法兰,垫片,螺栓

法兰，垫片，螺栓

管法兰及其垫片、紧固件统称为法兰接头。法兰接头是工程设计中使用极为普遍、涉及面非常广泛的一种零部件，是配管设计、管件阀门中必不可少的零件，而且也是设备、设备零部件(如人孔、视镜、液面计等)中必备的构件。

一、法兰简述

法兰标准体系：

国际上管法兰标准主要有两个体系，即以德国DIN(包括原苏联)为代表的欧洲管法兰体系（PN系列）和以美国ANSI（美国国家标准协会）管法兰为代表的美洲管法兰体系（CLASS系列）。两个体系的管法兰连接尺寸完全不同，无法互配。两个体系的管法兰以压力等级来区分最为合适，即欧洲体系为0.25、0.6、1.0、1.6、2.5、4.0、6.3、10.0、16.0、25.0、32.0、40.0MPa，

美洲体系为1.0、2.0、5.0、11.0、15.0、26.0、42.0MPa。

除此之外，还有日本JIS管法兰，在国际上影响较小。

我装置法兰执行标准以美表为主。

材质:锻钢、WCB碳钢、不锈钢、316L、316、304L、304、321、铬钼钢、铬钼钒钢、钼二钛、衬胶、衬氟材质。

种类:带颈平焊法兰（只需单面焊，压力低）、带颈对焊法兰、整体法兰（一般与阀门等焊接为一整体）、环松套法兰（压力低，腐蚀性强）、承插法兰、长高

颈法兰及盲法兰等。

法兰密封面形式

法兰密封面的型式有全平面、突面、凹凸面、榫槽面、环连接面及锥面六种。前四种用于各种平垫，后两种用于金属垫环。法兰密封面型式不同，适用的工况不同，密封性能也不相同。如一般用于中低压的全平面、突面、凹凸面、榫槽面，其密封性能按以上顺序以后者较好。而环连接面和锥面，由于和金属垫环为线接触密封，金属垫环又具有良好的回弹能力和抗松驰能力，并具有一定的自紧作用，故常用于中高压与高温工况。

法兰密封面的粗糙度

法兰密封面直接与垫片接触，为保证其密封效果，法兰密封面的表面粗糙度应与所使用的垫片相适应。当采用金属垫时，如八角垫环、椭圆垫环、透镜垫环，其表面粗糙度通常要求达到Ra0.4（齿形垫片要求Ra0.8），以尽量减小或消除接触间隙；当采用软质垫片，包括具有表面软层的组合式垫片时，如石棉橡胶板垫片、聚四氟乙烯垫片柔性石墨复合垫片、金属缠绕垫片等，由于垫片接触面易于变形，法兰密封面过于光滑会降低界面上的阻力，对防止泄漏反而不利，因此表面粗糙度可大些，一般要求达到Ra12.5~Ra6.3就够了。至于金属包垫片，由于垫片密封面硬度较大，要求法兰密封面的粗糙度较小（Ra1.6~Ra0.8）。

有时为了减小泄漏，对于平面法兰，在其密封面上车削出2~3道同心圆密封槽（俗称水线），但不允许密封面上有径向刀痕或划痕。

法兰刚度

法兰刚度不够，会引起法兰密封面轴向翘曲变形，造成垫片内、外侧受力严重不均匀，导致密封失效。此外，在螺栓数量较少时，法兰刚度不够还会使两螺栓之间的法兰密封面呈波浪式变形，造成垫片周向受力不均匀，亦不能保证密封。但过分提高法兰刚度，不仅法兰变得笨重，给安装带来麻烦，同时也增加了制造成本。此外，对易燃易爆或有毒介质，为保证密封的可靠性，要求法兰具有足够的刚度，故常升级选用法兰。

法兰公称压力

法兰尺寸－公称通径

法兰连接尺寸

法兰标记

示例：HG 20615 法兰WN1200-2.0 RF Sch40 20

法兰钢印标志至少包含abcdefg七项内容

法兰检验

1）外观检验：锻造件表面应光滑，铸造件表面的粘沙、氧化皮应清楚干净，机加工件表面不应有毛刺，不允许有影响使用性能的缺陷，如裂纹、滑痕、夹渣、撞伤等；

环连接面法兰的密封面应逐个检查，槽的两个侧面不得有机械加工引起的裂纹、损伤等缺陷；法兰加工完毕后，应在其密封面上涂防锈油，并防止滑伤和撞击。

2）法兰材料应符合相关标准规定，并具有出厂检验合格证。

法兰焊接注意事项：

1）带颈平焊法兰

3）带颈对焊法兰

4）承插焊法兰

5）对焊环松套法兰

第二篇

垫片基础

主要包括垫片密封的基本概念、垫片的结构型式和种类、垫片的性能和参数等三个部分。

一、垫片的基本概念

1 垫片密封机理

泄漏的根本原因是由于接触面上存在间隙，而接触面两侧的压力差、浓度差则是泄漏的推动力。受加工精度及密封面形式等因素影响，密封面上存在间隙在所难免，这就造成密封面不完全吻合，从而发生泄漏。要减少泄漏，就必须使接触面最大程度的嵌合，即减小泄漏通道的截面积，使泄漏阻力大

于推动力。对密封面施加压紧载荷，可提高密封面的接触程度，当应力增大到足以引起表面产生明显的弹性变形时，就可以堵塞泄漏通道。使用垫片的目的就是利用垫片材料在压紧载荷的作用下较容易产生弹性变形的特性，使之填平法兰密封面的微小凹凸不平，从而实现密封。连接面受介质压力作用时，密封面被迫发生分离，此时要求垫片能释放出足够的弹性变形能，以补偿这以分离量，并且留下足以保持密封所需的垫片工作应力。此外，这一弹性能还要补偿法兰与螺栓因热膨胀不同引起的垫片应力下降等因素。

垫片预紧力的大小取决于螺栓的数量、转矩、螺栓系统的润滑状态和垫片的压缩面积。

密封效果不仅取决于预紧力大小，与所使用的垫片材料也有关系。不同的材料在相同的压缩量下，垫片的应力是不同的，也就是说在相同的介质压力下，得到的密封性能不一样。理论上说，垫片预紧力越大越好，垫片中储存的弹性应变能也越大，补偿能力越强，但实际来说，预紧应力有合理取值范围，与密封材料、结构形式、环境因素、使用寿命以及经济性有关。

2 泄漏形式

3 垫片的密封过程

4 泄漏主要因素

1）介质的物理性质－粘度；

2）工况影响，包括压力、温度等；

3）法兰表面粗糙度的影响；

4）垫片压紧力的影响；

5）垫片尺寸的影响，厚度、宽度。

垫片厚度不同，建立初始密封的条件也不同，垫片表面呈三向受压的应力状态，材料的变形抗力较大，垫片中部变形抗力相对较小。在同样的预紧载荷下，垫片中部较表面更易产生塑性变形，此时建立初始密封也越困难，故当垫片厚度达到一定数值后，密封性能并无改变，甚至恶化。此外，垫片越厚，渗透泄漏的截面积越大，泄漏率也就越大。

在一定范围内，随着垫片宽度的增加，泄漏率呈线性递减。这是因为，在垫片有效宽度内介质泄漏阻力与泄漏通道的长度成正比。但不能说，垫片越宽越好，因为垫片越宽，表面积越大，要产生同样的预紧力，宽垫片的螺栓力要比窄垫片大很多。对金属垫片，取较小的宽度是一个应遵循的重要准则。

二、垫片的结构型式和种类

1 垫片的结构型式

内环作用：

防止密封元件本体因刚性不足向内弯曲；

填补密封件与法兰之间的空隙，避免此空隙干扰流体的流动；

避免流体对垫片的冲蚀。

外环作用：

安装对中；

防止密封元件过分压缩而损坏；

防止垫片吹出。

2 种类

三垫片的性能

1 压缩率：指垫片压缩后厚度的变化量，它表征垫片刚性的大小。

回弹率：指压缩载荷卸出后垫片厚度的回复量，它体现垫片的补偿能力。

2 应力松弛性能

指垫片通过螺栓施加载荷时会变薄，经过一段时间后，垫片厚度将继续减薄，垫片上的应力也会逐渐减小，这种应力减小的现象称为应力松弛。垫片厚度的改变会引起螺栓伸长的变化，螺栓伸长的大小受螺栓刚度的影响，进而影响垫片的应力松弛程度。这种垫片与螺栓相互作用被称为垫片的蠕变松弛，它是影响密封性能的一项十分重要的力学性能。 3 密封性能

指在某一特定的操作条件下，垫片密封所能达到的泄漏率低于某一规定的指标泄漏率。泄漏率是评定垫片密封性能的一个综合性指标。 4高温性能 四 垫片的参数 1 垫片比压力

指在安装中没有有内压情况下，要求提供密封连接的垫片接触面积上的压力。其公式为：

A

L y 0

残余比压y 1，即工作状态下的比压力。 2 垫片系数m

m ＝

p

y 1

y 、m 仅与垫片材料及法兰密封面型式有关，由实验确定而来，使用时可查相关规范。 3 垫片公称通径及公称压力 三 垫片结构特点及标准

1 非金属垫片－石棉橡胶板垫片，适用于PN5.0MPa 以下,厚度1.5mm 和3.0mm ，主要成份石棉纤维对人体有危害，国外上世纪80年代就禁止使用。但因具有很好的回弹性，螺栓载荷低，成本低等优点，国内还在大量使用。对奥氏体不锈钢或氯离子含量敏感的材料制作的法兰，垫片中氯离子应不超过100ppm 。对于石棉备件，应注意保存方法，严禁失效后使用。

标记

示例：

2 金属复合垫片—金属缠绕式垫片

金属带材料常用厚度为0.15~0.25mm的08F、0Cr13、18-8系列及316L等冷轧钢带，不锈钢金属带维氏硬度HV不超过200

非金属填充带材料为特质石棉、柔性石墨、聚四氟乙烯等，厚度范围0.3~1.0mm

加强环材料一般内环材料与金属带一致，外环用A3钢，需做防锈处理。

垫片的选择：

垫片使用注意事项：

1）慎用基本型缠绕垫代替石棉垫，注意宽度影响；

2）基本型垫片最好不用于凸凹面法兰上；

3）在高温、深冷或冷热频繁交替、震动较大、腐蚀性强等恶劣工况下，用于平面或突面法兰时最好选用内外环垫片；

4）绝不能以低代高使用垫片，对高温和深冷工况下垫片一定要严格把关；(高温：废锅入口裂解气温度不低于800℃，因而垫片金属带和内环必须选用不低于0Cr25Ni20的材料，不能用0Cr18Ni10Ti 代替，定位环材料可用0Cr18Ni10Ti，但不能用0Cr18Ni9，否则会产生高温蠕变。

5）拧紧螺栓时，垫片均匀受力，对称把紧。

6）选择合理的压缩量，一般为0.6~1.2mm为宜。

3 金属垫片

在高温、高压、载荷频繁变化等苛刻条件下首选金属垫片。

金属环垫结构型式

注意事项：

1）材料使用温度

2）环形垫片硬度值比法兰低30～40HB,

3)表面粗糙度不大于1.6微米

4）对于软钢、08、10等制成的垫片在加工制造完毕后应做防锈处理。四标准垫片的选用

附表：金属缠绕垫尺寸表基本型