阀门密封面（共4篇）
阀门密封面 篇1
阀门的关键就是闸板和阀座的密封问题, 由于硬质合金具有硬度高、耐磨性好、耐腐蚀等特点, 所以阀门的密封主要依靠在闸板和阀座表面堆焊一层硬质合金金属, 从而达到设计和使用要求。而密封面的焊接质量直接影响到阀门的使用。
1 在阀门密封面的焊接生产过程中, 常见的焊接缺陷主要有裂纹、硬度不够、气孔等问题
目前使用的焊接方法主要是非熔化极钨极氩弧焊。使用的堆焊焊丝为司太立 (stellite) 6 钴基堆焊焊丝。其材质具有很好的红硬性和抗高温氧化性, 塑性和耐磨性较好, 能承受冷热条件下的冲击, 可以切削加工。焊层硬度:HRC (洛氏硬度) 35~45。使用的母材为WC9, 即12Cr Mo V珠光体耐热钢。其焊接性主要存在两个问题:
1.1 淬硬倾向较大, 易产生冷裂纹。多出现在焊缝和热影响区中。珠光体耐热钢中含有一定量的铬和钼及他合金元素, 因此, 在焊接热影响区有较大的淬硬倾向, 焊后在空气中冷却, 热影响区常会出现硬脆的马氏体组织, 在低温焊接或焊接刚性较大的结构时, 易产生冷裂纹。1.2 焊后热处理过程中易产生再热裂纹。珠光体耐热钢含有Cr、Mo、V、Ti、Nb等强烈的碳化物形成元素, 从而使焊接接头过热区在焊后热处理 (消除应力退火) 过程中易产生再热裂纹 (或称消除应力处理裂纹) 。
2 由于堆焊的主要目的在于发挥表面堆焊合金的性能, 所以需注意以下的特点
a.堆焊层合金成份是决定堆焊效果的主要因素。因此必须根据具体情况, 合理制定堆焊层的合金系统, 这样才能使堆焊零件具有较高的使用寿命。b.尽量降低稀释率是安排堆焊工艺的重要出发点。堆焊层一般含有较多的合金元素, 而零件的基体往往采用普通碳钢或低合金钢, 因此, 为了获得预想的表面堆焊成份, 必须尽量减少母材向焊缝的熔入量, 即降低稀释率。c.注意堆焊金属与基体金属的配合。堆焊层与母材成份常常相差悬殊, 为防止堆焊时或堆焊后热处理以及零件使用过程中, 堆焊接头产生过大的热应力和组织应力, 从而使堆焊层开裂甚至剥离, 因此, 要求堆焊金属和基体金属最好有相近的膨胀系数和相变温度。下面我们就异种钢焊接的特征及主要存在的问题进行分析。异种钢焊接的特征及主要存在问题有:a.化学成份的不均匀性。异种钢焊接时, 由于填充金属和母材的合金成份有明显的差别, 随着焊接工艺的不同, 母材的熔化量也将随之不同。最终造成整个焊缝化学成份极不均匀, 在焊接和使用中可能形成裂纹, 使焊接接头被破坏。b.金相组织有不均匀性。焊缝金属的化学成份不均匀, 经过焊接热循环作用之后, 焊缝各区域也将出现不同的金相组织, 往往局部出现相当复杂的组织结构。由于母材和填充材料的化学成份不均匀, 必然造成金相组织的不均匀, 若能在工艺上适当调整, 可以使焊缝金相组织的不均匀程度得到一定的改善。c.性能的不均匀性。焊缝各区域化学成份和金相组织的差异, 使焊缝的力学性能不同。各区域的室温强度、硬度、塑性、韧性都有很大的差别。高温下的蠕变极限和持久强度也会因成份和组织的不同, 相差极为悬殊。d.应力分布的不均匀性。异种钢焊缝中的焊接残余应力分布不均匀, 这是因为焊缝各区域具有不同的塑性所决定的。另外, 材料导热性的差异, 各区域线膨胀系数的不同, 也是残余应力分布不均匀的因素之一。
3 针对以上异种钢焊接的具体问题, 我们在实际操作中制定了特殊的工艺措施。根据特定的条件确定了焊接方法、焊接材料、工艺参数及其它措施
下面以Z960Y170—225 闸板密封面的硬质合金堆焊为例:母材为WC9:12Cr Mo V珠光体耐热钢。焊缝宽25mm, 深3mm, 外径216mm。要求车削加工后保证3mm厚焊层, HRC≥35。焊接材料:司太立6 (Stellite6) 硬质合金钴基堆焊焊丝。焊丝直径覫4.0mm, 长800mm。焊接方法:手工钨极氩弧焊, 两层单道焊。焊接位置:平焊。第一层厚度为1.5mm—2mm, 第二层厚度为2 mm, 焊缝高度为3.5mm—4mm。焊接设备:ZXC—400 直流电焊机/ 工作转胎;QS—350 水冷式焊枪/ 钨极直径覫4mm;选用中号喷嘴/ 直流正接。工艺参数:焊接电流为180A—200A;预热温度为300℃, 预热时间为1 小时;保护气体:氩气 (Ar) 纯度为99.99%。流量:14—16L/min。冷却水流量:1 L/min。焊前准备:a.焊缝金属表面如有氧化物、锈、油污和水气等均须清除干净, 露出金属光泽。更不许有缺肉、裂纹、气孔、砂眼等铸造缺陷。焊缝两边5 mm以内的区域也须按上述要求清理干净。b.焊丝表面不得有油污, 氧化物、水份等脏物。c.检查氩气出气是否通畅。钨极端部形状是否符合锥形平端的要求。焊后热处理:焊后应立即进行710℃—750℃高温回火, 防止产生延迟裂纹, 消除焊接残余应力和改善接头组织与性能。操作要点:a.焊接电流应适中, 过大则熔深增加, 余高减小, 焊层高度不够。母材熔化过多, 稀释率较高, 使密封面的硬质合金不纯, 硬度达不到工艺要求和使用要求。过小则易产生未焊透, 焊缝成形不规则。会使焊缝的化学成份、金相组织及应力分布不均匀, 出现焊接缺陷。而且给下道工序的车削加工带来不便。b.焊接速度保持均匀。即焊枪摆动和送丝速度均匀, 有节奏。速度过快会使焊缝余高减小, 同时还会影响氩气对熔池的保护, 易产生气孔。速度过慢则会使焊缝余高超高, 造成贵重金属的浪费, 且易产生裂纹, 降低生产效率。c.摆动时焊枪在焊缝两边稍作停留, 使焊缝两边尽可能填充饱满, 以确保有一定的加工量。d.为保证焊缝质量, 在不影响送丝操作的情况下, 尽量使用短弧焊接。电弧过长会使氩气的保护性能降低, 容易混入空气, 产生氧化现象, 出现气孔。e.氩气流量要适中。过大会在熔池周围产生气旋, 使空气卷入, 易产生气孔, 反而降低了保护效果。且焊缝成形不好。过小则氩气保护性能变坏, 产生氧化现象, 以致失去保护作用, 产生气孔。f.没有特殊原因, 焊接过程中不要熄弧。尽可能两层一次焊成, 减少接头, 防止产生收缩裂纹, 以保证焊缝质量, 第一层厚度为1.5mm—2mm, 第二层厚度为2 mm, 焊缝高度为3.5 mm—4 mm。g.采用断续送丝法。焊接时, 将焊丝末端在氩气保护层内往复断续地送入熔池的1/3 处。焊丝送进要有规律, 不能时快时慢。随着焊丝的送进, 电弧向左右摆动, 使母材与填充金属充分均匀地融合, 从而使焊缝金属中的化学成份、金相组织尽可能分布均匀。钨极与焊缝夹角为70°—85°, 填充焊丝端面熔融部分不能离开氩气保护区。h.收尾不当易引起弧坑裂纹, 缩孔等缺陷, 影响焊缝质量。可采用衰减装置逐渐减小电流收弧。无衰减装置, 可采用多次熄弧法或减小焊炬与工件夹角, 拉长电弧的方法收弧。i.预热后立即施焊, 焊后要立刻将焊件送入电炉进行热处理, 以减慢焊缝冷却速度, 减少和消除焊接应力, 消除氢的影响, 防止裂纹的产生。从而保证焊缝的性能, 获得良好的焊缝质量。以上焊接工艺的制定主要针对异种钢焊接的特征及存在问题。在焊接过程中应做到使焊缝金属各区域的化学成份、金相组织、性能及应力分布尽可能均匀, 从而避免焊接缺陷的产生。在实际焊接过程中, 由于严格按照焊接工艺进行操作, 使焊缝探伤结果的一次合格率由以前的63%提高到目前的92%, 并且经硬度测试, HRC值达到38—42, 能够满足产品的设计和使用要求。
4 结论
通过以上分析可知, WC9 (12CrMoV珠光体耐热钢) 与司太立 (Stellite) 6 (钴铬钨硬质合金) 异种钢焊接性较差, 必须严格执行工艺措施, 才能保证获得最佳的焊缝质量。
上述工艺在生产运用过程中, 取得了较满意的效果, 确定了这种焊接工艺的可行性和可靠性, 为生产任务的顺利完成提供了保证, 也为今后类似异种钢的焊接提供了借鉴。
摘要：就阀门闸板密封面硬质合金堆焊生产过程中, 常见的焊接缺陷如裂纹、硬度不够、气孔等问题进行了分析, 结合本人在长期的生产实践中所积累和掌握的技术及知识, 探索和总结出一些异种钢堆焊的经验及焊接工艺, 通过在生产工作中的应用, 取得了较为满意的效果。
关键词：阀门密封面,堆焊,硬质合金,异种钢焊接
小型波纹管阀门密封技术研究 篇2
1 小型波纹管阀门诞生背景
现代航空航天技术日新月异, 而航空航天的发展对氢的使用率极高。根据氢的特性, 考虑到氢和氢的同位素的长期保存, 还要考虑到氢气使用要求氢气纯度很高, 不能使用普通的填塞阀门, 特别在对氢同位素的处理时不能发生任何泄露。因此, 阀门的构成材料选择必须选择抗氢能力较好的材料, 一般来说外密封波纹管的主体材料可以用抗氢钢, 而内密封阀门处主要为铍青铜, 这就促成了小型波纹管阀门作为专用氢专用阀门。
2 小型波纹管阀门的结构
波纹管阀门的内密封结构顾名思义就是用金属波纹管组成管件实现技术密封, 而这种波纹管组件由金属管身、法兰组件和盖连接件构成, 且内密封是形如刀口的平面结构, 实现最大通气量的同时, 密封轴向力达标;外部密封材料采用无漏点的焊接技术。由于金属波纹管依靠材料的弹性和强度, 在阀叶移动并进行伸缩时, 需经过有限元的计算, 配合相关实验依据, 分析波纹管的抗压程度和通过率等数据得知即使在位移达到60%时, 波纹管阀门仍然能安全工作。防止气控腔和介质腔的相互泄露, 做到泄露率为零的程度, 并能抵消介质腔和气控腔的压力差值。波纹管最常用多层U形形式, 以最常用的三层U形为例, 在三维中建模, 观察其剖面图, 发现管组件通过法兰组件和阀门外壳连接为一个整体, 盖连接件与阀门叶连接, 靠气门压力为驱动力, 使用阀叶调节开关[1]。
3 小型波纹管密封技术的工作原理
小型波纹管阀门采用波纹管作为密封元件, 把小型波纹管焊接在阀门盖和基座上的一头固定住, 另一头连接阀杆, 阀杆的位移运动带动波纹管的伸缩, 小型波纹管作为阀杆的密封性和弹性的关键元件, 起到了关键作用。关阀时, 阀杆自上而下, 阀叶向下作用压紧密封层, 阀门关闭。反之, 抬起阀杆, 阀叶打开密封层, 阀门开启。小型波纹管的位移运动通过阀杆的上下控制, 阀叶在压和离的过程中, 依靠小型波纹管的控制把运动副之间的泄漏率稳定在零值。在阀叶的运动的整个过程中, 小型波纹管的密封在运动副之间没有任何接触及摩擦, 也就是零磨损。所以小型波纹管动密封的关键元件是否能伸缩变形直接决定了密封管对阀门的动密封性的好坏。
运动机械的密封形式是由活塞槽的非金属元件和金属外壳的内壁之间产生压力面, 产生挤压, 从而消除运动副之间的压力差导致的泄露问题。因此在压力面的接触位置的密封程度与关键部位的材料、接触硬度、表面的光滑程度、大小、运动副之间的压力差都有密切关系。受压面的受压程度必须恰到好处。压力小必定造成泄露, 但压力也不是越大越好, 因为压力越大机械运动就很难做到密封, 而且会造成小型波纹管的运动副之间有接触, 就会造成摩擦力, 产生磨损, 压力越大, 磨损越严重[2]。
4 小型波纹管阀门密封类型及材料
根据小型波纹管阀门密封原理可以看出, 小型波纹管阀门采用的阀门是截止阀。而截止阀在较短运动条件下能立即有效启动全流量, 且具有比闸阀和蝶阀这些形式的阀门更轻便小巧, 控制起来也灵活多变。氢气作为小型波纹管阀门的通过介质, 会对其他材料造成不同程度的损害和侵蚀, 从而在使用中很有容易导致泄漏事件的发生。因而小型波纹管阀门必须使用抗氢能力强的金属材质, 以防因侵蚀而发生的泄露问题, 并且该金属也必须具有相当的坚固和伸缩延展性, 可以在长时间的机械运动时保障生产安全。
5 阀杆外密封和内密封设计
将阀盖和基座连接时用电焊焊接可消除小型波纹管阀门的外部泄露点, 在开关阀门时, 阀杆的轴向运动必须让其移动时阀杆和阀盖之间的缝隙达到最小, 从而保证其密封性, 因此阀杆焊接密封即外密封。由于小型波纹管阀门中氢的长期侵蚀和压强, 小型波纹管阀门密封面必须具有很好的密闭性, 可以在高强度的作业中, 仍然保持不泄露, 密封面的受压程度至关重要。阀门密封面的开启度也直接关系到小型波纹管的运动幅度, 密封面的耐氢性和可塑性[3]。
6 综上所述
因此要满足此类小型波纹管阀门的加工需要, 就要了解该项技术, 小型波纹管阀门密封技术不仅仅是解决外部操纵结构的密封技术, 还要考虑到其内部的密封材料的抗压抗腐蚀能力, 内外结合, 以达到最佳密封能力。
摘要：随着社会的进步快速的推动着工业科技的发展, 新兴密封技术的诞生也扩大了管道阀门技术的领域, 小型波纹管阀门对密封性要求也越来越高。密封性不好的产品不仅会造成企业的经济和能源的损失, 还容易引起环境污染问题和重大责任事故。去年惊天动地的天津港爆炸案, 据媒体透露就是因为储存危险品的仓库发生泄漏导致, 至于是不是管道阀门的问题还有待考究, 但是足以说明密封对现代工业社会来说可以是生死攸关的大事。本文就小型波纹管阀门密封的构成、材料和应用技术进行探讨和研究, 以提高阀门密封的安全性和可靠性。
关键词：小型波纹管,密封阀门,专用技术
参考文献
[1]巫宗萍, 羊海涛.阀门用波纹管的力学特性分析方法研究进展[J].机械, 2007, 34 (6) :1-4.
阀门密封面 篇3
1 分析现有的自密封结构
电站阀当前使用的自密封结构主要有两种:楔形组合密封与楔形垫密封。通常情况下, 组合式的楔形垫结构适用于大口径的阀门, 楔形垫结构适用于小口径阀门。其结构如下图1所示;
这两种结构形式有着相同的工作原理, 均是在浮动顶盖与圆筒体端部间放置楔形垫, 在螺栓的作用下, 预紧力产生, 进而初始比压形成。在受到介质压力的影响后, 浮动顶盖在压力的作用下, 会向上使楔形垫受到压缩, 这时自紧密封就实现了。如果管道介质的压力是从低到高的变化, 只有达到以下两个条件, 才能使这种阀门一直处于密封状态:1) 在预紧螺栓的作用下, 形成特有的初始比压;2) 处于高压时, 高压不影响到密封面。在进行楔形垫的设计时, 为了达到这两个条件, 不但其材料要满足在低压时, 其塑性的变形, 而且为了使密封面不被高压压溃, 又必须有足够的强度。当前解决这一矛盾的主要方法就是, 将软质镀层或者是涂覆层镀在高强度材料的表面。现有的楔形垫密封结构在经过分析后, 主要的不足有以下方面:在加工零件时, 有很高的精度要求, 且装配的要求也比较高;由于需要镀层等, 加大了投资费用, 而且在高温时, 镀层等可能会出现剥落, 在低压时, 密封的可靠性不强。
2 设计新型的自密封结构
基于现有自密封结构的缺点, 设计一种双密封圈的自密封结构, 如下图2所示:
1—阀体2—软密封圈3—硬密封圈4—阀盖5—压环6———四开环
此种密封结构最主要的特点就是, 基于原有的楔形垫, 并将其分为软密封圈及弹性硬密封圈所组合而成的双密封结构。下面的软密封圈主要是用柔性石墨或者是基于柔性石墨的材料压制而成, 下面的弹性密封圈则是由0Crl8Ni9或者是奥氏体钢制。
2.1 设计时注意的事项
1) 由于软密封圈是由柔性石墨或者是基于柔性石墨的材料压制而成, 因而在考虑到材料有较大的回弹量与压缩量后, 要适宜的放大H尺寸。2) 因为在设计金属密封圈时, 是弹性设计, 所以设计的尺寸D1=D- (1~1.5) , 同时角度5℃在设置时也要注意。在外圆上进行槽数量与大小的设计时, 要基于H1的大小, 使弹性加大。3) 软密封圈是30℃的斜角, 弹性金属密封圈是32℃的斜角, 在进行密封金属密封圈时, 要先密封金属密封圈的上口, 以此加大金属密封圈的弹性。对于这样的设计, 既综合了现有楔形垫密封结构的优势, 还使现有楔形密封的不足得到了很好的改善。
2.2 双密封结构的优点
1) 双密封结构由于存在软密封, 因则对螺栓预紧力的需求就要小很多, 初始密封的比压也比较小, 很容易在低压下密封。在进行设计时, 预紧螺栓可适当地减小, 以便使阀门的成本降低。2) 柔性石墨的的压缩率较之于金属材料, 是非常大的, 且柔性线胀系数要比金属材料小很多, 在20~600℃时, 两者的值分别为1.5~4.65×16-16/℃、17.9×16-16/℃。随着压力与温度的不断升高, 弹性金属密封圈逐渐受力并进行密封, 这时软密封圈的受力是非常小的。如此, 不但在高温高压下可以密封, 而且软密封圈也受不到压溃。3) 初始密封比压主要是在柔性石墨的作用下, 进行密封的, 所以在加工浮动阀盖、弹性金属密封圈与圆筒体端部时, 可以降低精度的要求。且也无需镀层至金属密封圈表面, 成本也随之减少。4) 在安装顶盖时, 由于此种结构没有较高的误差要求, 因而在装配时, 比较容易。5) 因为软硬双层密封圈都要进行密封, 所以如果温度与压力出现变动, 则可靠的密封也是可能实现的。
3 计算与双密封结构有关的数据
1) 计算预紧螺栓的载荷 (预紧状态时, 软密封圈的楔形垫的轴向分力)
公式中, Fa是楔形密封圈的轴向分力, 单位N;D为密封与圆接触的直径, 单位mm;q1为初始密封比压, q1=1.1~1.3qMF, 单位Mpa;qMF是密封的必需比压, 单位Mpa;a在设计时已确定, 通常是30℃;ρ为摩擦角, 一般为2.8℃~5.7℃。
2) 计算由内压引起的总轴向力
公式中, F是由内压而产生的轴向力, 单位N;密封与圆接触的直径, 在设计时已确定, 单位mm;p为设计的压力, 低压计算时, 令p=0.3Mpa。
4 结语
在进行设计自密封结构的阀门时, 将普通的楔形垫改换为双密封圈的楔式结构是最关键的一步。如果处于低压状态, 则密封的可靠性可以通过柔性石墨或者是基于柔性石墨材料的软密封圈实现在;如果处于高压状态, 则可以通过弹性金属密封圈进行实现密封的可靠性。如此, 避免了现有的自密封结构的不足, 还可以使成本减少。对于大口径、高温高压的最站阀门而言, 这种结构非常适用, 其应用价值也非常大。
参考文献
[1]曾爱国.高温高压阀门铸造缺陷的现场修复探讨[J].现代商贸工, 2008.
阀门密封面 篇4
随着现代工业的发展，对阀门的密封可靠性提出了更高的要求，无泄漏和长寿命成为阀门工作质量的首选。阀门的泄漏特别是外漏不仅会造成大量流体损失，耗损能源，污染环境，甚至会酿成重大的事故。因此对于阀门而言，密封仍是一个首要的问题。
2 波纹管阀门简介
以波纹管为密封隔离元件的波纹管阀门是在核燃料后处理厂中使用而研制的一种专用阀门，其结构形式主要有截止阀、节流阀、调节阀和减压阀等。在阀门工作时，波纹管与阀杆一起进行轴向位移和复位，同时还要承受流体的压力，波纹管阀门的工作压力很大程度上受波纹管耐压力的限制，因此波纹管阀门一般只适用于低压系统[1,2,3]。
波纹管阀门以波纹管作为外密封元件，其结构原理如图1所示。波纹管一端焊接固定在阀盖和阀座上，另一端焊接在阀杆上，阀杆上下运动带动波纹管压缩或拉伸，波纹管起着外密封和弹性元件的作用。关闭阀门时，阀杆向下移动，阀杆上的阀头随之向下移动压紧密封面，阀门关闭;开启阀门时，提升阀杆，阀头离开密封面，阀门打开完成开启动作。波纹管的轴向行程通过阀杆移动的机械限位来保证[4]。
3 波纹管阀门的密封结构设计
波纹管阀门的密封主要分为外密封和内密封两大类，其中阀门的外密封是指阀盖处与阀杆处的密封。阀盖处的密封是指阀盖与阀体之间的密封，分为强制密封(如法兰平垫密封)和自紧密封;阀杆处的密封结构形式主要为填料密封、波纹管密封、膜片密封，其中波纹管密封和膜片密封可以做到完全不漏[5]。笔者在设计时，通过波纹管及其波纹管与阀杆可靠的焊接将阀杆与阀腔内的流体完全隔断，从而达到隔离外泄漏源的目的，保证流体绝无外泄漏的通道，如图2所示。
阀门的内密封是指阀座与启闭件(阀头)相互接触部分的密封。根据密封面的表面几何形状，可将阀门内密封的密封形式分为平面密封、球面密封、锥形密封、刀形密封[5]。笔者根据波纹管阀门开启高度小的特点，结构设计上采用抬起高度小而能获得较大通气面积的密封结构，将阀门的内密封结构设计为形如刀口的平面密封面，阀座密封面加工成梯形刀口，阀头密封面为平面。该内密封结构不仅实现了平面密封，又可获得适中的密封轴向力，如图3所示。
4 波纹管阀门的内密封机理
特殊环境下使用的阀门，密封性能必须满足设计指标，泄漏率可以作为衡量阀门密封性能好坏的标准。对波纹管阀门而言，其内密封性能是一个重要技术指标。因此，分析波纹管阀门内密封的密封机理，从理论上分析阀门的结构参数对泄漏率的影响，可为阀门设计提供理论依据。
阀门的平面密封结构，通常存在如下两种泄漏方式：(1)密封面加工的微观纹理存在粗糙度和变形，导致两密封面间存在泄漏通道，由此产生的流体泄漏称为界面泄漏;(2)对非金属材质的平面密封，从材料的微观结构来看本身存在微小缝隙或细微的毛细管，具有一定压力的流体自然容易通过它们渗漏出来，称为渗透泄漏[1,2,3]。本研究设计的波纹管阀门的内密封材料全采用金属材质，几乎不存在渗透泄漏，因此阀门的内密封泄漏主要为界面泄漏。
根据密封副之间的间隙小于流体分子直径才能保证流体不泄漏的观点，防止流体泄漏的间隙必须小于0.003μm，而经过精细研磨的金属表面粗糙度值最低为Ra0.1，仍比水分子直径大30倍[6]。由此可见，单纯依靠降低密封面粗糙度的方法来提高密封性是难以做到的，只有加大比压，将密封面上微观轮廓峰压平，产生塑性变形，使间隙小到流体难于通过才能实现可靠的密封。
要达到密封系统绝对没有泄漏或泄漏率很低，只有使密封面间产生塑性变形。在金属平面密封中，由于大部分金属材料的弹性应变较低，要达到密封，材料所受的压缩力必须超过其弹性极限。一旦密封接触压力使密封面产生了一定的塑性变形，就能实现在弹性变形条件下采用高度研磨和精磨的接触表面也不可能实现的密封。
通常在阀门设计中内密封副匹配应采用一定的硬度差，这样才能保证在压力的作用下形成一定的塑性变形密封。目前有两种理论可评判密封面产生的塑性变形。一是用较软材料的屈服强度，即防止气体泄漏的塑性变形所需的接触应力，必须达到较软材料屈服强度的2～3倍[7];二是较软材料的布氏硬度值，即当接触面平均压力达到H/3时，开始在表层内出现塑性变形[8]。本研究波纹管阀门的内密封为金属硬对硬的平面密封，其内密封泄漏主要为界面泄漏，因此在设计时必须使密封面间产生塑性变形，经过计算和优选，确定阀座密封材料为21-6-9钢，阀头密封材料为铍青铜。
5 波纹管阀门内密封性能的影响因素
波纹管阀门内密封性能的影响因素很多，设计过程中除了要考虑材料的选择外，还需要考虑介质的物理性质、密封副质量、表面粗糙度、密封宽度、密封比压等几个方面对密封性能的影响。
5.1 介质的物理性质
被密封介质的物理性能(粘度、温度、亲水性和放射性等)对阀门的密封性能有影响[39]。被密封流体的渗透能力与其粘度密切相关，在其它条件相同的情况下，流体的粘度越大，渗透的能力越小。气体的粘度比液体的粘度小，渗透能力比液体强，因此气体的密封较之液体困难得多。用气体做密封试验要比液体做密封试验严格得多，用于气体介质的阀门，必须用气体做密封试验。
表面亲水性对泄漏的影响是毛细孔特性引起的。当密封表面有一层很薄的油膜时，会破坏接触面的亲水性，并且堵塞流体通道，所以对非油脂密封阀门做密封试验时应除去阀腔内密封面上的油脂，以确保阀门密封的可靠性。若采用密封油脂密封时，应当注意工作过程中必须及时补充油膜，所采用的油脂不能溶于流体、不蒸发、不硬化或有其它化学变化。
所以，对波纹管阀门进行密封试验时必须选用气体介质，同时在试验前需要将阀腔清洗干净。
5.2 阀门内密封副表面质量
阀门内密封副是指阀座密封面与阀头密封面互相接触进行关闭的部分。阀头与阀座密封面吻合度高，则增加流体的阻力，提高密封性。在相对应表面的粗糙部分为环行纹路的密封性较粗糙表面的纹路为多方向和交叉性纹路的好，在同样条件下，前者的泄漏量为后者的1/8[9]。产生这种差异的原因是在密封力的作用下，使多层波峰产生塑性变形，形成了迷宫式密封。
对平面密封来说，密封面间的吻合度非常重要。通常在进行密封面设计时容易忽略这一点，而单纯强调密封面的粗糙度。单纯提高密封面的光洁度既提高加工成本，又增加检测的难度，而密封效果却不一定理想。所以，平面密封可通过设计和加工保证一定的吻合度及环向波纹度，即使采用一般的精车也能达到比较好的密封性能。
5.3 密封面表面粗糙度
表面粗糙度(密封表面的微观泄漏通道)是影响密封性能的另一个重要因素。一般对于金属密封面，如果表面光洁度稍差，密封表面的塑性变形不足以填满泄漏通道，密封介质就会顺着泄漏通道泄漏出来。特别是那些分子量小、渗透性很强的气体，泄漏更容易发生。李增祥对一组不同表面粗糙度的密封元件进行密封性能试验，结论是当密封元件在密封接触面上产生了超过屈服强度2倍的塑性变形后，接触面的表面粗糙度将不再影响密封系统的密封性能[10]。也就是说，密封面的变形情况将成为影响密封性能的唯一因素(宏观上)，显然能形成密封的表面粗糙度有一定的范围，应保持在一个较低的水平上。
若想比较真实地研究加工表面质量对密封性能的影响，须考查密封接触面的表面形貌，即物理表面的几何结构。广义的几何结构包括粗糙度、波度、形状误差和纹理方向等几个方面，而不是目前工程意义上普遍采用表征质量方式-粗糙度的算术平均值。
5.4 密封面宽度
从理论上讲，密封面宽度决定了毛细孔的长度。当宽度加大时，液体沿毛细孔运动路程增加，泄漏量应成反比减小。但实际上并非如此，因为密封副接触面不能全部吻合，不能全部起到密封作用。另一方面，密封面宽度增加，要加大密封所需的作用力。因此，选择合理的密封面宽度及密封型式非常重要。
5.5 密封比压
比压是由阀前与阀后的压力差及外加密封力决定的。比压大小直接影响阀门的密封性、可靠性和使用寿命。在外界条件相同的情况下，比压太小容易引起泄漏，比压太大容易引起损坏，所以在设计中必须考虑在保证密封时所需最小比压的情况下，适当加大比压。
6 结论
根据特殊环境下使用的阀门的性能指标，笔者针对其密封性要求和使用寿命设计了阀门的内、外密封结构，采用波纹管为外密封元件，梯形刀口平面为内密封结构。同时，分析波纹管阀门内密封性能的影响因素，优化内密封结构的设计参数，实现了传统阀门无法达到的密封精度(氦漏率不大于1×10-9Pa·m3/s)和长期使用后的密封可靠性(氢气环境中阀门的使用寿命不低于100次)。
参考文献
[1]徐开先.波纹管类组件的制造及其应用[M].北京:机械工业出版社,1997.
[2]第二研究设计院泵阀组.阀门手册[M].北京:原子能出版社,1980.
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