法兰

法兰（flange），又称法兰法兰盘或法兰，是一种用于连接和拆卸的轴、管道圆筒和封头之间的中空圆盘形机械零件。法兰作为一种重要的机械零件，广泛应用于化工行业、建筑、石油、造船等领域发挥着重要作用。其综合性能突出，能提供可靠的连接，保证系统的稳定运行。它的材料包括不锈钢、普通碳素钢、优质碳素钢、低合金钢、硬聚氯乙塑料板、高密度聚乙烯等。

法兰的离心铸造法是由英国工程师阿尔卡尔蒂发明的（Meister Johannes Eckhar）1809年提出。直到20世纪初， 才被广泛应用于工业生产。中国在20世纪30年代开始使用离心铸造技术生产法兰、铸铁管等产品。20世纪60年代，中国法兰锻造业在定襄县开始发展。20世纪90年代，法兰锻造企业发展迅速，多达1230家。2000年后进入转型升级期。2015年后，法兰锻造行业进入高质量发展阶段。

法兰是管道连接的重要方式根据其连接方式和结构特点，可分为整体法兰、螺纹法兰、平焊法兰和松套法兰等；根据连接部位的不同，又可分为压力容器法兰和管道法兰。连接管道时，法兰应有良好的密封性能、连接强度高、安装拆卸更换和维护方便等。法兰连接的紧密程度主要由法兰本身决定、垫圈和螺栓由三部分组成，通过它们的紧密配合，防止介质泄漏。在恶劣的介质运行环境中，即使选择了合适的法兰类型、采用适当的法兰密封表面形式和相应的垫圈，流体泄漏仍可能发生。故障原因主要包括法兰偏差、错口、张口、错孔、应力影响、腐蚀影响、热胀冷缩等。防止泄漏的方法包括涂抹机油或铅粉、正确安装密封垫，确保密封垫处于良好状态、清洁法兰密封面并清洁旧法兰等。

在法兰设计中，密封是一个重要的考虑因素。当压力容器密封失效时，通常与连接件强度不足无关，而更多地与密封不良导致的泄漏问题有关。法兰连接的密封设计涉及密封原理和影响密封的各种因素的讨论法兰密封结构主要由法兰组成、垫圈和螺栓组成。

密封原理

密封的基本原理是通过提供阻力来阻止被密封介质通过密封口。当密封口两侧的压力差大于密封口上的阻力时，介质将被有效密封。密封比压指的是施加在垫圈上以确保密封性的压缩应力。为了保证法兰连接的紧密性，垫片必须紧紧地压在密封面上并变形以填充压面上的凹陷间隙，从而增加了密封口对流体流动的阻力。

影响密封的因素：影响密封效果的因素很多，主要包括：螺栓预紧力、垫圈性能、压紧面的作用、法兰刚度、操作条件等。

螺栓预紧力：增加螺栓的预紧力可以提高密封效果，预紧力可以使垫片变形并满足初始密封条件。适当的预紧力也可以使垫片保持较大的残余密封压力在运行过程中，如果垫片具有一定的弹性，可以补偿螺栓与法兰之间的变形，保证预紧比压不小于工作密封比压，从而保证密封面的良好密封状态。

垫圈性能

垫片是一种关键的密封元件，需要有合适的变形和回弹性才能实现有效密封。垫片需要有弹性和回弹力，能适应容器内部压力下法兰面的分离，以达到理想的密封效果。常用的金属垫圈材料包括软铝、铜、软钢、蒙乃尔合金和18-8不锈钢等。

压紧面作用

在法兰连接中，受压面是指法兰的密封面，它直接接触垫片并通过螺栓力使垫片变形，从而保证密封效果。为了达到预期的密封效果，压紧面的几何尺寸和表面光洁度需要与垫片相匹配。垫片密封是通过用垫片的变形填充密封面的微小几何空间来实现的。压制面与硬金属垫配合时，需要具有较高的尺寸精度和表面光洁度，压制面上不应有径向串通痕迹。而且，压紧表面的垂直度和同心度对于密封的可靠性也非常重要。

法兰刚度

当法兰的刚度不够时，它可能会翘曲变形，导致密封失效。在设计过程中，有必要计算法兰的刚度。法兰的弯曲刚度取决于其几何尺寸。然而，增加法兰的刚度将使其体积更大，并增加法兰的制造成本。

操作条件

操作条件是指连接系统中的压力和介质的化学性质。虽然介质的压力和物理特性会导致泄漏，但它们不是主要因素。只有当温度波动时，特别是在高温下，密封性能才会受到严重影响。

法兰的相关支撑部件是垫圈、螺栓螺母、保护器、填料等。

垫片

垫片是法兰连接中的重要部件，其性能和几何形状对密封性能有很大影响。在选择垫片材料时，有必要考虑容器的操作条件，例如介质的类型、腐蚀能、操作压力和温度等。为确保垫片具有所需的性能，它应符合以下标准：

柔软有弹性，在紧固应力和介质压力的作用下，能起到良好的密封作用。

紧密性好，能有效防止介质泄漏，确保系统安全运行。

不易受介质侵蚀而损坏，可长期使用而不损坏。

它具有耐热性和耐久性，在高温和长期使用条件下仍能保持良好的性能。

在紧固应力和介质压力的作用下，不会发生过大的变形和损坏，保证了系统的长期稳定运行。

常见的垫片材料包括：橡胶、石棉橡胶板、石材、塑料、有色金属和钢等。这些材料具有不同的特性，可以根据工作需要灵活选择。除了由单一材料制成的垫片外，还会根据工作需要将两种或两种以上的材料组合制成复合垫片，以满足配置要求，提高密封性能。

螺栓螺母

连接法兰常用的螺栓有单头和双头两种，其螺纹一般采用三角公制粗牙螺纹。单头螺栓分为半精制和精制两种，常用的材料有 Q235、25#钢和25Cr2MoVA 钢等。双头螺栓多为长度相同的精制螺栓，材质为35#钢、40#钢 和37SiMnZMoVA 等。

坚果分半精和精。按螺母形式可分为A型和b型。半精制单头螺栓常用a型螺母，精制双头螺栓常用B型螺母。

保护器

在两个法兰面之间，有一个起密封作用的垫片或密封圈，没有直接接触。但是，容易发生腐蚀。为了防止液体进入法兰表面之间，可以使用由封闭的软橡胶制成的法兰保护器，也可以使用不锈钢带和油脂嘴。

填料

填料的作用是防止工艺介质沿阀杆表面泄漏。选择填料时应考虑以下因素：

适当的弹性和变形能力，以保证填料能适应阀杆的运动和密封时的变形。

化学稳定性好，避免填料在接触介质的过程中发生化学反应，损坏或污染介质。

能够承受相应的工艺条件，如高温、高压等条件下，确保填料能继续发挥密封作用。

具有良好的耐火性，在高温工艺条件下不易燃烧或熔化。

摩擦系数低，可以减少填料与阀杆之间的摩擦，从而提高阀门的耐磨性和使用寿命。

材质：法兰由304不锈钢制成、碳钢、普通碳素钢、优质碳素钢、低合金钢、硬聚氯乙塑料板、角钢、扁钢、高密度聚乙烯等。

工艺：法兰技术主要分为锻造、铸造、割制、卷制这四种。

铸造法兰

离心铸造是利用旋转模具产生的离心力将溶液中密度不同的增强体和基体合金分离成内层或外层的工艺方法。通过调节和控制材料在溶液中的分布，固化的部件结构最终呈现一种或多种成分的梯度变化。铸造法兰时，法兰的颈部呈锥形，有利于熔融金属的良好结晶，避免应力集中，从而保证法兰的强度。

锻造法兰

法兰的锻造工艺为锻造——环和——温摆辗。

锻造：将圆羊毛加热至1200摄氏度，并用锻锤冲孔和扩孔。

辗环：将锻造好的毛坯转移到轧环机上，通过铰孔达到温度摆动所需的环件内孔尺寸。

温摆辗：将环传递到旋转锻压机进行温旋转锻压。温摆锻后，高颈部分可以填充，整个过程只需要一次加热。

割制法兰

法兰切割是在中间板上直接切割出具有加工余量的内外厚度的圆盘，然后加工螺栓孔和水线的方法。这种法兰的生产受到中板宽度的限制，最大直径不应超过中板宽度。

卷制法兰

法兰轧制是一种生产大型法兰的工艺首先将中板切成长条，然后将这些长条卷成圆圈，形成法兰的外径和厚度。缠绕完成后，需要焊接法兰、展平及水线和螺栓孔加工。这种方法适用于生产大直径法兰，可以充分利用中厚板的宽度。

法兰是一种重要的连接件，在化工行业中经常使用、建筑、给水、排水、石油、轻(重) 工业、冷冻、卫生、水暖、消防、电力、航天、造船等领域。法兰具有优异的综合性能，可提供可靠的连接，确保系统的稳定运行。

法兰

法兰是建筑工程中常用的管道连接方式，适用于通风管道、通风管道和管件之间、通风管道与阀门、通风管道与风口、通风管道与各种通风设备之间的连接等。具有拆装方便、粘接强度高，适用范围广。材料包括扁钢和角钢一般来说，法兰的内径比空气导管的外径稍大2—3mm。在造船领域，法兰是船舶管道最重要的连接形式。它以结合强度高、它以拆卸方便适用范围广而著称，适用于几乎所有的管道连接。