摘要：某设备法兰垫片失效，造成物料泄漏而停车。通过对该垫片进行宏观检验，尺寸测量及光谱检测进行了失效分析，得出垫片失效的主要原因是缠绕垫宽度超标、安装时预紧过大而且不均匀。根据分析结果，作者提出了针对性的建议。

　　关键词：垫片;预紧力;尺寸

　　0 前言

　　某设备法兰人孔法兰垫片安装后失效，造成物料泄漏。该垫片制造标准执行HG20631-1997《钢制管法兰用缠绕式垫片》。

　　1 实验方法

　　1.1 宏观检验

　　该垫片属于带内外环形垫片，见图1。送检垫片外环完整，缠绕垫及内环均断裂。缠绕垫呈有规律性波浪形，与用于固定法兰的螺栓间距相吻合，见图2。垫片外环存在弯曲变形，表面有3条沿径向扩展裂纹。

　　垫片内环弯曲较为明显，部分环面上存在环形凹槽，端面存在较多贯穿上下环面的裂纹，见图3、图4。

　　1.2 尺寸测量

　　对失效垫片内环厚度、内环宽度、外环宽度、外环宽度、缠绕金属丝厚度进行测量，数据见表1所示。

　　HG20631-1997《钢制管法兰用缠绕式垫片》中要求内环及外环厚度为3.0-3.3mm，实测内环厚度不低于标准要求，缠绕金属丝厚度符合标准要求偏差范围。

　　实测外环最大外径为696mm，最小外径为695mm。图纸提供的垫片尺寸为Φ696.3X571.5X520.7X495.3X4.5mm(数值分别为：外环外径、缠绕垫外径、缠绕垫内径、内环内径、缠绕垫厚度)。实测外环外径与图纸提供的数值相近。

　　根据实测外环最大、最小外径平均值减去外环宽度平均值计算外径内径，695.5-52.31=590.88mm，得出外环内径为590.88mm。对于D型缠绕垫片，图纸提供的缠绕垫片外径略大于外环内径，实际测量两者的差值约2.5mm。综合上述计算得出，实际缠绕垫外径为590.88+2.5=593.38mm，比图纸提供缠绕垫片外环大21.88mm，严重偏离标准值。由于内环已经破裂，无法测量其内外径。

　　1.3 光谱检测

　　对失效垫片进行合金元素光谱材质检测，详细见表2。

　　厂方提供的纸上要求垫片外环为Q235，内环为304，缠绕垫金属部分为304，非金属部分为四氟。从检测结果判断，外环使用材料错误，内环Cr含量偏低。

　　2 失效原因分析

　　由宏观检测可知，垫片外环弯曲变形情况说明安装过程中存在不均匀的预紧力。缠绕垫有规律性的波浪形，存在与法兰固定螺栓间挤压的痕迹，说明存在两种可能性：一是在安装过程中，缠绕垫片在过大预紧力的作用下变形产生;二是泄漏过程中，物料压力使缠绕垫变形。垫片只在内环的部分环面上有凹槽，凹槽是在预紧力打的部位产生，说明安装过程中存在预紧力不均匀。内环变形方向垂直于环面方向可推断，其失效前已偏离人孔密封面，进入容器内部。

　　由于尺寸测量中缠绕垫片外径大于标准值21.88mm，可推断以下两种可能：一是如果内环内径符合标准要求，则缠绕垫片宽度将大于标准值10.94mm;二是如果缠绕垫片宽度符合标准要求，则内环内径将大于标准值21.88mm。综合以上情况，可推断缠绕垫片宽度大于标准宽度10.94mm。

　　当缠绕垫片宽度大于标准宽度，容易造成垫片刚度不足，预紧时便会产生压缩超标，会使垫片产生大量屈服，回弹性能明显降低，密封性能显著下降。同时，垫片在安装过程中存在着预紧力不均匀，部分螺栓预紧力过大。

　　在上述因素的作用下，最终造成了垫片在使用后短期内出现泄漏失效。

　　3 结论

　　缠绕垫宽度超标、安装时预紧过大且不均匀是造成人孔法兰垫片失效的主要原因。

　　4 建议

　　(1) 加强垫片购置时的质量检验。

　　(2) 现场安装时，预紧力应保持适度均匀。

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