Al包覆層厚度對Al-NiTi復合墊片密封面壓緊力影響的有限元分析①

諸士春，陸曉峰，鞏建鳴

(南京工業大學機械與動力工程學院，南京 211816)

0 引言

法蘭密封連接是核動力裝置、深海裝備、空間設施和火箭技術等領域常見的可拆卸連接形式。提高密封效果不僅要考慮結構設計，還要注重新型密封材料的應用。形狀記憶合金具有超彈性性能，比普通金屬墊片彈性模量小，回彈率高，同時有比非金屬材料墊片抗老化性能好的優點，是近年來備受關注的新型密封材料。Efremov于2007～2009年期間提出了系列專利［1－3］，將形狀記憶合金的形狀記憶效應引入到法蘭密封連接中［4］，但未見相關密封墊片的性能研究或應用研究報道。Takagi［5－6］等通過試驗研究了 NiTi合金平墊片的密封性能，發現NiTi平墊在密封性能上優于鋁質平墊片和SUS304平墊片。然而，NiTi合金的超彈性能和形狀記憶效應需通過一定熱處理制度才能獲得，這些熱處理制度同時也提高了NiTi合金的硬度，Adharapurapu 等人［7］發現，Ti-55(at.%)Ni合金經過一定處理后，硬度會達到50HRC以上。直接將NiTi合金制成的墊片用于法蘭密封連接，較低的螺栓預緊力不足以消除密封接觸面之間由于粗糙度引起的泄漏;而較高的螺栓預緊力會使法蘭密封面受到傷害。因此，使用Al-NiTi復合墊片，既利用了NiTi合金的超彈性性能，同時又利用Al較柔軟的特性來提高密封性能和保護法蘭密封面。

本文基于試驗獲得的NiTi形狀記憶合金薄板材壓縮-回彈性能數據，以及A1050鋁材壓縮性能數據，利用有限元方法分析了在內壓力和彎矩作用下，Al包覆層厚度對墊片密封面壓緊力的影響，并與同規格的金屬石墨纏繞墊片、NiTi合金墊片進行了比較。……