CN103575602A - 非金属密封垫片蠕变松弛测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非金属密封垫片蠕变松弛测试方法。该方法包括：步骤一，装夹垫片；步骤二，上紧到初始扭矩；步骤三，老化箱保温；步骤四，空冷到室温；步骤五，测试残余扭矩，用扭力扳手再次拧紧扭矩螺栓，以测试试验残余扭矩。该非金属密封垫片蠕变松弛测试方法通过对比同类产品在相同控制条件下，随时间的推移保持给定压缩应力的能力，也即螺栓扭矩损失的程度，来评价垫片的蠕变松弛率。其试验装置简单，可在生产现场直接对成品垫片进行测试，测试效率高。

Description

非金属密封垫片蠕变松弛测试方法

技术领域

本发明涉及非金属密封垫片测试领域，特别涉及一种非金属密封垫片蠕变松弛测试方法。

背景技术

非金属密封垫片是以板状材质，经冲压或裁剪等工艺制成，用于管道、法兰间密封连接，通过螺栓把垫片固定在两机件间起密封作用。

蠕变松弛率是评价非金属垫材料密封特性中的重要质量指标。蠕变松弛率多少合适关系到垫片的材料选择，较高的蠕变松弛率使垫片的密封性较差，使用寿命不长等缺点。

非金属垫片材料蠕变松弛率的试验方法现有两种方案：残余载荷法和超声波测长法。

1、残余载荷法：承受一定压力（载荷），在一定温度、没有流体存在下，一定时间后密封垫片材料所承受的残余载荷。

对试样尺寸规格要求：内径33.02mm±0.05mm，外径52.32±0.05mm或内径55mm±0.1mm，外径75mm±0.1mm的圆环形。

试验装置主要由加载系统、测试系统、加热控温冷却系统、数据采集系统和数据处理系统五部分组成。加载系统由上下板（顶板、底板）和四根立柱组成的受压框架，手动螺杆组成；测试系统由上下试验法兰、载荷传感器组成；加热控温系统由温控仪、加热板、冷却系统等组成；数据采集处理系统包括数显表等组成。

一次只能装一个样，装上试样后，预设温度，加载到初始载荷P0，开始升热、恒温保持到设定时间（一般加热22小时），读取残余载荷P1。

在该试验时间内作用在垫片上载荷损失率（%）=[(试验初始载荷P0－试验残余载荷P1)/试验初始载荷P0]×100

2、超声波测长法：承受一定应力（应力通过超声波测长仪测量标定过的螺栓的长度变化来确定），在一定温度，一定时间后分别测量螺栓的伸长量，从而计算出垫片蠕变松弛的百分率。密封垫片材料的蠕变松弛反应在螺栓的伸长量。

对试样尺寸规格要求：距形试样，长度31.75mm±0.38mm，宽度为10.16mm±0.38mm，每一次试验需要4个同样的试样。

试验装置包括：螺栓超声波测长仪、两块平圆压板、标定过的螺栓、螺母、套筒扳手。

螺栓标定：是把螺栓装在试验机上，用超声波测长仪探头和螺栓连接，施加拉伸力，载荷从4kN到32kN时的螺栓伸长量X1要在0.114～0.140mm间为合格螺栓，否则不能用于该测试。

测试过程：

1）矩形试样放置在两压板之间，用虎台钳夹紧工装，用手拧紧螺母。

2）把超声波测长仪探头与螺栓六角头顶部连接，用扳手拧紧螺母向试样施加压力，超声波测长仪读数达到X1后保持压力3S。取下超声波探头。

3）把试样组件放入热空气老化箱，按设定的试验温度加热22小时。

4）取出试样冷至室温。把超声波测长仪探头与螺栓六角头顶部连接，读取此时螺栓伸长量X2。

规定试验时间所对应的螺栓长度变化量，即在该时间段内垫片的蠕变松弛率（%）=[(X1-X2)/X1]×100

同一垫片试验次数不少于三次。试验结果取三次测试的平均值。

现有测试方法的缺点：

1）方案一要在标准实验室内完成，需配套计算机、空调和温湿器等，完成一轮试验数据要到半月，试验效率低、成本高；

2）方案二超声波测长法影响因素多，螺栓易失效，有效数据难采集。

3）两个方案都是对试验样品的尺寸规格有要求，而我们发动机上使用的密封垫不规则。不能直接对密封垫成品进行蠕变松弛测试，只能对非金属垫原材料板材进行测试，原材料的性能不能完全代表成型垫片的性能，从而造成成型垫片蠕变松弛测试的准确性差。

发明内容

本发明是为了克服上述现有技术中缺陷，提供了一种试验装置简单，可在生产现场直接对成品垫片进行测试，测试效率高的非金属密封垫片蠕变松弛测试方法。

为达到上述目的，根据本发明提供了一种非金属密封垫片蠕变松弛测试方法，该方法使用的垫片夹紧工装包括：上压板、下压板和扭矩螺栓，所述扭矩螺栓螺接固定上压板和下压板，以对布设在上压板和下压板之间的待测试非金属密封垫片施加压力；具体包括：

步骤一，装夹垫片，将待测试非金属密封垫片放置在上压板、下压板之间，对正垫片上的过钉孔与上、下压板的螺孔；

步骤二，上紧到初始扭矩，用扭力扳手拧紧扭矩螺栓向待测试非金属密封垫片施加压力，以达到预设试验初始扭矩；

步骤三，老化箱保温，把待测试非金属密封垫片连同垫片夹紧工装一并放入热空气老化箱，在待测试非金属密封垫片的工作温度区间加热；

步骤四，空冷到室温；

步骤五，测试残余扭矩，用扭力扳手再次拧紧扭矩螺栓，以测试试验残余扭矩。

上述技术方案中，步骤一中装夹垫片前，需先清洁上压板、下压板和扭矩螺栓的表面，并定期用油润滑扭矩螺栓的螺纹。

上述技术方案中，上压板和下压板的形状与待测试非金属密封垫片的形状适配，对应开设有贯穿上下表面的扭矩螺栓螺孔，所述扭矩螺栓螺孔与待测试非金属密封垫片的过钉孔形位适配。

上述技术方案中，扭矩螺栓为六角头，螺栓头端面采用平头。

上述技术方案中，扭矩螺栓的力学性能指标要求如下表

抗拉强度	屈服强度	伸长率	最大硬度	最低回火温度	断面收缩率
						≥795MPa	≥655MPa	≥16%	302HB	593℃	≥50%

。

上述技术方案中，步骤一中装夹垫片和步骤五中测试残余扭矩时，需要把垫片夹紧工装的下压板用虎台钳水平夹紧固定。

上述技术方案中，步骤三中需要在待测试非金属密封垫片的工作温度区间加热22小时。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：该非金属密封垫片蠕变松弛测试方法通过对比同类产品在相同控制条件下，随时间的推移保持给定压缩应力的能力，也即螺栓扭矩损失的程度，来评价垫片的蠕变松弛率。其试验装置简单，可在生产现场直接对成品垫片进行测试，测试效率高。

附图说明

图1为本发明的非金属密封垫片蠕变松弛测试方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。需要理解的是，本发明的以下实施方式中所提及的“上”、“下”、“左”、“右”、“正面”和“反面”均以各图所示的方向为基准，这些用来限制方向的词语仅仅是为了便于说明，并不代表对本发明具体技术方案的限制。

本发明的非金属密封垫片蠕变松弛测试方法通过对比同类产品在相同控制条件下，随时间的推移保持给定压缩应力的能力，也即螺栓扭矩损失的程度，来评价垫片的蠕变松弛率。其试验装置简单，可在生产现场直接对成品垫片进行测试，测试效率高。

以下详细的描述通过举例但非限制的方式说明了本公开，应该明白的是本公开的各种方面可被单独的实现或者与其他方面结合的实现。本说明书清楚的使本领域的技术人员能够制造并使用我们相信为新的且非显而易见的改进，描述了若干实施例、变通方法、变型、备选方案以及系统应用，包括当前被认为是执行本说明书中描述的发明原理的最好模式。当描述元件或特征和/或实施例时，冠以“一”“一个”“该”和“所述”旨在表示具有元件或特征中的一个或多个。术语“包括”“包含”和“具有”旨在为包括性的，并表示在那些具体描述的元件或特征以外还具有额外的元件或特征。

如图1所示，该非金属密封垫片蠕变松弛测试方法通过对带有通孔的非金属材料垫片放置于上、下带有螺孔的压板，用带有表盘的扭力扳手把螺栓上紧到指定力矩，在一定温度、没有流体情况下，保持一定时间后再测量螺栓力矩。即在该时间段内垫片的蠕变松弛率（%）=[(试验初始扭矩M0－试验残余扭矩M1)/试验初始扭矩M0]×100。

该非金属密封垫片蠕变松弛测试方法的垫片夹紧工装包括：上压板11、下压板12和扭矩螺栓13，扭矩螺栓13螺接固定上压板11和下压板12，以对布设在上压板11和下压板12之间的待测试非金属密封垫片施加压力。

上压板11和下压板12采用45号钢调质处理，其形状与待测试非金属密封垫片2的形状适配（做仿形处理），对应开设有贯穿上下表面的扭矩螺栓螺孔，扭矩螺栓螺孔与待测试非金属密封垫片2的过钉孔形位适配，扭矩螺栓螺孔比待测试非金属密封垫片2过钉孔的直径稍小0.5mm。当扭矩螺栓13螺接固定上压板11和下压板12，以对布设在上压板11和下压板12之间的待测试非金属密封垫片施加压力时，待测试非金属密封垫片受力点、螺栓上紧扭矩与实际工况相同，螺栓扭矩的变化直接反映垫片密封可靠性。试验装置也非常简单，只需按垫片形状，过钉孔形位设计上、下压板的螺孔，不需要专门试验室，节约了试验成本。另外，测试样品可直接用成品垫片不需另制样，适用于特殊异型的垫片。扭矩螺栓螺孔与待测试非金属密封垫片2的过钉孔形位适配，使得待测试非金属密封垫片2的过钉孔可一次性进行蠕变松弛试验，缩短了试验周期。

扭矩螺栓13为六角头，螺栓头端面采用平头，方便与扭力扳手装配。螺栓的螺纹精度为6g，螺栓可重复二次使用。扭矩螺栓13的力学性能指标要求如下表

抗拉强度	屈服强度	伸长率	最大硬度	最低回火温度	断面收缩率
						≥795MPa	≥655MPa	≥16%	302HB	593℃	≥50%

该非金属密封垫片蠕变松弛测试方法采用带有表盘的扭力扳手对扭矩螺栓13施加拧紧扭矩，扭力扳手为0～50N.m表盘扭力扳手。

该非金属密封垫片蠕变松弛测试方法的测试步骤：

1）清洁压板及扭矩螺栓；

即清洁上压板11、下压板12和扭矩螺栓13的表面，并定期用低粘度油稍稍润滑扭矩螺栓13的螺纹。

2）装夹垫片；

即把垫片夹紧工装的下压板12用虎台钳水平夹紧。将待测试非金属密封垫片2（试样）放置在两压板之间，对正垫片上的过钉孔与上、下压板螺孔。

3）上紧到初始扭矩；

即先用手拧入各螺栓，然后用扭力扳手依次拧紧对称的扭矩螺栓13向待测试非金属密封垫片2施加压力，以达到预设试验初始扭矩M0。

4）老化箱保温；

即把待测试非金属密封垫片2连同垫片夹紧工装一并放入热空气老化箱，在待测试非金属密封垫片2的工作温度区间加热22小时。

5）空冷到室温；

从老化箱体中取出待测试非金属密封垫片2连同垫片夹紧工装，在2小时内冷却至室温。

6）测试残余扭矩；

把垫片夹紧工装的下压板12用虎台钳水平夹紧，用扭力扳手按拧紧时的顺序依次再拧紧扭矩螺栓13，该拧紧扭矩即为试验残余扭矩M1。螺栓扭矩的下降程度直接反映该工况垫片的蠕变松弛率。

试验初始扭矩M0和残余扭矩M1的测量最好由同一个人用同一把扭力扳手测量，以最大限度降低测量误差。

根据测量的试验初始扭矩M0和残余扭矩M1，即可通过公式：垫片的蠕变松弛率（%）=[(试验初始扭矩M0－试验残余扭矩M1)/试验初始扭矩M0]×100，计算出待测试非金属密封垫片2的蠕变松弛率。

综上，该非金属密封垫片蠕变松弛测试方法通过对比同类产品在相同控制条件下，随时间的推移保持给定压缩应力的能力，也即螺栓扭矩损失的程度，来评价垫片的蠕变松弛率。其试验装置简单，可在生产现场直接对成品垫片进行测试，测试效率高。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种非金属密封垫片蠕变松弛测试方法，其特征在于，该方法使用的垫片夹紧工装包括：上压板、下压板和扭矩螺栓，所述扭矩螺栓螺接固定上压板和下压板，以对布设在上压板和下压板之间的待测试非金属密封垫片施加压力；具体包括：

步骤一，装夹垫片，将待测试非金属密封垫片放置在上压板、下压板之间，对正垫片上的过钉孔与上、下压板的螺孔；

步骤二，上紧到初始扭矩，用扭力扳手拧紧扭矩螺栓向待测试非金属密封垫片施加压力，以达到预设试验初始扭矩；

步骤三，老化箱保温，把待测试非金属密封垫片连同垫片夹紧工装一并放入热空气老化箱，在待测试非金属密封垫片的工作温度区间加热；

步骤四，空冷到室温；

步骤五，测试残余扭矩，用扭力扳手再次拧紧扭矩螺栓，以测试试验残余扭矩。

2.根据权利要求1所述的非金属密封垫片蠕变松弛测试方法，其特征在于：所述步骤一中装夹垫片前，需先清洁上压板、下压板和扭矩螺栓的表面，并定期用油润滑扭矩螺栓的螺纹。

3.根据权利要求1所述的非金属密封垫片蠕变松弛测试方法，其特征在于：所述上压板和下压板的形状与待测试非金属密封垫片的形状适配，对应开设有贯穿上下表面的扭矩螺栓螺孔，所述扭矩螺栓螺孔与待测试非金属密封垫片的过钉孔形位适配。

4.根据权利要求1所述的非金属密封垫片蠕变松弛测试方法，其特征在于：所述扭矩螺栓为六角头，螺栓头端面采用平头。

5.根据权利要求4所述的非金属密封垫片蠕变松弛测试方法，其特征在于：所述扭矩螺栓的力学性能指标要求如下表

抗拉强度 屈服强度 伸长率 最大硬度 最低回火温度 断面收缩率

≥795MPa ≥655MPa ≥16% 302HB 593℃ ≥50%

。

6.根据权利要求1所述的非金属密封垫片蠕变松弛测试方法，其特征在于：所述步骤一中装夹垫片和步骤五中测试残余扭矩时，需要把垫片夹紧工装的下压板用虎台钳水平夹紧固定。

7.根据权利要求1所述的非金属密封垫片蠕变松弛测试方法，其特征在于：所述步骤三中需要在待测试非金属密封垫片的工作温度区间加热22小时。

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