Al包覆层厚度对Al-NiTi复合垫片密封面压紧力影响的有限元分析①

诸士春，陆晓峰，巩建鸣

(南京工业大学机械与动力工程学院，南京 211816)

0 引言

法兰密封连接是核动力装置、深海装备、空间设施和火箭技术等领域常见的可拆卸连接形式。提高密封效果不仅要考虑结构设计，还要注重新型密封材料的应用。形状记忆合金具有超弹性性能，比普通金属垫片弹性模量小，回弹率高，同时有比非金属材料垫片抗老化性能好的优点，是近年来备受关注的新型密封材料。Efremov于2007～2009年期间提出了系列专利［1－3］，将形状记忆合金的形状记忆效应引入到法兰密封连接中［4］，但未见相关密封垫片的性能研究或应用研究报道。Takagi［5－6］等通过试验研究了 NiTi合金平垫片的密封性能，发现NiTi平垫在密封性能上优于铝质平垫片和SUS304平垫片。然而，NiTi合金的超弹性能和形状记忆效应需通过一定热处理制度才能获得，这些热处理制度同时也提高了NiTi合金的硬度，Adharapurapu 等人［7］发现，Ti-55(at.%)Ni合金经过一定处理后，硬度会达到50HRC以上。直接将NiTi合金制成的垫片用于法兰密封连接，较低的螺栓预紧力不足以消除密封接触面之间由于粗糙度引起的泄漏;而较高的螺栓预紧力会使法兰密封面受到伤害。因此，使用Al-NiTi复合垫片，既利用了NiTi合金的超弹性性能，同时又利用Al较柔软的特性来提高密封性能和保护法兰密封面。

本文基于试验获得的NiTi形状记忆合金薄板材压缩-回弹性能数据，以及A1050铝材压缩性能数据，利用有限元方法分析了在内压力和弯矩作用下，Al包覆层厚度对垫片密封面压紧力的影响，并与同规格的金属石墨缠绕垫片、NiTi合金垫片进行了比较。……