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本期推文推荐从楼下传来张宇的经典《用心良苦》
法兰（Flange）在管道系统中可与垫片、螺栓配合使用，可用于管端之间的连接，也可用于两个设备之间的连接，法兰在化工、石油、机械、市政及水利行业的设备和管道上应用广泛。从密封面水线开始，小编拟对法兰的分类及使用进行探讨，在浅谈之前，先从不同的角度看国标法兰，本期聊聊法兰垫片。垫片是一种能产生塑性变形，并具有一定强度的材料制成的圆环，与法兰、紧固件一起用于管道之间的密封连接、机器设备机件之间的密封连接。法兰连接的主要失效形式是泄露，垫片作为法兰连接的主要元件，对密封起着重要的作用。而在设计过程中，常常被忽略。在本号的法兰密封面水线曾简要叙述法兰垫片，在聊到法兰密封面时也曾对各密封面的垫片放置进行了说明。本期推文从国标垫片的分类、体系及选配选择一一谈起。 按照垫片材料，可将垫片分为：非金属、半金属、半金属/金属、金属等。其中：非金属垫片包括：橡胶垫片、石棉橡胶板、非石棉纤维橡胶板、聚四氟乙烯板、膨胀或填充改性聚四氟乙烯板、增强柔性石墨板、高温云母复合板、聚四氟乙烯包覆垫；（4）金属环垫属金属垫片，主要用于环连接面密封的法兰。2019年，我国国标将13项GB/T 9112~9124-2010系列法兰标准，按照公称压力整合为欧洲体系（PN系列）和美洲体系（Class系列）等2项标准。之后，垫片的标准也在由传统的尺寸和技术条件两本修编过渡为PN系列和Class系列，目前现行的国标管法兰标准如下：GB/T 13403-2008 大直径钢制管法兰用垫片 GB/T 13404-2008 管法兰用非金属聚四氟乙烯包覆垫片 GB/T 15601-2013 管法兰用金属包覆垫片 GB/T 19066-2020 管法兰用金属波齿复合垫片 GB/T 19675-2005 管法兰用金属冲齿板柔性石墨复合垫片 GB/T 39245-2020 管法兰用金属齿形组合垫片
GB/T 4622-2022 管法兰用缠绕式垫片
GB/T 9126-2008 管法兰用非金属垫片
GB/T 9128-2003 钢制管法兰用金属环垫
考虑到尺寸和技术条件、以及PN系列和Class系列的不同，目前国标垫片相关的标准截图如1所示：
2. 国标法兰垫片
2.1 管法兰用非金属垫片（GB/T 9126，GB/T 9129）垫片材料有，橡胶垫片、石棉橡胶板、非石棉纤维橡胶板、聚四氟乙烯板。适用于：平面、突面、凹凸面、榫槽面等密封面，与密封面的配合型式如图2所示。图2 非金属垫片与密封面的配合型式（摘自GB 9126）2.2 管法兰用非金属聚四氟乙烯包覆垫片（GB/T 13404）垫片由外包覆层和夹嵌层组成，有A、B、C三种结构型式，如图3所示。外包覆层为聚四氟乙烯骨架，夹嵌层材料为石棉橡胶板、非石棉橡胶板、氟橡胶板、丁晴橡胶板、三元乙丙橡胶板等，只适用于突面密封面。
图3 聚四氟乙烯包覆垫片结构型式（摘自GB 13404） 2.3 管法兰用缠绕式垫片（GB/T 4622-2022）缠绕垫片通常将冷轧钢板冲压成V形（有时为W形），同时夹持非金属填料，由于钢板的形状使其结构有一定的弹性和恢复性，从而使垫片和法兰密封面始终保持足够的紧力。填充带的材料通常有：柔性石墨、聚四氟乙烯、无石棉纤维等。缠绕垫片有四种不同的结构型式，其结构及适用密封面如图4所示，目前应用广泛。图4 缠绕式垫片的结构型式（摘自GB 13404）2.4 管法兰用金属齿形组合垫片（GB/T 39245-2020）齿形组合垫片是在金属平板的上下表面加工有多条同心圆齿形槽构成，如图5所示。由于垫片的环形齿尖和法兰间为线接触，从而形成极高的垫片应力而且又是完全隔离的同心圆，因而形成多道金属线密封，加上垫片的整体结构牢固，使金属齿形垫不仅具有较好的密封性能而且安全可靠性也较高。表面覆盖层有柔性石墨、聚四氟乙烯等。图5 齿形组合垫片金属芯结构型式（摘自GB 39245）组合垫片基本型（代号A，适用：榫槽面、凹凸面）、带整体定位环型（代号B，适用：平面、突面）、带活动定位环型（代号C，适用：平面、突面）。2.5 管法兰用金属波齿复合垫片（GB/T 19066）波齿复合垫片由特殊结构的金属骨架与柔性石墨材料复合而成。它在金属骨架的上下表面开有互相错开的特殊形状的同心沟槽，从而形成具有良好弹性的金属骨架，如图6所示，金属骨架的上下表面复合一层适当厚度的柔性石墨，最终构成整体复合垫片。由于波齿复合垫片的特殊构造，使它具有密封性能优异、压缩回弹性好、密封寿命长、使用时不会被压溃，安全可靠、安装方便、适应性广等一系列优点。图6 波齿金属骨架结构图（摘自GB 19066.1）复合垫片基本型（代号A，适用：榫槽面、凹凸面）、带整体定位环型（代号B，适用：平面、突面）、带活动定位环型（代号C，适用：平面、突面）。2.6 管法兰用金属冲齿板柔性石墨复合垫片（GB/T 19675.1-2005）金属冲齿板柔性石墨复合垫片又被称为柔性石墨金属提高复合垫片，它是由冲齿的金属齿块与柔性石墨颗粒复合碾成的一种密封性垫片，它通常由柔性石墨复合提高板自裁而成。复合垫片有基本型（代号A）、内包边型（代号B）、内外包边型（代号C）三种，适用于：突面、凹凸面、榫槽密封面。内外包变型垫片结构示意，如图7所示。图7 内外包边型垫片结构示意图（摘自GB 19675.1）2.7 管法兰用金属包覆垫片（GB/T 15601-2013）包覆垫片由外层0.3~0.5mm后的金属包覆层，内部填充柔性石墨板、石棉橡胶板、聚四氟乙烯板等组成，有平面型（代号F）和波纹型（代号C）两种，如图8所示，适用于突面密封面。 2.8 大直径钢制管法兰用垫片（GB/T 13403）国标垫片除了按照类型来分来标准外，有大直径管道的垫片标准。大直径管道近年来应用较多，尤其是在大流量的石油、原水输送管道系统、核电冷却系统等。目前有： 1. 缠绕式垫片：带定位环形型、带内环和定位环型两种； 2. 非金属平垫片：环形平面型； 3. 金属波齿复合垫片：带定位环型、带定位耳型；
4. 冲齿板柔性石墨复合垫片：基本型（代号A）、内包边型（代号B）。 其技术要求、检验等分别见相应国家标准。对于大直径管道法兰，小编推荐采用突面密封面，重要的工程采用对焊法兰，垫片采用缠绕式垫片。 2.9 O型密封圈和金属环垫（B/T 13403）对弈O形密封面的垫片可参考O形橡胶密封圈相关标准（GB 3452）；金属环垫适用于环节连接面密封的垫片，有八角形和椭圆形两种，如图9所示： 垫片的选配应根据流体、使用工况（压力、温度）及法兰结构的密封要求选用。法兰密封面型式及表面粗糙度应与垫片的型式和材料相适应。除此之外：
1. 聚四氟乙烯包覆垫片不应用于真空或其嵌入层材料易备介质腐蚀的场合。3. 由于橡胶类材质不同，有时更换时难以掌握，建议在温度低于80℃的场合使用。4. 当使用带颈对焊法兰时，如果公称压力小于PN16，由于法兰连接后的刚度较大，应采用：缠绕式垫片、金属包覆垫片或金属环垫。（这点对水利工程中压力比较小的供水工程的比较实用）
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