墊片法蘭連接的基本要求。

墊片法蘭連接是由墊片-螺栓-法蘭組成的結(jié)構(gòu)，其力學(xué)行為和密封特性比其他機(jī)械構(gòu)件復(fù)雜，因?yàn)樗艿皆S多因素的影響，以致工作時(shí)的整體性能很難預(yù)測或解釋。首先螺栓和螺母之間的摩擦關(guān)系復(fù)雜，依靠普通的擰緊工具，不可能地控制和預(yù)測螺栓的預(yù)緊載荷；其次，這些性能受到各個(gè)零件彈性的制約，尤其是存在墊片時(shí)，整個(gè)結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出彈塑性行為。因此，這種連接系統(tǒng)顯然是靜不定的，問題變得更加復(fù)雜了。如此的系統(tǒng)卻隨著多種載荷，如果栓力、墊片反作用力和流體壓力，還可能有與之相連的設(shè)備或管道的反作用力（如重量、墊膨脹等），這些力zui終使法蘭受到一外加彎矩的作用，在彎矩的作用下，法蘭發(fā)生彎曲變形和角變形。因此整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的是在給定的墊片特性下，確定法蘭和螺栓等結(jié)構(gòu)的安全、經(jīng)濟(jì)尺寸，同時(shí)達(dá)到規(guī)定的密封度要求，即完整性—整修結(jié)構(gòu)的機(jī)械或熱應(yīng)力必須在材料允許范圍內(nèi)；密封性—墊片應(yīng)力必須使整個(gè)接頭的泄漏率在允許范圍內(nèi)。

顯然，起密封作用的墊片在整個(gè)連接系統(tǒng)中是關(guān)鍵的元件。在墊片法蘭連接中，任何元件既相互又相互制約，例如墊片的結(jié)構(gòu)形式和材料的選擇合理與否，直接影響螺栓尺寸的大小與經(jīng)濟(jì)性；法蘭結(jié)構(gòu)尺寸確定好壞，影響到結(jié)構(gòu)的剛度和緊湊性，它們之間的相互協(xié)調(diào)將zui終決定連接的密封性。

當(dāng)初始墊片應(yīng)力加在墊片上之后，它必須在裝置的設(shè)計(jì)壽命內(nèi)保持足夠的應(yīng)力，以維持允許的密封度。因?yàn)楫?dāng)接頭受到流體壓力作用時(shí)，密封面被迫發(fā)生分離，此時(shí)要求墊片能釋放出足夠的彈性應(yīng)變能，以彌補(bǔ)這一分離量，并且留下足以保持密封所需要的工作（殘留）墊片應(yīng)力。此外，這一彈性應(yīng)變能還要補(bǔ)償裝置長期運(yùn)行過程中任何可能發(fā)生的墊片應(yīng)力松弛，因?yàn)楦鞣N墊片材料在長時(shí)期的應(yīng)力作用下，都會發(fā)生不同程度的應(yīng)力降低。此外，接頭的不均勻熱變形，也會引起墊片應(yīng)力的變化，例如連接件與緊固件材料不同，引起各自的熱膨脹量不同，導(dǎo)致招牌應(yīng)力的降低或升高；或者因受熱引起堅(jiān)固件應(yīng)力的松弛而減少了作用在招牌上的應(yīng)力等。

圖2-2中的曲線表示上述兩個(gè)過程中墊片的應(yīng)力與變形關(guān)系，圖中δg和δR分別對應(yīng)墊片預(yù)緊至δgi時(shí)的壓縮量和工作時(shí)δgo下的回彈量。綜上所述，任何形式的墊片密封，都要在連接件的密封面與墊片表面之間產(chǎn)生一種墊片密封，其大小與裝配墊片時(shí)的預(yù)壓縮量以及墊片材料的彈性模量有關(guān)，而其分布狀況與墊片截面的幾何形狀有關(guān)。至少從理論上說，墊片預(yù)緊應(yīng)力愈大，墊片中貯存的彈性應(yīng)變通也愈大，因而可用于補(bǔ)償分離或松弛的余地也就愈大，當(dāng)然這要以密封材料本身的zui大彈性承載能力為極限。但就實(shí)際使用而言，墊片預(yù)緊應(yīng)力的合理值取決于密封材料與結(jié)構(gòu)、密封程度、環(huán)境因素、使用壽命以及經(jīng)濟(jì)性等因素。