法蘭

法蘭（flange），又稱法蘭法蘭盤或法蘭，是一種用于連接和拆卸的軸、管道圓筒和封頭之間的中空圓盤形機械零件。法蘭作為一種重要的機械零件，廣泛應(yīng)用于化工行業(yè)、建筑、石油、造船等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。其綜合性能突出，能提供可靠的連接，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。它的材料包括不銹鋼、普通碳素鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼、低合金鋼、硬聚氯乙塑料板、高密度聚乙烯等。

法蘭的離心鑄造法是由英國工程師阿爾卡爾蒂發(fā)明的（Meister Johannes Eckhar）1809年提出。直到20世紀初， 才被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。中國在20世紀30年代開始使用離心鑄造技術(shù)生產(chǎn)法蘭、鑄鐵管等產(chǎn)品。20世紀60年代，中國法蘭鍛造業(yè)在定襄縣開始發(fā)展。20世紀90年代，法蘭鍛造企業(yè)發(fā)展迅速，多達1230家。2000年后進入轉(zhuǎn)型升級期。2015年后，法蘭鍛造行業(yè)進入高質(zhì)量發(fā)展階段。

法蘭是管道連接的重要方式根據(jù)其連接方式和結(jié)構(gòu)特點，可分為整體法蘭、螺紋法蘭、平焊法蘭和松套法蘭等；根據(jù)連接部位的不同，又可分為壓力容器法蘭和管道法蘭。連接管道時，法蘭應(yīng)有良好的密封性能、連接強度高、安裝拆卸更換和維護方便等。法蘭連接的緊密程度主要由法蘭本身決定、墊圈和螺栓由三部分組成，通過它們的緊密配合，防止介質(zhì)泄漏。在惡劣的介質(zhì)運行環(huán)境中，即使選擇了合適的法蘭類型、采用適當?shù)姆ㄌm密封表面形式和相應(yīng)的墊圈，流體泄漏仍可能發(fā)生。故障原因主要包括法蘭偏差、錯口、張口、錯孔、應(yīng)力影響、腐蝕影響、熱脹冷縮等。防止泄漏的方法包括涂抹機油或鉛粉、正確安裝密封墊，確保密封墊處于良好狀態(tài)、清潔法蘭密封面并清潔舊法蘭等。

在法蘭設(shè)計中，密封是一個重要的考慮因素。當壓力容器密封失效時，通常與連接件強度不足無關(guān)，而更多地與密封不良導(dǎo)致的泄漏問題有關(guān)。法蘭連接的密封設(shè)計涉及密封原理和影響密封的各種因素的討論法蘭密封結(jié)構(gòu)主要由法蘭組成、墊圈和螺栓組成。

密封原理

密封的基本原理是通過提供阻力來阻止被密封介質(zhì)通過密封口。當密封口兩側(cè)的壓力差大于密封口上的阻力時，介質(zhì)將被有效密封。密封比壓指的是施加在墊圈上以確保密封性的壓縮應(yīng)力。為了保證法蘭連接的緊密性，墊片必須緊緊地壓在密封面上并變形以填充壓面上的凹陷間隙，從而增加了密封口對流體流動的阻力。

影響密封的因素：影響密封效果的因素很多，主要包括：螺栓預(yù)緊力、墊圈性能、壓緊面的作用、法蘭剛度、操作條件等。

螺栓預(yù)緊力：增加螺栓的預(yù)緊力可以提高密封效果，預(yù)緊力可以使墊片變形并滿足初始密封條件。適當?shù)念A(yù)緊力也可以使墊片保持較大的殘余密封壓力在運行過程中，如果墊片具有一定的彈性，可以補償螺栓與法蘭之間的變形，保證預(yù)緊比壓不小于工作密封比壓，從而保證密封面的良好密封狀態(tài)。

墊圈性能

墊片是一種關(guān)鍵的密封元件，需要有合適的變形和回彈性才能實現(xiàn)有效密封。墊片需要有彈性和回彈力，能適應(yīng)容器內(nèi)部壓力下法蘭面的分離，以達到理想的密封效果。常用的金屬墊圈材料包括軟鋁、銅、軟鋼、蒙乃爾合金和18-8不銹鋼等。

壓緊面作用

在法蘭連接中，受壓面是指法蘭的密封面，它直接接觸墊片并通過螺栓力使墊片變形，從而保證密封效果。為了達到預(yù)期的密封效果，壓緊面的幾何尺寸和表面光潔度需要與墊片相匹配。墊片密封是通過用墊片的變形填充密封面的微小幾何空間來實現(xiàn)的。壓制面與硬金屬墊配合時，需要具有較高的尺寸精度和表面光潔度，壓制面上不應(yīng)有徑向串通痕跡。而且，壓緊表面的垂直度和同心度對于密封的可靠性也非常重要。

法蘭剛度

當法蘭的剛度不夠時，它可能會翹曲變形，導(dǎo)致密封失效。在設(shè)計過程中，有必要計算法蘭的剛度。法蘭的彎曲剛度取決于其幾何尺寸。然而，增加法蘭的剛度將使其體積更大，并增加法蘭的制造成本。

操作條件

操作條件是指連接系統(tǒng)中的壓力和介質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)。雖然介質(zhì)的壓力和物理特性會導(dǎo)致泄漏，但它們不是主要因素。只有當溫度波動時，特別是在高溫下，密封性能才會受到嚴重影響。

法蘭的相關(guān)支撐部件是墊圈、螺栓螺母、保護器、填料等。

墊片

墊片是法蘭連接中的重要部件，其性能和幾何形狀對密封性能有很大影響。在選擇墊片材料時，有必要考慮容器的操作條件，例如介質(zhì)的類型、腐蝕能、操作壓力和溫度等。為確保墊片具有所需的性能，它應(yīng)符合以下標準：

柔軟有彈性，在緊固應(yīng)力和介質(zhì)壓力的作用下，能起到良好的密封作用。

緊密性好，能有效防止介質(zhì)泄漏，確保系統(tǒng)安全運行。

不易受介質(zhì)侵蝕而損壞，可長期使用而不損壞。

它具有耐熱性和耐久性，在高溫和長期使用條件下仍能保持良好的性能。

在緊固應(yīng)力和介質(zhì)壓力的作用下，不會發(fā)生過大的變形和損壞，保證了系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行。

常見的墊片材料包括：橡膠、石棉橡膠板、石材、塑料、有色金屬和鋼等。這些材料具有不同的特性，可以根據(jù)工作需要靈活選擇。除了由單一材料制成的墊片外，還會根據(jù)工作需要將兩種或兩種以上的材料組合制成復(fù)合墊片，以滿足配置要求，提高密封性能。

螺栓螺母

連接法蘭常用的螺栓有單頭和雙頭兩種，其螺紋一般采用三角公制粗牙螺紋。單頭螺栓分為半精制和精制兩種，常用的材料有 Q235、25#鋼和25Cr2MoVA 鋼等。雙頭螺栓多為長度相同的精制螺栓，材質(zhì)為35#鋼、40#鋼 和37SiMnZMoVA 等。

堅果分半精和精。按螺母形式可分為A型和b型。半精制單頭螺栓常用a型螺母，精制雙頭螺栓常用B型螺母。

保護器

在兩個法蘭面之間，有一個起密封作用的墊片或密封圈，沒有直接接觸。但是，容易發(fā)生腐蝕。為了防止液體進入法蘭表面之間，可以使用由封閉的軟橡膠制成的法蘭保護器，也可以使用不銹鋼帶和油脂嘴。

填料

填料的作用是防止工藝介質(zhì)沿閥桿表面泄漏。選擇填料時應(yīng)考慮以下因素：

適當?shù)膹椥院妥冃文芰Γ员ＷC填料能適應(yīng)閥桿的運動和密封時的變形。

化學(xué)穩(wěn)定性好，避免填料在接觸介質(zhì)的過程中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，損壞或污染介質(zhì)。

能夠承受相應(yīng)的工藝條件，如高溫、高壓等條件下，確保填料能繼續(xù)發(fā)揮密封作用。

具有良好的耐火性，在高溫工藝條件下不易燃燒或熔化。

摩擦系數(shù)低，可以減少填料與閥桿之間的摩擦，從而提高閥門的耐磨性和使用壽命。

材質(zhì)：法蘭由304不銹鋼制成、碳鋼、普通碳素鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼、低合金鋼、硬聚氯乙塑料板、角鋼、扁鋼、高密度聚乙烯等。

工藝：法蘭技術(shù)主要分為鍛造、鑄造、割制、卷制這四種。

鑄造法蘭

離心鑄造是利用旋轉(zhuǎn)模具產(chǎn)生的離心力將溶液中密度不同的增強體和基體合金分離成內(nèi)層或外層的工藝方法。通過調(diào)節(jié)和控制材料在溶液中的分布，固化的部件結(jié)構(gòu)最終呈現(xiàn)一種或多種成分的梯度變化。鑄造法蘭時，法蘭的頸部呈錐形，有利于熔融金屬的良好結(jié)晶，避免應(yīng)力集中，從而保證法蘭的強度。

鍛造法蘭

法蘭的鍛造工藝為鍛造——環(huán)和——溫擺輾。

鍛造：將圓羊毛加熱至1200攝氏度，并用鍛錘沖孔和擴孔。

輾環(huán)：將鍛造好的毛坯轉(zhuǎn)移到軋環(huán)機上，通過鉸孔達到溫度擺動所需的環(huán)件內(nèi)孔尺寸。

溫擺輾：將環(huán)傳遞到旋轉(zhuǎn)鍛壓機進行溫旋轉(zhuǎn)鍛壓。溫擺鍛后，高頸部分可以填充，整個過程只需要一次加熱。

割制法蘭

法蘭切割是在中間板上直接切割出具有加工余量的內(nèi)外厚度的圓盤，然后加工螺栓孔和水線的方法。這種法蘭的生產(chǎn)受到中板寬度的限制，最大直徑不應(yīng)超過中板寬度。

卷制法蘭

法蘭軋制是一種生產(chǎn)大型法蘭的工藝首先將中板切成長條，然后將這些長條卷成圓圈，形成法蘭的外徑和厚度。纏繞完成后，需要焊接法蘭、展平及水線和螺栓孔加工。這種方法適用于生產(chǎn)大直徑法蘭，可以充分利用中厚板的寬度。

法蘭是一種重要的連接件，在化工行業(yè)中經(jīng)常使用、建筑、給水、排水、石油、輕(重) 工業(yè)、冷凍、衛(wèi)生、水暖、消防、電力、航天、造船等領(lǐng)域。法蘭具有優(yōu)異的綜合性能，可提供可靠的連接，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

法蘭

法蘭是建筑工程中常用的管道連接方式，適用于通風(fēng)管道、通風(fēng)管道和管件之間、通風(fēng)管道與閥門、通風(fēng)管道與風(fēng)口、通風(fēng)管道與各種通風(fēng)設(shè)備之間的連接等。具有拆裝方便、粘接強度高，適用范圍廣。材料包括扁鋼和角鋼一般來說，法蘭的內(nèi)徑比空氣導(dǎo)管的外徑稍大2—3mm。在造船領(lǐng)域，法蘭是船舶管道最重要的連接形式。它以結(jié)合強度高、它以拆卸方便適用范圍廣而著稱，適用于幾乎所有的管道連接。