超高真空法蘭常見的幾種金屬密封方法

2019-12-27 admin 未知

　　真空密封從密封圈的材料來分主要有橡膠、聚四氟乙烯、聚氨酯等合成材料組成的密封以及金屬密封。

　　橡膠、合成材料具有的高彈性、高耐磨性和適宜的機械強度等優(yōu)點，使其廣泛應(yīng)用于真空密封，但是因其具有較大的出氣率和滲透率，并且不能高溫烘烤、不耐輻射等特點，而受到應(yīng)用限制。

　　金屬密封則彌補了橡膠密封的以上缺點，因而廣泛應(yīng)用于超高真空環(huán)境。對于超高真空，一般要求漏率小于1×10-11Pa·m3/s，為了更好的密封配合，一般要求法蘭密封面的粗糙度≤Ra0.8。由于金屬材料同樣具有一定的彈性以及延展性，所以常常作為各種真空以及壓力設(shè)備的密封。

密封圈被壓縮前后的形狀示意圖

圖1 密封圈被壓縮前后的形狀示意圖

　　如圖1所示，在金屬密封圈受到外界壓力而發(fā)生彈性變形時，在彈性恢復(fù)力的作用下，密封圈具有恢復(fù)原始形狀的趨向，這種趨向填補了密封面的縫隙，從而起到密封的作用。

　　應(yīng)用金屬的彈性作為密封件的材料有：無氧銅、純鋁、金、銀等硬度相對較軟的金屬;某些金屬如金屬銦，因其具有很好的延展性，在受到外界壓力后可以向各個方向流動，填補密封面縫隙，同樣可以起到密封作用。

　　無氧銅和純鋁價格相對便宜，常作為標準件密封圈使用。無氧銅密封圈在刀口法蘭(CF)中使用最廣，并且已形成國家標準，具體可參考標準GB/T6071-2003《超高真空法蘭》。

　　下面主要介紹幾種經(jīng)常應(yīng)用于超高真空的金屬密封方法。

1、金屬銦絲密封

　　金屬銦的莫氏硬度只有1.2，遠小于金屬銅2.5-3以及鋁2-2.9的莫氏硬度，熔點為156.6℃。較好的延展性使其非常有利于真空密封連接，在密封時將一段適合長度的銦絲布在法蘭表面，銦絲兩端搭接即可，不需要事先加工成標準的密封圈。所以常應(yīng)用于法蘭尺寸較大，其它金屬密封圈不易加工的場合。

法蘭銦絲密封

圖2 法蘭銦絲密封

　　根據(jù)法蘭尺寸大小，銦絲直徑可選取為1~2mm之間值。但因其熔點較低，烘烤溫度不能高于150℃。并且金屬銦具有很好的低溫性能，銦絲密封常常應(yīng)用于低溫環(huán)境真空密封。但是銦絲被壓后容易流動，所以法蘭需要做成臺階或者凹槽型，如圖2所示，防止銦絲流入真空室。

2、全金屬快密封

　　相對于常規(guī)螺栓緊固法蘭需要多套螺栓，卡箍只有兩個螺釘緊固，可以較快速地完成安裝，所以稱為快卸卡箍。

　　全金屬快卸式密封主要由快卸卡箍，平面法蘭，密封圈組成密封系統(tǒng)，如圖3所示。

全金屬快卸式密封

圖3 全金屬快卸式密封

　　快卸卡箍的軸向夾緊力較小，一般采用純鋁作為密封圈的材料，為降低卡箍的變形量，卡箍采用剛度較大的不銹鋼材料。快卸卡箍由多瓣夾具組成，隨著法蘭口徑增大，夾具數(shù)量隨之增加。并且隨著法蘭口徑增大，同樣螺釘緊固力的情況下，卡箍作用于軸向的夾緊力變小。因此，對于標稱口徑小于φ160的法蘭，全金屬快卸密封的密封性能較好。

　　全金屬快卸密封不需要軸向螺釘固定，所以大大節(jié)省了軸向空間，并且螺釘數(shù)量小，安裝較快的特點，常應(yīng)用于安裝空間狹小，又需要快速安裝的場合。例如高能加速器，在剛剛停機后存在一定劑量的輻射，為保護工作人員人身安全，需要快速完成安裝。全金屬快卸式密封在中國科學(xué)院高能物理研究所形成了所內(nèi)的試用標準，已經(jīng)較為廣泛地應(yīng)用于多臺加速器的真空密封連接。

3、全金屬快卸與銦絲組合式密封

　　銦絲密封法蘭為了在安裝前能夠更好地安裝銦絲，常需要在法蘭上做出一個肩環(huán)或凹槽，如上圖2所示。并且，由于銦絲較軟，在安裝時需要較大的操作空間，全金屬快卸密封常常由于軸向夾緊力不足，導(dǎo)致容易出現(xiàn)小漏率的問題。

　　本節(jié)所講的組合式密封，繼承了銦絲較軟以及全金屬快卸密封可以應(yīng)用于狹小空間安裝的優(yōu)點，在全金屬密封圈的密封面外側(cè)加裝銦絲，可解決全金屬快卸密封夾緊力不足而導(dǎo)致漏氣的問題，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。

全金屬快卸與銦絲組合式密封