柔性石墨金属波齿复合垫片应力松弛特性试验研究.pdf

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1、化工机械2013年柔性石墨金属波齿复合垫片应力松弛特性试验研究陈庆+1陈利强2(1．吉林化工学院；2．吉林梦溪工程管理有限公司)摘要按照GB／T19066．3的试验条件对标准规格为枷5．5ram×50．5mm×2．5mm、具有3种不同的圃弧半径、波齿距和齿数的柔性石墨金属(柔性石墨+06Crl9Nil0)波齿复合垫片进行应力松弛试验，找出应力松弛特性影响因素及其规律，为工程实践提供科学指导。关键词复合垫片柔性石墨金属波齿应力松弛中圈分类号TQ055．8+9文献标识码A文章编号0254-6094(2013)03-0306-03柔性石墨波齿复合垫片是由一定几何形状的金属骨架与柔

2、性石墨复合层组成的静密封垫片。波齿金属骨架结构的特殊设计和柔性石墨复合层的特性使其在炼油、化工装置螺栓法兰连接系统中广泛应用。该结构垫片属于我国专利产品，由于国家标准GB／T19066中只给出了总体结构形式以及外观质量和性能指标¨’2。，对如何达到这一质量和性能指标未有技术上的数据和说明。许多厂家由于缺乏理论指导和必要的试验手段，生产出的产品性能很难达到要求，虽然该产品从2003年问世至今已有近十年历史，但很多技术上的问题还没有达到共识，大大影响了企业的经济效益，也给安全生产带来隐患。2005年12月由合肥通用机械院通报了关于密封件企业所生产的柔性石墨金属波齿复合垫片的抽样

3、检测结果，全国百余家生产该产品的企业中，仅有3家企业的产品全部性能检测基本合格，而问题最突出的是应力松弛特性指标，性能不达标的产品绝大多数出现在应力松弛特性上。应力松驰是产生泄漏的重要因素之一，应力松驰越大，其垫片的残余应力越小，如果残余应力小到不能保持垫片的密封性能，就会造成泄漏。由于典型的奥氏体不锈钢钢板(06Crl9Nil0)和柔性石墨复合综合特性，是目前波齿垫片中应用量最大的材料，因此全面深入研究此种材料的波齿垫片应力松弛特性及其影响因素和规律对工程生产实践具有重大的现实意义。1结构设计金属骨架结构如图I所示，网格部位为柔性石墨层。定位环厚度为丁．，圆弧半径R，齿间

4、距P，齿深h，齿厚度t。本结构采用上下非对称同心圆弧形式。该结构整体受力状态较好，能够充分发挥材料的整体作用。图1波齿垫片结构·陈庆，男。1964年10月生，教授。吉林省吉林市，132022。第40卷第3期化工机械3072试验过程2．1垫片规格试验采用3种基本型标准规格垫片结构，即：内径D。=50．5mm，外径D：=65．5ram，厚度T=2．5mm(符合GB／T19066．3中规定的试样规格)，即465．5ram×50．5ram×2．5ram。金属骨架厚度t=1．6。0。05mm，柔性石墨层厚度为0．5mm，垫片整体为2．5mm厚度级别。3种垫片结构参数见表1。表12．5

5、ram厚波齿垫片结构参数mm2．2试验条件按照GB／T19066．3-2003进行应力松弛性能试验¨1o金属骨架为06Crl9Nil0，非金属复合层为柔性石墨；压缩应力45±1．0MPa；试验温度300±5'E；试验时间16h。2．3试验步骤采用GB／T12621和GB4622．3指定的专用应力松驰试验装置进行试验H1：a．将试垫片同心放置于上、下法兰面间，通过应变螺栓底部的调节螺钉将千分表调零；b．用加力杆旋紧加载螺母，压紧试样使之达到规定的预紧应力(45MPa)5min后，若发现应力下降，再次旋紧到初始值，并记录千分表读数AI；c．接通电加热器，15min升至试验温度，

6、并调节温控仪，使温度波动小于1．5％；d．保持试验温度16h，记录千分表读数A2；e．在试验温度下，将螺栓卸载并记录下卸载后千分表的读数A3。3试验结果分析通过对不同结构参数柔性石墨金属波齿复合垫片的应力松驰试验发现，在一定时间范围内，应力松驰率与时间成单对数关系：妻一BL。，c1，式中A、B——对给定垫片预紧应力为常数；S。、S。——垫片的预紧应力和残余预紧应力；r——时间，s。表2给出了回归后的常数值和相关系数Co-表2应力松弛特性曲线回归结果70％一80％的应力松驰发生在60min左右，360min以后基本稳定不变，式(1)只能运用于这段时间内，即应力松驰过程中。根据

7、记录的数据可计算应力松驰率：C0应力松驰率=尘i兰×100％．)K3种结构应力松弛率见表3，图2给出了相应的结构应力松弛特性曲线。表3应力松弛率图23种结构应力松驰特性曲线由图2可以看出，随着圆弧半径R的增大，松弛率也随之增大。前期的压缩回弹性能研究表明"’6J，大弧度下，金属结构内部存在较大的内应力，在温度和时间联合作用下，内应力越大蠕变行为越严重，蠕变现象越明显。此外，热波动或热循环在接头中引起联合的垫片变形和应力棘轮效应，而这种影响取决于垫片的黏塑性和对应力一应变的非线性响应以及温度的影响¨1。化工机械201