一种双层波纹石墨复合垫片的制作方法

本发明涉及一种法兰密封垫片，特别是涉及一种双层波纹石墨复合垫片。

背景技术：

管道、压力容器和换热器等工业过程设备中，密封垫片随处可见。使用垫片不仅可以保持设备的密封性能，还能解决连接件的磨损问题。随着科学技术的进步，过程工业装置日趋参数化、大型化，新的工艺不断出现，特别是石化行业、化工行业以及大型电站的兴起，过程装备向着高温、高压、高真空、深冷和大型化发展，对垫片的要求也越来越严格。一些传统的密封材料和结构已不能满足系统和装备日趋严格的密封性要求。

目前常见的工业复合密封垫片主要有金属缠绕垫片、金属齿形复合垫片、金属包覆垫片等。法兰的密封原理极其简单：螺栓的两个密封面相互挤压法兰垫片并形成密封，但这同时也导致密封的破坏。为了保持良好的密封性能，使用垫片即可以弥补法兰连接面的微观不规则处。但是仍然会出现泄漏问题，比如垫片材料造成的垫片龟裂、变质和腐蚀等，还有因长时间的工作螺栓会伸长变形造成预紧力不足，这就对法兰垫片的压缩回弹性能和材料特性有极高的要求。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种双层波纹石墨复合垫片，解决了现有法兰密封技术中存在的波纹垫片密封性能较差的问题。

本发明的技术方案是这样的：一种双层波纹石墨复合垫片，包括上下叠置的第一金属波纹环片和第二金属波纹环片，所述第一金属波纹环片的截面波形的波峰与所述第二金属波纹环片的截面波形的波谷相对，所述第一金属波纹环片的截面波形的波谷与所述第二金属波纹环片的截面波形的波峰相对，所述第一金属波纹环片和第二金属波纹环片之间设有柔性石墨填充层，所述第一金属波纹环片和第二金属波纹环片的外侧设有柔性石墨包覆层。

优选地，所述第一金属波纹环片和第二金属波纹环片为镍钛合金。

优选地，所述第一金属波纹环片和第二金属波纹环片的公称直径波纹数为4～6个，波纹振幅值为0.3～0.5mm。

优选地，所述第一金属波纹环片和第二金属波纹环片的厚度为0.3～0.5mm。

优选地，所述柔性石墨填充层的最薄处厚度为0.1～0.2mm。

优选地，所述柔性石墨包覆层的最薄处厚度为0.05～0.1mm。

本发明所提供的技术方案的有益效果是，采用了双波纹片以波峰对波谷、波谷对波峰的形式叠至，使垫片既保证具有单金属骨架的强度，又增强了波纹弹性的特点，最高使用温度可达650℃左右，避免在法兰工作过程中因为垫片的回弹性能以及密封性能差引起的法兰密封结构泄漏。另外镍钛合金材料良好的超弹性、抗振能力、抗腐蚀抗蠕变松弛能力和抗老化能力，af转变温度以上材料的组分为奥氏体稳定相，表现出良好的压缩回弹性能，采用镍钛合金作为金属波纹环片材料的密封垫片适用高腐蚀性、恒温以及振动频繁的反应釜中。

附图说明

图1为本发明双层波纹石墨复合垫片结构示意图。

图2为对比例1垫片结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。

实施例1，请参见图1所示，本实施例涉及的双层波纹石墨复合垫片包括上下叠置的第一金属波纹环片1和第二金属波纹环片2。第一金属波纹环片1和第二金属波纹环片2的截面波形都为正弦波，材质都采用镍钛合金，第一金属波纹环片1的截面波形的波峰与第二金属波纹环片2的截面波形的波谷相对，第一金属波纹环片1的截面波形的波谷与第二金属波纹环片2的截面波形的波峰相对。第一金属波纹环片1和第二金属波纹环片2之间设有柔性石墨填充层3，第一金属波纹环片1和第二金属波纹环片2的外侧设有柔性石墨包覆层4，柔性石墨包覆层4的表面为平面。第一金属波纹环片1和第二金属波纹环片2的公称直径波纹数为4～6个，本实施例选择5个，波纹振幅值h为0.3～0.5mm，本实施例选择0.4mm。第一金属波纹环片1和第二金属波纹环片2的厚度t为0.3～0.5mm，本实施例选择0.3mm。柔性石墨填充层3的最薄处厚度t1为0.1～0.2mm，柔性石墨包覆层4的最薄处厚度t2为0.05～0.1mm，本实施例分别选择0.1mm和0.05mm。

双层波纹石墨复合垫片的制造方法包括以下步骤：

(1)根据密封垫片标准或者需要设计垫片的厚度，选用不同的第一金属波纹环片1、第一金属波纹环片2厚度、正弦波的幅值、波纹间距以及柔性石墨填充层3的厚度的组合；

(2)根据jb/t88-1994《管路法兰用金属齿形垫片》规范、美国机械工程师协会(asme)规范要求或者美国压力容器研究会(pvrc)的简化法确定螺栓载荷；

(3)第一金属波纹环片1和第二金属波纹环片2滚压成型，柔性石墨填充层3的上下表面加工成与第一金属波纹环片1及第二金属波纹环片2一致的波纹状，柔性石墨包覆层4的一个表面加工成与第一金属波纹环片1及第二金属波纹环片2一致的波纹状；

(4)在第一金属波纹环片1和第二金属波纹环片2之间通过粘接剂复合一层加工好的柔性石墨填充层3；

(5)再根据实际需求的厚度，在垫片的上下表面都复合一层一定厚度的柔性石墨包覆层4。由此可加工制成双层镍钛合金波纹石墨复合密封垫片。

实施例2，本实施例结构与实施例1相同，且各个尺寸也相同，不同的是第一金属波纹环片和第二金属波纹环片采用不锈钢材质。

对比例1，对比例结果采用现有技术中密封垫片结构，双层金属骨架100的波峰与波峰相对，波谷与波谷相对，双层金属骨架100每层的厚度为0.3mm，由不锈钢制成。双层金属骨架100之间的石墨填充层101厚度为0.1mm，双层金属骨架101的外侧为石墨包覆层102，其最薄处厚度为0.1mm。

对实施例1、2及对比例1在载荷在60mpa下进行有限元分析回弹率和压缩率，结果如下：

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种双层波纹石墨复合垫片，包括上下叠置的第一金属波纹环片和第二金属波纹环片，所述第一金属波纹环片的截面波形的波峰与所述第二金属波纹环片的截面波形的波谷相对，所述第一金属波纹环片的截面波形的波谷与所述第二金属波纹环片的截面波形的波峰相对，所述第一金属波纹环片和第二金属波纹环片之间设有柔性石墨填充层，所述第一金属波纹环片和第二金属波纹环片的外侧设有柔性石墨包覆层。与现有技术相比，本发明具有更好的回弹压缩性能，能解决密封差的问题。

技术研发人员：邓文飞;张斌;谭伟;卞棣;胡朝斌;宇晓明;韩志达
受保护的技术使用者：常熟理工学院
技术研发日：2019.04.18
技术公布日：2019.06.18