墊片法蘭連接的基本要求。

墊片法蘭連接是由墊片-螺栓-法蘭組成的結構，其力學行為和密封特性比其他機械構件復雜，因為它受到許多因素的影響，以致工作時的整體性能很難預測或解釋。首先螺栓和螺母之間的摩擦關系復雜，依靠普通的擰緊工具，不可能地控制和預測螺栓的預緊載荷；其次，這些性能受到各個零件彈性的制約，尤其是存在墊片時，整個結構表現(xiàn)出彈塑性行為。因此，這種連接系統(tǒng)顯然是靜不定的，問題變得更加復雜了。如此的系統(tǒng)卻隨著多種載荷，如果栓力、墊片反作用力和流體壓力，還可能有與之相連的設備或管道的反作用力（如重量、墊膨脹等），這些力zui終使法蘭受到一外加彎矩的作用，在彎矩的作用下，法蘭發(fā)生彎曲變形和角變形。因此整個系統(tǒng)的設計目的是在給定的墊片特性下，確定法蘭和螺栓等結構的安全、經濟尺寸，同時達到規(guī)定的密封度要求，即完整性—整修結構的機械或熱應力必須在材料允許范圍內；密封性—墊片應力必須使整個接頭的泄漏率在允許范圍內。

顯然，起密封作用的墊片在整個連接系統(tǒng)中是關鍵的元件。在墊片法蘭連接中，任何元件既相互又相互制約，例如墊片的結構形式和材料的選擇合理與否，直接影響螺栓尺寸的大小與經濟性；法蘭結構尺寸確定好壞，影響到結構的剛度和緊湊性，它們之間的相互協(xié)調將zui終決定連接的密封性。

當初始墊片應力加在墊片上之后，它必須在裝置的設計壽命內保持足夠的應力，以維持允許的密封度。因為當接頭受到流體壓力作用時，密封面被迫發(fā)生分離，此時要求墊片能釋放出足夠的彈性應變能，以彌補這一分離量，并且留下足以保持密封所需要的工作（殘留）墊片應力。此外，這一彈性應變能還要補償裝置長期運行過程中任何可能發(fā)生的墊片應力松弛，因為各種墊片材料在長時期的應力作用下，都會發(fā)生不同程度的應力降低。此外，接頭的不均勻熱變形，也會引起墊片應力的變化，例如連接件與緊固件材料不同，引起各自的熱膨脹量不同，導致招牌應力的降低或升高；或者因受熱引起堅固件應力的松弛而減少了作用在招牌上的應力等。

圖2-2中的曲線表示上述兩個過程中墊片的應力與變形關系，圖中δg和δR分別對應墊片預緊至δgi時的壓縮量和工作時δgo下的回彈量。綜上所述，任何形式的墊片密封，都要在連接件的密封面與墊片表面之間產生一種墊片密封，其大小與裝配墊片時的預壓縮量以及墊片材料的彈性模量有關，而其分布狀況與墊片截面的幾何形狀有關。至少從理論上說，墊片預緊應力愈大，墊片中貯存的彈性應變通也愈大，因而可用于補償分離或松弛的余地也就愈大，當然這要以密封材料本身的zui大彈性承載能力為極限。但就實際使用而言，墊片預緊應力的合理值取決于密封材料與結構、密封程度、環(huán)境因素、使用壽命以及經濟性等因素。