1、法蘭連接接頭的密封機理
螺栓法蘭墊片接頭結構由法蘭、墊片和螺栓組成，其結構如圖 1。法蘭和墊片在螺栓緊固力及管道內介質壓力的作用下，將中間密封面處的墊片壓緊如圖 2;當墊片受到的單位面積的預緊力達到一定成都后，墊片受力變形，將法蘭因機加工形成的凹坑填平，從而在法蘭與墊片間形成密封。密封性能的好壞受墊片材質影響。
研究表明同種材質的墊片，墊片越寬，墊片所需的螺栓預緊力越大，進而對螺栓或法蘭材料有更高的強度要求或增加兩者的尺寸;每種型號的法蘭都有一個密封面，在未施加壓力前，墊片與法蘭密封面的接觸寬度為墊片的接觸寬度;當施加壓力后，法蘭會產生一定的偏轉，造成法蘭密封面內圈脫離墊片，是故這部分接觸面達不到應有的密封效果，密封面外邊沿被壓緊部分稱之為墊片基本密封寬度。其中基本密封寬度中實際能起有效密封作用的寬度只有靠近墊片外徑的部分，稱為墊片有效密封寬度。由上述可知，在實際應用中法蘭與密封面的密封寬度=墊片有效密封寬度<墊片的基本密封寬度<墊片的接觸寬度，所以在選用墊片時，墊片應當由足夠的寬度，以便使其有效寬度增大。
2、法蘭墊片密封失效形式
從連接整體角度來看，接頭處密封失效形式可以分為強度失效和密封失效，相對于接頭結構原因引起密封失效，在實際工程使用中一般不會發生，密封面處密封失效則是造成泄漏的主要原因。密封面處泄漏主要分為滲透泄漏和界面泄露;滲透泄漏一般與管路中介質壓力、溫度和墊片材質有關，根據工況選擇合適材質墊片，一般不會出現工作介質通過墊片材料間隙泄漏即滲透泄漏這種情況;界面泄漏是指工作介質通過墊片與法蘭接觸面間隙泄漏[4]，據統計，界面泄漏占接頭處泄漏總量的 80%~90%，在工程中很容易出現，其泄漏的大小主要和界面間隙有關。對于泄漏，一般在查明不是因接頭結構強度失效引起滲透泄漏后，優先考慮泄漏由界面泄漏引起。
3、法蘭墊片密封界面泄漏影響因素
(1)法蘭機加工過程中會出現機械變形、震動等情況，從而造成法蘭密封面處存在高低不平的間隙影響;在預緊力不足或選著墊片材質不合適的情況下墊片不能有效填充法蘭密封面上的凹凸不平處，從而造成泄漏。
(2)墊片性能，如墊片的壓縮回彈性能;蠕變松弛性能(墊片的蠕變松弛性能是影響法蘭接頭密封性能的一項十分重要的力學性能，它能導致墊片應力的下降，使接頭最終趨向泄漏[7]);墊片材質;墊片結構形式影響;當設備或管道在工作狀態時，介質內部軸向應力力拉伸螺栓，使得法蘭密封面沿著彼此分離的方向移動如圖 3，降低了密封面與墊片之間的壓緊應力，從而起到密封作用的僅為墊片的有效密封壓力。如果墊片具有足夠的回彈能力，使壓縮變形的回復能補償螺栓和密封面的變形，則法蘭密封面之間能夠保持良好的密封狀態。反之，墊片的回彈力不足，墊片單位面積所受壓力達不到介質內部所需密封壓力，密封處在內部壓力的作用下重新出現縫隙，出現界面泄漏。
(3)緊固件安裝載荷方面影響;提高緊固件預緊力，可以一定程度上增大墊片的密封能力，但過大的預緊力，會使導致連接法蘭變形，有墊片效密封寬度變窄，甚至會對墊片邊沿造成損壞，同時導致墊片回彈量無法因上下法蘭偏轉形成的縫隙，從而不能保證其在接頭處的整體性能。另外，在實際安裝中，大部分操作安裝工具為氣動槍和扳手，對于安裝螺栓預緊力的大小基本依靠操作人員的經驗，很難把握，不排除因施加預緊力過大而造成螺栓變形的情況發生，再有擰緊螺栓順序不當，也可造成墊片彎曲或纏繞墊片解體如圖 3 所示。
(4)法蘭、緊固件強度和剛度影響;受安裝預緊力和管道內介質工作壓力影響，法蘭與緊固件必須選用合適的材質，以避免因安裝過程中受力造成法蘭出現裂紋或者緊固件變形甚至斷裂，造成泄漏。因此為滿足連接處密封，必須使在管路或設備工作時，接頭處有一定的殘余應力。為此，螺栓和法蘭都必須具有足夠大的強度和剛度，使螺栓在內部壓力作用下不發生過大的變形。
(5)工程中管道法蘭支撐情況影響;在實際工程使用的工程中，應當按照設計工藝手冊設計安裝，按照合適的距離增加支架對管路進行有效支撐，避免出現因管路本身重量、震動等引起法蘭連接處中心不對中形成剪力，引起緊固件變形，甚至密封面錯位，不能形成有效密封，從而引起泄漏。
(6)工況條件(壓力和溫度)影響;羅從仁[5]實驗研究發現在常溫下對法蘭密封機構內部施加力，螺栓應力減小，且在不超過 1.5MPa 情況下，螺栓應力與內部壓力成反比;常壓下升高溫度，螺栓法蘭密封結構的螺栓應力也會減小，說明壓力和溫度都會一定程度上影響螺栓法蘭墊片的密封性能。李駿[6]等人通過正交試驗法分析工作溫度、工作壓力、墊片寬度和螺栓直徑等因素，發現墊片寬度是對結構泄漏率影響的因素。原因主要表現為以下幾個方面：
高壓引起法蘭螺栓變形扭曲，如圖 3，造成法蘭密封面處間隙增大，引起界面泄露;壓力增大情況下，因材質強度不夠引發裂紋，造成強度失效;
高溫一起法蘭、螺栓蠕變，墊片性能變化，比壓減少，導致法蘭接頭泄漏;
高溫造成法蘭、螺栓、墊片材料強度下降，變形增大，引起受力不均勻，導致法蘭接頭泄漏。
參考文獻：
[4] 王銘松，李居海.靜密封失效分析及墊片選型[J].聚酯工業，2007，20(4)：54-56.
[6] 羅從仁.法蘭螺栓墊片系統高溫密封性能研宄[D].大連：大連理工大學，2013.
[7] 《法蘭用密封墊片實用手冊》編委會法蘭用密封墊片實用手冊[M].北京：北京中國標準出版社，2004.
