬、张建平，TB/T 3240-2010 内燃机车柴油机用高压油管

[2] 田朕，柴油机高压油管用材料综述