弹性金属密封技术(2)

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)沈阳仪表科学研究院 作者:张文良

耐磨涂层

图6 耐磨涂层

1.4、其他密封

  弹性金属密封还包括U形、V形、Ω 形等其他形状,如图7所示。不同形状的密封有着不同的回弹性及形变能力,适应不同密封腔及密封特性的要求。

形状各异的弹性金属密封

图7 形状各异的弹性金属密封

2、材料

  作为弹性金属密封的材料必须能够同时耐受高温和低温并在高压下具有一定的强度及弹性。奥氏体不锈钢、沉淀硬化型不锈钢都可以用作制造弹性金属密封的材料。Inconel718 在它允许的温度范围内体现出了很好的工程特性,是理想的材料。同时,InconelX750、Waspaloy 都是很好的选择,Haynes214 曾经在870℃下成功使用。

3、电镀和涂覆

  弹性金属密封的密封面部分可以电镀和涂覆相对密封基体较软的材料, 使密封接触面间的凹凸完全填满,紧密贴合,以提高密封性能。经常使用到的电镀和涂覆材料如表1 所示。

表1 因素水平表

注:(1) 电镀或涂覆层厚度0.001~0.002 英寸之间。
  (2) 密封面以外无需电镀或涂覆。

4、典型的腔体及关键腔体尺寸

  弹性金属密封的密封腔有如下几种常见类型如图8 所示。

  (1) 标准的封闭腔(Standard Closed Cavity):这种腔是完全的封闭腔,有时用U 形腔形容,如图8a所示。

  (2) 标准的开放腔(Standard Open Cavity):这种腔是径向开放的,用L 形腔来形容,如图8b所示。

  (3) 角形腔(Corner Cavity):常用于涡轮发动机,如图8c所示。

  (4) 区段(Segmented):常用于涡轮叶片的涡轮发动机或喷嘴密封处,如图8d所示。

 典型的腔体

图8 典型的腔体

  关键的腔体尺寸包括最小外径、最大内径、角半径、倒角、腔体高,如图9 所示,这些尺寸的大小及公差可根据所选择的密封查阅生产厂家的选型样本。

关键的腔体尺寸

图9 关键的腔体尺寸

5、生产工艺

  弹性金属密封不像其他金属密封垫片那样采用车削等加工方法。国外资料显示,弹性金属密封(不包括金属O形圈)是采用挤压法制成的。采用这种加工方法的优点在于生产效率高、价格便宜,而且几何形状更一致、具有最佳的晶粒方向,宜于承受最大压力。同时,弹性金属密封的制造还包括焊接、研磨、清洗、热处理、电镀和涂覆等众多工艺。

  在国内, 对于形状相对简单的V 形金属密封圈可以采用两种生产工艺方法:外压旋压成型,是将拉制好的管坯套装在特制的旋压芯棒上,并装夹在车床上,在管坯的外侧通过滚轮与芯棒的相对旋转挤压管坯,在管坯上成型出一定波纹和形状;内压塑压成型,就是将管坯拉制好后将管坯放在成型模具内腔, 用聚胺脂棒从管坯内腔加压,随着聚胺脂棒的变形推动管坯材料向模具型腔内流动实现成型。生产过程中,外压旋压方法存在一定困难,实际应用的是内压塑压成型。该方法和国外资料中提到的挤压法比较相似,一般要经3~4次成型过程才能达到图纸的尺寸要求, 中间要辅以热处理(固溶处理)工序。

6、结束语

  弹性金属密封在国外已经有近50 年的发展历史,产品广泛应用于航空、航天、兵器、核工业,以及石油化工、化纤、化肥、医药等行业。美国、英国、日本在弹性金属密封的制造上走在了世界的前列, 取得了多项专利技术。我国科研工作者为了适应和满足航空工业的发展和需要,在国外拒绝转让其制造技术专利的情况下,自行研制了金属圈的专用焊机,建成了O 形圈生产线,空心金属O 形圈质量达到了国外同类产品的技术水平, 精密空心金属O 形圈质量达到了世界第一流公司生产的同类产品水平,并且可以生产加工难度更大的C密封。对于其他形式的弹性金属密封,例如E密封,在国内很难发现相关资料,估计在国内是一项空白技术,需要我国的科研工作者作进一步的探索。

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