如何確定墊片的厚度

作者：泵來源：墊片發布時間：2023-06-19

對于非金屬平墊片，ASME B16.21標準中并沒有給出關于墊片厚度的指導，而如何在一個特定的應用中選擇恰當的墊片厚度是一個經常出現的問題，且這個問題很難簡單地回答。因此，我們鼓勵用戶在無法判定如何選擇厚度時，和應用工程師進行溝通討論，而今天的文章則希望為用戶解釋為何這個問題如此棘手，同時分享一些相關的應用知識以幫助用戶了解一些可能出現的情況。
作為墊片應用工程師，我們推薦盡可能的使用更薄的墊片。

但在某些情況下，需要和推薦更厚的墊片，我們先說明一下。一些常用的工況中3.2mm厚度的墊片是必要的并且是完全可以接受的，如下幾種情況：
◆ 當上緊螺栓后薄的法蘭將會變得不平，諸如6.4mm厚度的角鐵或鋼板法蘭；
◆ 大直徑法蘭，像AWWA標準的水管道法蘭，3米直徑的壓力容器；
◆ 許多螺栓力有限的低壓全平面大直徑法蘭；
◆ 可能有某種程度上的凹坑，彎曲或破損的老舊法蘭。
較厚的墊片用于低壓大直徑法蘭的原因之一是這些法蘭沒有足夠多的螺栓，主要是內壓不高，所以設計時就不需要大量的螺栓。有限的螺栓意味著墊片的壓縮量有限，薄的法蘭意味著在螺栓上緊后法蘭會變形，在螺栓之間的空隙就會壓縮很小或者根本沒有壓縮。薄的墊片沒有足夠的壓縮量來彌補這些不夠平的法蘭。
這似乎有些違背我們正常的思維。如果你看我們的推薦安裝應力，我們要求隨著墊片厚度的增加需要更大的應力（載荷）。但在載荷非常低的地方，例如角鐵法蘭，很少能夠提供保持法蘭平整和密封薄墊片所需的足夠的法蘭厚度。在大部分情況下，這些法蘭的內壓低，因此對于較厚的墊片也沒有高的吹出風險。
比如，有一個66”法蘭的例子：法蘭厚度約6.4mm，用20個5/8”的螺栓。對于如此大的法蘭，螺栓的數量和大小都是不夠的。用于無壓力的油，客戶詢問了1.6mm的油水自膨脹墊片；而更好的選擇是3.2mm厚度的，有兩個原因：
一，螺栓間距如此之大將導致兩個螺栓中間的壓縮載荷非常小。薄的墊片不能夠很好的適應彎曲的法蘭。
二，在沒有內壓的情況下，使用更厚的墊片沒有不利因素或缺點，因為墊片不會被吹出。
然而，對于設計用于更高壓力的法蘭，情況就大不一樣了。這些法蘭要厚得多，意味著當螺栓上緊時，它們通常可以保持平整，平整度能夠達到0.1mm。這種情況下“越薄越好”的建議是合適的。薄墊片的優點有很多：
1、由于接觸內壓的表面積更小使得抗吹出能力更高。
2、同樣由于接觸內壓的表面積更小，泄漏率也更低。
3、由于更薄的墊片有更低的蠕變松弛特性，緊固件的扭矩保持性更好。
4、墊片本身的成本也更低。
較厚的墊片將更適合嚴重損壞或翹曲的法蘭，這是因為墊片填充不平整法蘭的能力是基于給定載荷下的墊片壓縮量，而特定載荷下的壓縮率是用墊片原始厚度的百分比來表示的，較厚的墊片具有較大的原始厚度，實際的壓縮量也更大。對于1.6mm的墊片，10%的壓縮率就意味著0.16mm的壓縮量，3.2mm的墊片壓縮達到10%的話，壓縮量就達到了0.32mm。這種多出來的墊片壓縮量意味著厚墊片比薄墊片能夠更好的填充深的劃痕或凹坑。
使用厚墊片的優勢可能被誤導，無論如何，當更厚的墊片用來密封更多的有瑕疵的法蘭時，將來可能會導致更多的問題。更厚的墊片帶來更高的蠕變松弛，更高的蠕變松弛意味著在整個法蘭連接在使用周期內，用戶可能需要重新上緊螺栓來保持墊片有足夠的壓縮載荷。更厚的墊片會帶來更大的吹出力，這種情況會由于墊片接觸內壓部分的表面積增加而加劇，這實際上會產生更大的試圖把墊片推出法蘭的總力，即吹出力。（內壓的單位是Mpa，更厚的墊片在面對內壓方向上就顯得更“高”，這意味著更大的表面積。內壓Mpa乘以更大的面積就得到更大的力。）
由于所有的墊片材料在某種程度上都是可以滲透的，介質可以穿透墊片的本體。更厚的墊片會產生更大的滲透通道，因此泄露率更高。這里必須注意這事反過來也是會出現的。如果墊片太薄而不能彌補法蘭的缺陷，介質會泄漏而不是通過墊片本體滲漏，而且泄漏率可能比厚墊片更高。
需要使用更厚墊片的法蘭，會產生墊片廠家無法控制的問題。好的方案就是使用或設計能夠提供較高壓縮載荷的法蘭，保持法蘭表面情況良好，使用1.6mm甚至0.8mm厚度的墊片。用戶在設計使用非石棉板材墊片時應該考慮在設計計算中使用較高的3.2mm厚度的“M & Y”值，但是安裝1.6mm厚度的墊片。這些建議將消除一些常見的法蘭連接失效的因素。
◆ 分體式泵：厚度非常關鍵，因為它影響泵兩邊之間的間隙。這些泵通常使用0.4mm的非石棉壓縮墊片。客戶有時會要求厚度公差很小的板材，同時厚度變化也較小。重要的是要記住大壓縮量的墊片通常不適用在這里，因為厚度是不一樣的。
◆ 放置在槽中使用的墊片：在使用榫槽面結構，或者凹平面法蘭，墊片必須填滿整個空間，在法蘭金屬接觸金屬之前，墊片被壓縮。加載后的墊片壓縮厚度必須被計算，必須大于法蘭接觸后產生的間隙。例如，如果槽是3.2mm深，榫是0.6mm高，墊片壓縮后的厚度必須超過2.6mm，否則法蘭將在墊片還沒有完全壓縮的情況下就接觸了。有一個例子，用戶要求用膨體四氟墊片替代原來原始設計的改性四氟墊片，膨體四氟墊片沒有能夠完全壓縮從而導致泄漏，因為這種膨體四氟墊片需要被壓縮到原始厚度的近1/3才行。
◆ 針對特殊墊片厚度設置的長輸管道系統。例如，一個標準的纏繞墊片，壓縮后測量厚度大約是3.2mm。在長輸管道中可能存在間距的問題，如果使用較薄的墊片，并且一個管線上有許多個法蘭，在后一個法蘭間就會有一個大的空隙。
墊片材料的類型和允許的壓縮載荷也會影響密封特定法蘭連接的墊片厚度。在ASTM F36標準測試下，具有較高壓縮率的墊片相比較低壓縮率的墊片，就不需要同樣的墊片度厚，因為一個更容易壓縮的墊片不需要那么厚，就可以適應法蘭的缺陷。
我們總是被要求密封有缺陷的法蘭。這通常可以通過對選擇墊片材料的型號和厚度時，仔細考慮應用工況的所有變量來實現。但是，有時法蘭或螺栓的缺陷并不完全是可以通過墊片來彌補的。同樣的，法蘭連接系統正確的安裝也是至關重要的。