在高温情况下, 法兰垫片由于受到高温的影响而产生了脆化、高温蠕变等一系列变化,从而导致法兰垫片密封能力下降, 最后产生泄漏。常见的法兰垫片失效形式为垫片的蠕变松弛失效、垫片的高温回弹性失效和垫片的高温强度失效。

　　1、 高温下的蠕变松弛失效

　　法兰垫片在长时间恒定应力作用下变形量不断增加的现象称为垫片的蠕变。而法兰垫片的应力松弛是垫片在初始压紧力作用下,经过一定的时间所产生的垫片的应力逐渐降低的现象。垫片的松弛实际上就是垫片材料蠕变的另一种形式, 它们是相互作用、相互依赖的。在高温工况下,随着时间的不断增加,垫片材料产生老化,热失重增加,垫片的蠕变逐渐增大;同时加工制造过程中形成的垫片内应力逐渐释放,使垫片产生应力松弛 ;蠕变松弛的相互影响和共同作用导致垫片表面的残余应力逐渐越小,如果残余应力小到低于垫片的工作密封比压,就会产生泄漏现象。蠕变松弛率的大小实际上反映了工况条件下垫片表面保持残余压紧应力的能力。尽管温度和应力都是影响垫片的主要原因,但是温度对蠕变松弛的影响比应力的影响大得多。

　　2、高温下的强度失效

　　法兰垫片在长时间高温作用下,其材料性能会发生很大的变化,这时无论是应力的波动还是介质的腐蚀作用都会造成垫片的强度失效。

　　在高温硫化物或氯离子腐蚀环境下,一般都采用石墨金属缠绕垫片,垫片的不锈钢内加强环或内圈缠绕钢带裸露在介质中,容易产生硫化物或氯离子引起的应力腐蚀,最终造成垫片内环或钢带断裂而造成强度失效 ;另一种情况是石墨金属复合垫片中,石墨材料中的硫离子、氯离子含量超标,垫片的金属骨架也会因应力腐蚀而产生突然的断裂失效。

　　法兰垫片在高温工况下长时间工作后, 由于其弹性模量、屈服极限将大幅度降低而导致法兰面与垫片面之间产生分离,这时就需要对螺栓进行热紧。然而随着工作时间的延长,垫片的材料性能会发生很大变化 ,如材料发生脆化、硬化、老化等,热紧过程中有可能使垫片突然溃裂,造成垫片在高温下的强度失效。

　　非金属垫片在国内的应用极其广泛,但非金属垫片在长期高温状态下工作后,其性能有很大的改变。在 300 ℃应力松弛和耐温试验后,某些非石棉纤维橡胶垫片已明显硬化,服役后密度下降明显。显微组织分析表明,某些石棉非金属垫片材料的纤维和基体结合强度较差,服役后纤维明显折断、基体材料已严重粉化,甚至某些非石棉纤维橡胶垫片会在高温蒸汽作用下发生水解,导致垫片完全失效。

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