一种空心金属密封结构制造技术

本发明专利技术涉及一种空心金属密封结构，包括上法兰、下法兰和密封环，其中上法兰与下法兰连接形成法兰结构，下法兰与待密封部件连接，密封环设置在下法兰表面开设的凹槽内，用于上法兰与下法兰之间的密封，使得法兰结构与待密封部件形成密封结构，本发明专利技术针对现有技术中金属密封结构存在的缺陷，从结构、材料、性能等方面对密封结构，尤其是密封环进行创新设计，通过对密封环材料性能的要求，密封环焊缝要求以及密封环涂层等的要求，使得整体密封结构具有优异的密封性能和高可靠性，并且密封环可以在‑196℃～+227℃宽温域范围内使用，其中在‑196℃～室温温域范围内可以多次温度循环使用。

A hollow metal seal structure

The invention relates to a hollow metal sealing structure, including the upper flange and the lower flange and the sealing ring, wherein the upper flange is connected with the lower flange forming flange structure, lower flange and sealing parts to be connected, a sealing ring is arranged in the groove provided under the flange surface, used for sealing between the flange and the lower flange, the flange structure and the sealing member forming sealing structure, aiming at the defects existing in the technology of metal seal structure exists, from the structure, material, performance and other aspects of the sealing structure, especially the sealing ring for innovative design, through the sealing performance of the ring material requirements, sealing ring and sealing ring weld coating requirements, making the overall with excellent sealing performance and high reliability of sealing structure and sealing ring can be used in 196 to +227 DEG C wide temperature range in which, in 196 The temperature can be recycled many times in the range of temperature range to room temperature.

【技术实现步骤摘要】
一种空心金属密封结构
本专利技术涉及一种空心金属密封结构，适用于在-196℃～+227℃的温域内，对大尺寸薄壁法兰进行密封，属于弹性金属密封元件

技术介绍
空心金属密封环作为一种弹性金属密封元件，在一些橡胶密封件无法使用的苛刻工况环境下得到广泛的应用。与密封领域大量使用的橡胶密封件相比，空心金属密封环的回弹能力是非常有限的，因此，需要密封法兰具有足够的刚度以保持法兰在密封压力作用下不产生变形。然而，在某些特定情况下，由于受到装配空间条件约束以及减重要求的制约，无法设计大型的厚重密封结构，要求密封结构的法兰设计必须重量轻、厚度薄，该种密封结构法兰在-196℃～+227℃宽温域范围使用中会产生变形，尤其当密封结构开孔尺寸达到Φ400～Φ500mm时，传统空心金属密封环在薄壁口盖法兰中于-196℃～室温进行多次温度循环使用时，所测试到的氦质谱漏率为10-2～10-3Pa.m3/s，该种漏率水平无法满足某些部件密封可靠性要求高的使用需求，即氦质谱漏率需要达到1×10-5Pa.m3/s量级的密封要求。此外，目前常规的空心金属密封结构还主要存在以下问题：第一、密封环的焊缝内部通孔尺寸较小，当空心金属密封环为了补偿较大变形而压缩至较大的预定压缩量值时，因其焊缝背面的较大余高造成密封结构的工作面局部突起，严重影响其低温状态下的密封效果，导致密封漏率超标。第二、现有的不锈钢空心管材由于受到成形工艺水平的限制，虽然其拉伸强度、扯断伸长率等力学性能比较稳定，但是，当其达到预定压缩量值时，密封回弹补偿能力相差很大，导致同批次不锈钢空心管制备出的空心金属密封环的密封能力相差很大，可靠性低、稳定性差。第三、空心金属密封环的表面涂层受限于相关涂层材料的涂覆工艺，要么涂层较薄(如采用聚全氟乙丙烯材料，当涂层厚度增大时，造成涂层附着力下降或者涂层表面不平整)，要么涂层较硬(如采用聚三氟氯乙烯材料)，均会造成空心金属密封环表面涂层的密封补偿能力下降，导致密封漏率无法满足设计要求。因此，亟需研制一种在-196℃～+227℃宽温域范围内使用，尤其在-196℃～室温温域范围内可以多次温度循环使用而具有优异密封可靠性的大尺寸薄壁法兰金属密封结构。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种空心金属密封结构，该空心金属密封结构具有优异密封性能和可靠性，并可以在-196℃～+227℃宽温域范围内使用，其中在-196℃～室温温域范围内可以多次温度循环使用。本专利技术的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：一种空心金属密封结构，包括上法兰、下法兰和密封环，其中上法兰与下法兰连接形成法兰结构，下法兰与待密封部件连接，密封环设置在下法兰表面开设的凹槽内，用于上法兰与下法兰之间的密封，使得所述法兰结构与待密封部件形成密封结构，所述密封环为空心金属管两端焊接形成的空心金属环结构，所述焊接端面通孔的最小直径不小于非焊接端面通孔直径的60％，密封环表面设有涂层，且密封环的单位长度压缩载荷不小于0.15KN/mm，密封环的压缩回弹值不小于0.25mm。在上述空心金属密封结构中，所述上法兰为弧面结构，所述弧面结构的环形边缘向外延伸形成上法兰端面，所述下法兰为环形端面结构，上法兰通过上法兰端面与下法兰的环形端面结构机械连接，形成法兰结构；所述密封环位于上法兰端面与下法兰的环形端面结构之间。在上述空心金属密封结构中，所述上法兰弧面结构的圆弧半径为50～700mm。在上述空心金属密封结构中，所述上法兰弧面结构的壁厚不小于4mm；所述上法兰端面的厚度不小于10mm，所述下法兰的环形端面厚度不小于15mm。在上述空心金属密封结构中，所述焊接端面通孔的最小直径为非焊接端面通孔直径的60％～90％。在上述空心金属密封结构中，所述密封环的单位长度压缩载荷为0.15-0.20kN/mm。在上述空心金属密封结构中，所述密封环的材料为不锈钢，具体为1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni9或者0Cr18Ni10Ti。在上述空心金属密封结构中，所述密封环的外壁直径为2.95～3.05mm；壁厚为0.48～0.52mm。在上述空心金属密封结构中，所述密封环内填充偶氮二异丁腈，所述偶氮二异丁腈分解产生氮气气体的压力不低于4MPa。在上述空心金属密封结构中，所述密封环表面涂层的材料为可溶性聚四氟乙烯，涂层厚度为50μ～100μ。在上述空心金属密封结构中，所述下法兰上还设有用于适应结构变形的孔，所述孔的直径为50～500mm。在上述空心金属密封结构中，所述密封环轴向预定压缩量为28～35％。在上述空心金属密封结构中，所述上法兰和下法兰的材料均采用钢或铝。在上述空心金属密封结构中，所述形成密封环的空心金属管的具体制备方法如下：(1)、将不锈钢管坯进行N次中间处理，得到不锈钢管过渡件；所述中间处理包括中间轧制或者拉拔，以及中间热处理，其中每次中间轧制或拉拔的变形量控制在45％～60％，每次中间热处理的温度控制在1020～1040℃；其中N为正整数，且N≥3；(2)、将不锈钢管过渡件进行轧制或者拉拔，变形量控制在65％～70％；(3)、将轧制或者拉拔处理后的不锈钢管过渡件进行中温退火热处理，中温退火热处理的温度控制在900℃～920℃，时间为15-30min，完成不锈钢管制备。在上述空心金属密封结构中，所述不锈钢管为1Cr18Ni9Ti钢管、0Cr18Ni9钢管或者0Cr18Ni10Ti钢管。在上述空心金属密封结构中，所述步骤(1)中每次中间热处理的温度控制在1025～1040℃。在上述空心金属密封结构中，所述步骤(3)中制备得到的不锈钢管的外壁直径为2.95～3.05mm；壁厚为0.48～0.52mm。在上述空心金属密封结构中，所述步骤(1)中不锈钢管坯的制备方法为：采用真空感应熔炼+电渣的方法进行不锈钢钢锭的冶炼，并将铸锭锻造成钢棒；对钢棒在1050～1080℃进行热穿孔，得到不锈钢管坯。本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：(1)、本专利技术针对现有技术中金属密封结构存在的缺陷，从结构、材料、性能等方面对密封结构，尤其是密封环进行创新设计，通过对密封环材料性能的要求，密封环焊缝要求以及密封环涂层等的要求，使得整体密封结构具有优异的密封性能和高可靠性能，并且密封环可以在-196℃～+227℃宽温域范围内使用，其中在-196℃～室温温域范围内可以多次温度循环使用；(2)、本专利技术通过设置密封环内部焊缝通孔，实现了对密封结构的有效控制，克服了传统的空心金属密封结构为补偿变形而局部突起的难题，通过设计焊接端面通孔的最小直径不小于非焊接端面通孔直径的60％，优选60％～90％，确保了同批次空心金属密封环的回弹补偿能力可靠稳定，解决了传统的空心金属密封结构回弹补偿能力相差较大的问题。(3)、本专利技术通过对密封环涂层的材料和厚度进行设计，达到了密封漏率的设计要求，弥补了传统的空心金属密封结构表面涂层密封补偿能力较低的缺陷。(4)、本专利技术通过设置上法兰和下法兰的壁厚以及端面厚度，有效确保上法兰和下法兰的精确配合，满足密封结构在低温、常温和高温环境中，稳定可靠的设计需求。(5)、本专利技术通过限定密封环轴向断面尺寸的压缩量，显著提升了密封环焊缝表面的质量，保障了密封环表面光滑平整，无裂纹、无硬棱。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空心金属密封结构，其特征在于：包括上法兰(1)、下法兰(2)和密封环(3)，其中上法兰(1)与下法兰(2)连接形成法兰结构，下法兰(2)与待密封部件连接，密封环(3)设置在下法兰(2)表面开设的凹槽内，用于上法兰(1)与下法兰(2)之间的密封，使得所述法兰结构与待密封部件形成密封结构，所述密封环(3)为空心金属管两端焊接形成的空心金属环结构，所述焊接端面通孔的最小直径不小于非焊接端面通孔直径的60％，密封环(3)表面设有涂层，且密封环(3)的单位长度压缩载荷不小于0.15KN/mm，密封环(3)的压缩回弹值不小于0.25mm。

【技术特征摘要】
1.一种空心金属密封结构，其特征在于：包括上法兰(1)、下法兰(2)和密封环(3)，其中上法兰(1)与下法兰(2)连接形成法兰结构，下法兰(2)与待密封部件连接，密封环(3)设置在下法兰(2)表面开设的凹槽内，用于上法兰(1)与下法兰(2)之间的密封，使得所述法兰结构与待密封部件形成密封结构，所述密封环(3)为空心金属管两端焊接形成的空心金属环结构，所述焊接端面通孔的最小直径不小于非焊接端面通孔直径的60％，密封环(3)表面设有涂层，且密封环(3)的单位长度压缩载荷不小于0.15KN/mm，密封环(3)的压缩回弹值不小于0.25mm。2.根据权利要求1所述的空心金属密封结构，其特征在于：所述上法兰(1)为弧面结构，所述弧面结构的环形边缘向外延伸形成上法兰端面(1-1)，所述下法兰(2)为环形端面结构，上法兰(1)通过上法兰端面(1-1)与下法兰(2)的环形端面结构机械连接，形成法兰结构；所述密封环(3)位于上法兰端面(1-1)与下法兰(2)的环形端面结构之间。3.根据权利要求2所述的空心金属密封结构，其特征在于：所述上法兰(1)弧面结构的圆弧半径为50～700mm。4.根据权利要求2所述的空心金属密封结构，其特征在于：所述上法兰(1)弧面结构的壁厚不小于4mm；所述上法兰端面(1-1)的厚度不小于10mm，所述下法兰(2)的环形端面厚度不小于15mm。5.根据权利要求1所述的空心金属密封结构，其特征在于：所述焊接端面通孔的最小直径为非焊接端面通孔直径的60％～90％。6.根据权利要求1所述的空心金属密封结构，其特征在于：所述密封环的单位长度压缩载荷为0.15-0.20kN/mm。7.根据权利要求1所述的空心金属密封结构，其特征在于：所述密封环(3)的材料为不锈钢，具体为1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni9或者0Cr18Ni10Ti。8.根据权利要求1所述的空心金属密封结构，其特征在于：所述密封环(3)的外壁直径为2.95～3.05mm；壁厚为0.48～0.52mm。9.根据权利要求1所述的空心金属密封结构，其特征在于：所述密封环(3)内填充...

【专利技术属性】
技术研发人员：白湘云，王帮武，吴福迪，姜海昌，田乾，田新，伍芃，
申请(专利权)人：航天材料及工艺研究所，中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11