金属波齿柔性石墨复合垫片蠕变-应力松弛性能研究

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化 工设备 化工科技，2013，21(4)：58~60 SCIENCE&TECHN0L0GY IN CHEMICAL INDUSTRY
金属波齿柔性石墨复合垫片蠕变一应力松弛性能研究郭滨诗，姜敏夫，刘金义(吉林化工学院 后勤管理处，吉林 吉林 132022)摘 要：垫片的蠕变一应力松弛特性对螺栓法兰密封连接 系统的可靠性有显著的影响。作者按照GB／T19066．3的实验条件对标准规格为 D 65．5 mm×50．5 mm×2．5 mm 3种不 同几何尺寸的金属(06Crl9Nil0+柔性石墨)波齿复合垫片进行蠕变一应力松弛实验研 究，从而找 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：金属波齿；柔性石墨；垫片；蠕变一应力松弛 。

中图分类号：TH 136 文献标识码：A 文章编号：1008—0511(2013)04—0058—03金属波齿柔性石墨复合垫片是由一定几何形状的金属骨架与柔性石墨复合层组成的静密封垫片。由于国家标准 GB19066中只给出了总体结构形式以及外观质量和性能指标，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。虽然该产品从 2003年问世至今，但很多技术上的问题还没有得到共识，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月由国家技术监督检验检疫总局唯一指定的检测单位——合肥通用机械检测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”的抽样检测结果，全国百余家生产该产品的企业中，仅有 3家企业生产的产品在全部性能检测上基本合格，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。因此，此项研究意义重大。

由于典 型 的奥 氏体 不锈 钢 钢板 (06Cr19NilO)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，因此全面深人研究此种收稿 日期：2013—05—20作者简介：郭滨诗(1958一)，男，吉林市人，吉林化工学院后勤管理处工程师，主要从事化工机械及水暖研究。

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见图 1金属剖面线，网格部位为柔性石墨层。该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。定位环厚度为 T ，圆弧半径R，齿间距 P，齿深 h，齿厚度 [卜 。

图 1 波齿垫片结构2 实验条件2．1 垫片规格[。 ]实验采用 3种基本型标准规格垫片结构，内径 D1— 50．5 mm，外径 D2— 65．5 mm，厚度 T一2．5 ram(符合 GB／T19066．3中规定的试样规格，即D 65．5 mmX 50．5 mmX 2．5 ram)。金属骨架厚度 =：=1．60·％mm，柔性石墨层厚度为 0．5 mm，垫片整体为 2．5 mm厚度级别。3种垫片结构参数见表 1。

第 1 郭滨渚，等．金属波 棠性 复合 片蝙变 心 松弛 能研究 ·59 。

表 1 2．5mm厚波齿垫片结构参数 mm2．2 实验条件按照 GB／T 19066．3—2O03《柔性石墨金属波齿复合垫片技术条件(Specification of flexiblegraphite corrugated metal gaskets)》实验条件进行应力松弛性能实验I5]。

实验材料：金属骨架为 06Crl9Nil0，非金属复合层为柔性石墨；压缩应力：(45±1．0)MPa；实验温度(300±5)℃；实验时间 16 h。

2．3 实验步骤按规范 GB／T12621和 GB4622．3指定的专用应力松驰实验装置上进行实验[6]。

(1)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。

(2)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(45 MPa)5 min后，若发现应力下降，再次旋紧到初始值，并记录千分表读数A1。

(3)接通电加热器，15 min升至实验温度，并调节温控仪，使温度波动小于 1．5(4)保持实验温度 16h，记录千分表读数 A2。

(5)在实验温度下，将螺栓卸载并记录下卸载后千分表的读数 A3。

3 分析及讨论(1)通过对不同结构参数金属波齿柔性石墨复合垫片的蠕变一应力松驰实验发现，在一定时间范围内，应力松驰率与时间成单对数关系，即So
K
= A— B1n式中：SK、5c一分别为垫片的预紧应力和残余预紧应力；A、B一对一给定垫片预紧应力为常数 ；￡一时间。

(2)70 ～80 的应力松驰发生在约 60 min，360 min以后基本稳定不变，式(1)只运用于这段时间内，即应力松驰过程中。

(3)根据记录的数据可由式(2)计算应力松驰率。

应力松驰率一 X 100％ (2)3种结构应力松弛率见表 3。3种结构应力松弛特性曲线见图2。

表 3 应力松弛率实验结果表明，在此实验条件下，无论哪种结构，较大的应力松弛率比较集中体现在初始阶段，主要是因为，材料均匀达到 300℃后，在没有达到蠕变温度限的情况下，其分子结构会发生微观调整和变化，应力重新分布，从而形成新的稳态结构，这个稳态形成后，其后的应力变化会很小_7]。

ln￡图2 3种结构应力松弛特性曲线由图 2可以看出，随着圆弧半径 R的增大，松弛率也随之增大。在前期的压缩 回弹性能研究l_2]表明，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，产生了蠕变松弛现象，应力棘轮和应变棘轮效应的结果[ 。

4 结 论作为密封材料，其综合性能是多方面的，不只体现在应力松弛方面，因此，考核材料性能的好坏，不能片面追求单一指标。当然，可以根据工化 工 科 技 第 2 J卷况，在综合性能保证的前提下，特别需要加强某一 [4]特性是必要 的。这也是研究单一性 能的意义所在。

[参 考 文 献 ]E1] 陈庆．柔性石墨金属波齿复合垫片金属骨架结构及其力学性能研究[J]．润滑与密封，2008，33(11)：87 89.

[2] 陈庆．柔性石墨金属波齿复合垫片金性能实验研究[J]．润滑与密封，2009，34(8)：95—97.

[3] 中国国家标准化委员会．GB／T 19066．1—2oo8柔性石墨金属波齿复合垫片 分类[s]．北京：中国新华出版社，2008：1—2.

[5][6][8]中国国家标准化委员会．GB／T 19066．2—2o08柔性石墨金属波齿复合垫片 管法兰用垫片尺寸Is]．北京：中国新华出版社，2008：1-3.

中国国家标准化委员会．GB／T 19066．3 2OO3柔性石墨金属波齿复合垫片 技术条件 Is]．北京：中国新华出版社，2003：1-5.

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蔡仁良．过程装备密封技术F-M]．北京：化学工业出版社，2006：46 50.

H·休戈 ·布赫特．工业密封技术[M]．北京：化学工业出版社，1988：90—92.

Characteristic study of creep—stress relaxation on flexiblegraphite corrugated metal gasketsGuo Binshi，Jiang Minfu，Liu Jinyi(Department of Logistics Management Jilin Institute of Chemical Technology，Jilin 132022，China)Abstract： The study showed that stress relaxation characteristic of gaskets has remarkable influenceon reliability of bolt—flange linking system．The paper was in according to GB／T19066．3 test condi—tions to be testing for flexible graphite corrugated metal gaskets of standard D 65．5 mmX 50．5 mmX2．5 mm，three various circular arc radius，wave gear distance and gear quantity，and found out the af—fection factor and regular on stress relaxation characteristic，to provide scientific basis for engineeringpractice.

Key words：Corrugated meta1)Graphite)Gaskets)Creep—stress relaxation