CN107781549B - 一种空心金属密封结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种空心金属密封结构，包括上法兰、下法兰和密封环，其中上法兰与下法兰连接形成法兰结构，下法兰与待密封部件连接，密封环设置在下法兰表面开设的凹槽内，用于上法兰与下法兰之间的密封，使得法兰结构与待密封部件形成密封结构，本发明针对现有技术中金属密封结构存在的缺陷，从结构、材料、性能等方面对密封结构，尤其是密封环进行创新设计，通过对密封环材料性能的要求，密封环焊缝要求以及密封环涂层等的要求，使得整体密封结构具有优异的密封性能和高可靠性，并且密封环可以在‑196℃～+227℃宽温域范围内使用，其中在‑196℃～室温温域范围内可以多次温度循环使用。

Description

一种空心金属密封结构
技术领域
本发明涉及一种空心金属密封结构，适用于在-196℃～+227℃的温域内，对大尺寸薄壁法兰进行密封，属于弹性金属密封元件技术领域。
背景技术
空心金属密封环作为一种弹性金属密封元件，在一些橡胶密封件无法使用的苛刻工况环境下得到广泛的应用。与密封领域大量使用的橡胶密封件相比，空心金属密封环的回弹能力是非常有限的，因此，需要密封法兰具有足够的刚度以保持法兰在密封压力作用下不产生变形。
然而，在某些特定情况下，由于受到装配空间条件约束以及减重要求的制约，无法设计大型的厚重密封结构，要求密封结构的法兰设计必须重量轻、厚度薄，该种密封结构法兰在-196℃～+227℃宽温域范围使用中会产生变形，尤其当密封结构开孔尺寸达到Φ400～Φ500mm时，传统空心金属密封环在薄壁口盖法兰中于-196℃～室温进行多次温度循环使用时，所测试到的氦质谱漏率为10-2～10-3Pa.m3/s，该种漏率水平无法满足某些部件密封可靠性要求高的使用需求，即氦质谱漏率需要达到1×10-5Pa.m3/s量级的密封要求。
此外，目前常规的空心金属密封结构还主要存在以下问题：
第一、密封环的焊缝内部通孔尺寸较小，当空心金属密封环为了补偿较大变形而压缩至较大的预定压缩量值时，因其焊缝背面的较大余高造成密封结构的工作面局部突起，严重影响其低温状态下的密封效果，导致密封漏率超标。
第二、现有的不锈钢空心管材由于受到成形工艺水平的限制，虽然其拉伸强度、扯断伸长率等力学性能比较稳定，但是，当其达到预定压缩量值时，密封回弹补偿能力相差很大，导致同批次不锈钢空心管制备出的空心金属密封环的密封能力相差很大，可靠性低、稳定性差。
第三、空心金属密封环的表面涂层受限于相关涂层材料的涂覆工艺，要么涂层较薄(如采用聚全氟乙丙烯材料，当涂层厚度增大时，造成涂层附着力下降或者涂层表面不平整)，要么涂层较硬(如采用聚三氟氯乙烯材料)，均会造成空心金属密封环表面涂层的密封补偿能力下降，导致密封漏率无法满足设计要求。
因此，亟需研制一种在-196℃～+227℃宽温域范围内使用，尤其在-196℃～室温温域范围内可以多次温度循环使用而具有优异密封可靠性的大尺寸薄壁法兰金属密封结构。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种空心金属密封结构，该空心金属密封结构具有优异密封性能和可靠性，并可以在-196℃～+227℃宽温域范围内使用，其中在-196℃～室温温域范围内可以多次温度循环使用。
本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：
一种空心金属密封结构，包括上法兰、下法兰和密封环，其中上法兰与下法兰连接形成法兰结构，下法兰与待密封部件连接，密封环设置在下法兰表面开设的凹槽内，用于上法兰与下法兰之间的密封，使得所述法兰结构与待密封部件形成密封结构，所述密封环为空心金属管两端焊接形成的空心金属环结构，所述焊接端面通孔的最小直径不小于非焊接端面通孔直径的60％，密封环表面设有涂层，且密封环的单位长度压缩载荷不小于0.15KN/mm，密封环的压缩回弹值不小于0.25mm。
在上述空心金属密封结构中，所述上法兰为弧面结构，所述弧面结构的环形边缘向外延伸形成上法兰端面，所述下法兰为环形端面结构，上法兰通过上法兰端面与下法兰的环形端面结构机械连接，形成法兰结构；所述密封环位于上法兰端面与下法兰的环形端面结构之间。
在上述空心金属密封结构中，所述上法兰弧面结构的圆弧半径为50～700mm。
在上述空心金属密封结构中，所述上法兰弧面结构的壁厚不小于4mm；所述上法兰端面的厚度不小于10mm，所述下法兰的环形端面厚度不小于15mm。
在上述空心金属密封结构中，所述焊接端面通孔的最小直径为非焊接端面通孔直径的60％～90％。
在上述空心金属密封结构中，所述密封环的单位长度压缩载荷为0.15-0.20kN/mm。
在上述空心金属密封结构中，所述密封环的材料为不锈钢，具体为1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni9或者0Cr18Ni10Ti。
在上述空心金属密封结构中，所述密封环的外壁直径为2.95～3.05mm；壁厚为0.48～0.52mm。
在上述空心金属密封结构中，所述密封环内填充偶氮二异丁腈，所述偶氮二异丁腈分解产生氮气气体的压力不低于4MPa。
在上述空心金属密封结构中，所述密封环表面涂层的材料为可溶性聚四氟乙烯，涂层厚度为50μ～100μ。
在上述空心金属密封结构中，所述下法兰上还设有用于适应结构变形的孔，所述孔的直径为50～500mm。
在上述空心金属密封结构中，所述密封环轴向预定压缩量为28～35％。
在上述空心金属密封结构中，所述上法兰和下法兰的材料均采用钢或铝。
在上述空心金属密封结构中，所述形成密封环的空心金属管的具体制备方法如下：
(1)、将不锈钢管坯进行N次中间处理，得到不锈钢管过渡件；所述中间处理包括中间轧制或者拉拔，以及中间热处理，其中每次中间轧制或拉拔的变形量控制在45％～60％，每次中间热处理的温度控制在1020～1040℃；其中N为正整数，且N≥3；
(2)、将不锈钢管过渡件进行轧制或者拉拔，变形量控制在65％～70％；
(3)、将轧制或者拉拔处理后的不锈钢管过渡件进行中温退火热处理，中温退火热处理的温度控制在900℃～920℃，时间为15-30min，完成不锈钢管制备。
在上述空心金属密封结构中，所述不锈钢管为1Cr18Ni9Ti钢管、0Cr18Ni9钢管或者0Cr18Ni10Ti钢管。
在上述空心金属密封结构中，所述步骤(1)中每次中间热处理的温度控制在1025～1040℃。
在上述空心金属密封结构中，所述步骤(3)中制备得到的不锈钢管的外壁直径为2.95～3.05mm；壁厚为0.48～0.52mm。
在上述空心金属密封结构中，所述步骤(1)中不锈钢管坯的制备方法为：采用真空感应熔炼+电渣的方法进行不锈钢钢锭的冶炼，并将铸锭锻造成钢棒；对钢棒在1050～1080℃进行热穿孔，得到不锈钢管坯。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)、本发明针对现有技术中金属密封结构存在的缺陷，从结构、材料、性能等方面对密封结构，尤其是密封环进行创新设计，通过对密封环材料性能的要求，密封环焊缝要求以及密封环涂层等的要求，使得整体密封结构具有优异的密封性能和高可靠性能，并且密封环可以在-196℃～+227℃宽温域范围内使用，其中在-196℃～室温温域范围内可以多次温度循环使用；
(2)、本发明通过设置密封环内部焊缝通孔，实现了对密封结构的有效控制，克服了传统的空心金属密封结构为补偿变形而局部突起的难题，通过设计焊接端面通孔的最小直径不小于非焊接端面通孔直径的60％，优选60％～90％，确保了同批次空心金属密封环的回弹补偿能力可靠稳定，解决了传统的空心金属密封结构回弹补偿能力相差较大的问题。
(3)、本发明通过对密封环涂层的材料和厚度进行设计，达到了密封漏率的设计要求，弥补了传统的空心金属密封结构表面涂层密封补偿能力较低的缺陷。
(4)、本发明通过设置上法兰和下法兰的壁厚以及端面厚度，有效确保上法兰和下法兰的精确配合，满足密封结构在低温、常温和高温环境中，稳定可靠的设计需求。
(5)、本发明通过限定密封环轴向断面尺寸的压缩量，显著提升了密封环焊缝表面的质量，保障了密封环表面光滑平整，无裂纹、无硬棱。
(6)、本发明由上法兰、下法兰和密封环组成的密封结构具有通用性强、适用范围广的特点，大幅降低了生产成本。
(7)、本发明金属密封结构可用于空间环境、火箭、航空、航天等领域中高压容器、极高真空系统管路的静密封或者动密封，并可以实现密封环反复拆卸，更换使用的功能。
(8)、本发明对形成密封环的空心金属管采用了一种新的制备方法，采用中间变形量轧制+中间热处理，与大变形量轧制+中温退火的联合制备工艺，通过控制管材中的残余加工硬化，制备出回弹性能优异，单位长度压缩载荷合理的不锈钢管坯，满足密封环的使用要求；
(9)、本发明在空心金属管制备的最后工艺中采用大变形量轧制+中温退火的制备方法，这也是本发明空心金属管制备方法中的核心工艺方法，通过一次大变形量轧制和较低温度的退火工艺，控制钢管中的残余变形同时控制回弹性能和单位长度压缩载荷，制备出回弹性能优异，单位长度压缩载荷满足要求的不锈钢管坯，采用本发明方法制备的1Cr18Ni9Ti钢管，其回弹性能可达到0.25mm以上，单位长度压缩载荷可精准的控制在0.15-0.20kN/mm之间。
(10)、本发明通过大量反复试验确定了对金属管过渡件进行轧制或者拉拔的变形量控制在65％～70％；对轧制或者拉拔处理后的金属管过渡件进行高温退火热处理的温度控制在900℃～920℃，本发明通过在金属管的制备过程中增加该工艺过程，同时优化了两个关键的工艺参数，通过变形量和热处理之间的良好匹配，保证管材的全面性能，突破了传统钢管加工工艺方法，并取得了显著的技术效果，远远优于现有技术。
(11)、本发明制备的金属管为无缝细径钢管，金属管的外壁直径为2.95mm～3.05mm；壁厚为0.48～0.52mm。其回弹性能可达到0.25mm以上，单位长度压缩载荷可精准的控制在0.15-0.20kN/mm之间，相应的拉伸强度可以达到580MPa以上、延伸率可达40％以上。
(12)、本发明针对空心金属管的制备采用大变形量轧制+中温回火的制备工艺，通过控制管材中的残余加工硬化，从而提高管材的回弹性能，通过控制中温回火温度，可实现高回弹性能的同时，精准的控制单位长度压缩载荷；本发明所制备的细径不锈钢管尤其适合制备金属空心O型密封环。
附图说明
图1为本发明金属密封结构示意图；
图2为本发明上法兰、下法兰和密封环配合示意图；
图3为本发明密封环结构图；
图4为本发明密封环局部向视图1(焊接面示图，图3中的剖面B-B)；
图5为本发明密封环局部向视图2(非焊接端面示图,图3中的剖面A-A)；
图6为本发明密封环用不锈钢管的制备工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
如图1所示为本发明金属密封结构示意图，图2所示为本发明上法兰、下法兰和密封环配合示意图；由图可知本发明空心金属密封结构，包括上法兰1、下法兰2和密封环3，其中上法兰1与下法兰2连接形成法兰结构，下法兰2与待密封部件连接，待密封部件可以为箱体、筒体等腔体结构。密封环3设置在下法兰2表面开设的凹槽内，用于上法兰1与下法兰2之间的密封，使得法兰结构与待密封部件形成密封结构。下法兰2为圆筒结构，中部设有用于适应结构变形的孔，孔的直径为50～500mm。上法兰1和下法兰2的材料均采用钢或铝。
上法兰1为弧面结构，弧面结构的环形边缘向外延伸形成上法兰端面1-1，下法兰2为环形端面结构，上法兰1通过上法兰端面1-1与下法兰2的环形端面结构通过机械连接(例如通过螺钉固定连接)，形成口盖型薄壁法兰结构；密封环3位于上法兰端面1-1与下法兰2的环形端面结构之间。
上法兰1弧面结构的壁厚不小于4mm；上法兰端面1-1的厚度不小于10mm，下法兰2的环形端面厚度不小于15mm。
如图3所示为本发明密封环结构图，密封环3为空心金属管折弯后两端焊接形成的空心金属环结构，如图4所示为本发明密封环局部向视图1(焊接端面示图，图3中的剖面B-B)，本发明中焊接端面通孔的最小直径不小于非焊接端面通孔直径的60％，优选焊接端面通孔的最小直径为非焊接端面通孔直径60％～90％。如图5所示为本发明密封环局部向视图2(非焊接端面示图,图3中的剖面A-A)，如图4所示，a表示焊接处密封环3所用空心金属管外端面直径，b表示焊接端面通孔直径，c表示涂层。如图5所示，e表示非焊接处密封环3所用空心金属管外端面直径，本实施例中a＝e。d表示非焊接处密封环3通孔直径，c表示涂层。
密封环3表面设有涂层，且密封环3的单位长度压缩载荷不小于0.15KN/mm，本发明实施例中密封环的单位长度压缩载荷为0.15-0.20kN/mm。密封环3的压缩回弹值不小于0.25mm。
密封环3的材料为不锈钢，具体为1Cr18Ni9Ti。密封环3的外壁直径为2.95mm～3.05mm；壁厚为0.48mm～0.52mm。
密封环3内填充偶氮二异丁腈，偶氮二异丁腈分解产生氮气气体的压力不低于4MPa。密封环3表面涂层的材料为可溶性聚四氟乙烯，涂层厚度为50μ～100μ。密封环3轴向预定压缩量为28～35％。
如图6所示为本发明密封环用不锈钢管的制备工艺流程图，形成密封环3的空心金属管的具体制备方法如下：
(1)、采用真空感应熔炼+电渣的方法进行钢锭的冶炼，并将铸锭锻造成钢棒，化学成分范围依据GJB2294-95的要求；
(2)、对钢棒在1050～1080℃之间进行热穿孔，得到金属管坯；
(3)、将不锈钢管坯进行N次中间处理，得到不锈钢管过渡件；所述中间处理包括中间轧制或者拉拔，以及中间热处理，其中每次中间轧制或拉拔的变形量控制在45％～60％，每次中间热处理的温度控制在1020～1040℃，优选温度控制在1025～1040℃；其中N为正整数，且N≥3。
(4)、将不锈钢管过渡件进行轧制或者拉拔，变形量控制在65％～70％；
(5)、将轧制或者拉拔处理后的不锈钢管过渡件进行中温退火热处理，中温退火热处理的温度控制在900℃～920℃，时间为15-30min，完成不锈钢管制备。
本发明制备得到的不锈钢管的外壁直径为2.95mm～3.05mm；壁厚为0.48mm～0.52mm。
(6)、对热处理后的不锈钢管进行矫直，并完成相关的性能检验。
本发明在大变形量轧制+中温退火的工艺过程中，同时优化了两个关键的工艺参数，通过变形量和热处理之间的良好匹配，保证管材的全面性能，采用本发明方法生产出来的空心金属管，工艺稳定性高，管材性能好，制备出的密封环可靠性高。
本发明制备得到的金属管的回弹性能为0.25mm以上，单位长度压缩载荷为0.15-0.20kN/mm；相应的拉伸强度可以达到580MPa以上、延伸率可达40％以上。
本发明采用的具体试验方法如下：
压缩回弹性能测试：
将长度为50mm～110mm的空心不锈钢1Cr18Ni9Ti毛细管材外径下压预定压缩量值时的最大载荷值除以空心不锈钢1Cr18Ni9Ti毛细管材长度所得为单位长度压缩载荷；压缩回弹量为将空心不锈钢1Cr18Ni9Ti毛细管材外径下压预定压缩量值卸载后的回弹量。回弹量可以采用横梁位移或引伸计实时测量，也可以按公式(1)计算获得。
回弹量按公式(1)计算，计算结果保留二位有效数字：
回弹量＝h-(d-a)……………………………………………………(1)
式中：
h——卸载后的空心不锈钢1Cr18Ni9Ti毛细管材厚度，单位为mm；
d——空心不锈钢1Cr18Ni9Ti毛细管材外径，单位为mm；
a——预定压缩量值，单位为mm。
常温密封模拟试验
连接试验系统，对检漏外罩进行抽真空，当真空度达到预定要求，在密封腔体内充入预定压力氦气，开启氦质谱测试密封漏率。
低温密封模拟试验
连接试验系统，采用液氮制造低温环境，使试验法兰在液氮环境中至少保持1小时，使液氮温度达到平衡，然后对检漏外罩进行抽真空，当真空度达到预定要求，在密封腔体内充入预定压力氦气，开启氦质谱测试密封漏率。
高温密封模拟试验
连接试验系统，采用高温油浴制造+227℃环境，使试验法兰在几分钟内达到预定温度和预定压力，试验法兰温度达到227℃后，试验时间为200秒，试验过程中每隔30秒记录压力、温度数值。
实施例1
如图1和图2所示的密封结构包括上下法兰、密封槽以及装配在其中的空心金属密封环密封件、施加法兰预紧力的部件，其中上法兰为薄壁弧形口盖结构，法兰壁厚4mm，下法兰与箱体焊接，上下法兰内部形成开孔，法兰开孔尺寸为Φ500mm，口盖圆弧半径为R700，其中：上法兰端面厚10mm，下法兰端面厚15mm，如图2所示，上法兰凸台的高度值H1为1.84mm，放置密封环的榫槽的深度值H2为4.1mm；法兰材质为2219铝，其中装配的空心金属密封环密封件的技术特征如表1所示：
表1
将如表1所述的空心金属密封环安装于密封槽中，将上下法兰面对中合起来，其中，空心金属密封环轴向压缩量为28％，然后，将螺栓螺纹处涂抹适量7804润滑脂，依次安装螺栓、垫片以及螺母。采用力矩扳手，将各螺栓均匀对称拧紧，分4～5次将螺栓拧紧力矩加到规定数值，然后，沿圆周方向校准力矩四次。
采用上述装配的密封结构试验件3套，依次进行常温密封模拟试验－低温密封模拟试验－常温密封模拟试验－低温密封模拟试验－常温密封模拟试验－低温密封模拟试验－常温密封模拟试验－低温密封模拟试验，试验结果如表2；然后进行高温密封模拟试验，试验结果如表3。
表2
表3
试验件号 试验压力MPa 试验结果
1# 0.55 保压200S无压降
2# 0.55 保压200S无压降
3# 0.55 保压200S无压降
对比实施例1
如图1和图2所示的密封结构包括上下法兰、密封槽以及装配在其中的空心金属密封环密封件、施加法兰预紧力的部件，其中所述上法兰为薄壁弧形口盖结构，法兰壁厚4mm，下法兰与箱体焊接，上下法兰内部形成开孔，法兰开孔尺寸为Φ500mm，口盖圆弧半径为R700，其中：上法兰端面厚10mm，下法兰端面厚15mm，上法兰凸台的高度值H1为1.84mm，放置密封环的榫槽的深度值H2为4.1mm；法兰材质为2219铝。其中装配的空心金属密封环密封件的技术特征如表4所示：
表4
将如表4所述的空心金属密封环安装于密封槽中，将上下法兰面对中合起来，其中，空心金属密封环轴向压缩量为28％，然后，将螺栓螺纹处涂抹适量7804润滑脂，依次安装螺栓、垫片以及螺母。采用力矩扳手，将各螺栓均匀对称拧紧，分4～5次将螺栓拧紧力矩加到规定数值，然后，沿圆周方向校准力矩四次。
采用上述装配的密封结构试验件3套，依次进行常温密封模拟试验－低温密封模拟试验－常温密封模拟试验－低温密封模拟试验－常温密封模拟试验－低温密封模拟试验－常温密封模拟试验－低温密封模拟试验，试验结果如表5；然后进行高温密封模拟试验，试验结果如表6。
表5
表6
试验件号 试验压力MPa 试验结果
4# 0.55 保压200S无压降
5# 0.55 保压200S无压降
6# 0.55 保压200S无压降
对比实施例2
如图1和图2所示的密封结构包括上下法兰、密封槽以及装配在其中的空心金属密封环密封件、施加法兰预紧力的部件，其中所述上法兰为薄壁弧形口盖结构，法兰壁厚4mm，下法兰与箱体焊接，上下法兰内部形成开孔，法兰开孔尺寸为Φ500mm，口盖圆弧半径为R700。其中：上法兰端面厚10mm，下法兰端面厚15mm，法兰开孔尺寸为Φ500mm，上法兰凸台的高度值H1为1.84mm，放置密封环的榫槽的深度值H2为4.1mm；法兰材质为2219铝。其中装配的空心金属密封环密封件的技术特征如表7所示：
表7
将如表7所述的空心金属密封环安装于密封槽中，将上下法兰面对中合起来，其中，空心金属密封环轴向压缩量为28％，然后，将螺栓螺纹处涂抹适量7804润滑脂，依次安装螺栓、垫片以及螺母。采用力矩扳手，将各螺栓均匀对称拧紧，分4～5次将螺栓拧紧力矩加到规定数值，然后，沿圆周方向校准力矩四次。
采用上述装配的密封结构试验件3套，依次进行常温密封模拟试验－低温密封模拟试验－常温密封模拟试验－低温密封模拟试验－常温密封模拟试验－低温密封模拟试验－常温密封模拟试验－低温密封模拟试验，试验结果如表8。
表8
实施例2
如图1和图2所示的密封结构包括上下法兰、密封槽以及装配在其中的空心金属密封环密封件、施加法兰预紧力的部件，其中所述上法兰为薄壁弧形口盖结构，法兰壁厚5mm，下法兰与箱体焊接，上下法兰内部形成开孔，法兰开孔尺寸为Φ50mm，口盖圆弧半径为R50，其中：上法兰端面厚11mm，下法兰端面厚15mm，上法兰凸台的高度值H1为2.3mm，放置密封环的榫槽的深度值H2为4.5mm；法兰材质为不锈钢1Cr18Ni9Ti。其中装配的空心金属密封环密封件的技术特征如表9所示：
表9
将如表9所述的空心金属密封环安装于密封槽中，将上下法兰面对中合起来，其中，空心金属密封环轴向压缩量为32.2％，然后，将螺栓螺纹处涂抹适量7804润滑脂，依次安装螺栓、垫片以及螺母。采用力矩扳手，将各螺栓均匀对称拧紧，分4～5次将螺栓拧紧力矩加到规定数值，然后，沿圆周方向校准力矩四次。
采用上述装配的密封结构试验件3套，依次进行常温密封模拟试验－低温密封模拟试验－常温密封模拟试验－低温密封模拟试验－常温密封模拟试验－低温密封模拟试验－常温密封模拟试验－低温密封模拟试验，试验结果如表10；然后进行高温密封模拟试验，试验结果如表11。
表10
表11
试验件号 试验压力MPa 试验结果
8# 0.85MPa 保压200S无压降
9# 0.85MPa 保压200S无压降
10# 0.85MPa 保压200S无压降
实施例3
如图1和图2所示的密封结构包括上下法兰、密封槽以及装配在其中的空心金属密封环密封件、施加法兰预紧力的部件，其中上法兰为薄壁弧形口盖结构，法兰壁厚4.5mm，下法兰与箱体焊接，上下法兰内部形成开孔，法兰开孔尺寸为Φ240mm，口盖圆弧半径为R185，其中：上法兰端面厚11mm，下法兰端面厚15mm，上法兰凸台的高度值H1为2.86mm，放置密封环的榫槽的深度值H2为5.0mm；法兰材质为2219铝。其中装配的空心金属密封环密封件的技术特征如表12所示：
表12
将如表12所述的空心金属密封环安装于密封槽中，将上下法兰面对中合起来，其中，空心金属密封环轴向压缩量为35％，然后，将螺栓螺纹处涂抹适量7804润滑脂，依次安装螺栓、垫片以及螺母。采用力矩扳手，将各螺栓均匀对称拧紧，分4～5次将螺栓拧紧力矩加到规定数值，然后，沿圆周方向校准力矩四次。
采用上述装配的密封结构试验件3套，依次进行常温密封模拟试验－低温密封模拟试验－常温密封模拟试验－低温密封模拟试验－常温密封模拟试验－低温密封模拟试验－常温密封模拟试验－低温密封模拟试验，试验结果如表13；然后进行高温密封模拟试验，试验结果如表14。
表13
表14
试验件号 试验压力MPa 试验结果
11# 0.85MPa 保压200S无压降
12# 0.85MPa 保压200S无压降
13# 0.85MPa 保压200S无压降
上述实施例中采用的空心不锈钢1Cr18Ni9Ti毛细管具体通过如下方法制备：
采用真空感应+电渣工艺制备1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢，经锻造后制备成1Cr18Ni9Ti钢棒，其化学成分见表1。
表1合金的化学成分(wt.％)
C Mn Si P S Ni Cr Ti Fe
0.039 0.67 0.28 0.010 0.004 10.10 17.62 0.51 余
具体的生产工艺如图1，实际操作步骤如下：
(1)、对钢棒在1060℃进行热穿孔，穿孔后尺寸为Φ38×5mm。
(2)、对热穿孔后的管坯进行重复中间轧制或者拉拔，并进行中间热处理处理。重复次数为6次，中间轧制或拉拔变形量控制在48％，中间热处理温度控制在1025℃；控制钢管过渡件管坯尺寸为Φ5×1mm(外壁直径5mm+壁厚1mm)。
(3)、完成钢管过渡件的成品轧制，轧制变形量控制在68％；
(4)、对成品轧制后的钢管进行910℃的退火热处理；处理时间为20min。
(5)、对热处理后的钢管进行矫直，并完成相关的性能检验。
从多根管材取样的性能测试结果表明，该管材的性能稳定性较高，且压缩回弹性能较好，单位长度压缩载荷稳定性较好，适于制造不锈钢O型密封环。
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (16)

1.一种空心金属密封结构，其特征在于：包括上法兰(1)、下法兰(2)和密封环(3)，其中上法兰(1)与下法兰(2)连接形成法兰结构，下法兰(2)与待密封部件连接，密封环(3)设置在下法兰(2)表面开设的凹槽内，用于上法兰(1)与下法兰(2)之间的密封，使得所述法兰结构与待密封部件形成密封结构，所述密封环(3)为空心金属管两端焊接形成的空心金属环结构，所述焊接端面通孔的最小直径不小于非焊接端面通孔直径的60％，密封环(3)表面设有涂层，且密封环(3)的单位长度压缩载荷不小于0.15KN/mm，密封环(3)的压缩回弹值不小于0.25mm；
所述上法兰(1)为弧面结构，所述弧面结构的环形边缘向外延伸形成上法兰端面(1-1)，所述下法兰(2)为环形端面结构，上法兰(1)通过上法兰端面(1-1)与下法兰(2)的环形端面结构机械连接，形成法兰结构；所述密封环(3)位于上法兰端面(1-1)与下法兰(2)的环形端面结构之间；
所述密封环(3)表面涂层的材料为可溶性聚四氟乙烯，涂层厚度为50μ～100μ。
2.根据权利要求1所述的空心金属密封结构，其特征在于：所述上法兰(1)弧面结构的圆弧半径为50～700mm。
3.根据权利要求1所述的空心金属密封结构，其特征在于：所述上法兰(1)弧面结构的壁厚不小于4mm；所述上法兰端面(1-1)的厚度不小于10mm，所述下法兰(2)的环形端面厚度不小于15mm。
4.根据权利要求1所述的空心金属密封结构，其特征在于：所述焊接端面通孔的最小直径为非焊接端面通孔直径的60％～90％。
5.根据权利要求1所述的空心金属密封结构，其特征在于：所述密封环的单位长度压缩载荷为0.15-0.20kN/mm。
6.根据权利要求1所述的空心金属密封结构，其特征在于：所述密封环(3)的材料为不锈钢，具体为1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni9或者0Cr18Ni10Ti。
7.根据权利要求1所述的空心金属密封结构，其特征在于：所述密封环(3)的外壁直径为2.95～3.05mm；壁厚为0.48～0.52mm。
8.根据权利要求1所述的空心金属密封结构，其特征在于：所述密封环(3)内填充偶氮二异丁腈，所述偶氮二异丁腈分解产生氮气气体的压力不低于4MPa。
9.根据权利要求1所述的空心金属密封结构，其特征在于：所述下法兰(2)上还设有用于适应结构变形的孔，所述孔的直径为50～500mm。
10.根据权利要求1所述的空心金属密封结构，其特征在于：所述密封环(3)轴向预定压缩量为28～35％。
11.根据权利要求1所述的空心金属密封结构，其特征在于：所述上法兰(1)和下法兰(2)的材料均采用钢或铝。
12.根据权利要求1～11之一所述的空心金属密封结构，其特征在于：所述形成密封环(3)的空心金属管的具体制备方法如下：
(1)、将不锈钢管坯进行N次中间处理，得到不锈钢管过渡件；所述中间处理包括中间轧制或者拉拔，以及中间热处理，其中每次中间轧制或拉拔的变形量控制在45％～60％，每次中间热处理的温度控制在1020～1040℃；其中N为正整数，且N≥3；
(2)、将不锈钢管过渡件进行轧制或者拉拔，变形量控制在65％～70％；
(3)、将轧制或者拉拔处理后的不锈钢管过渡件进行中温退火热处理，中温退火热处理的温度控制在900℃～920℃，时间为15-30min，完成不锈钢管制备。
13.根据权利要求12所述的空心金属密封结构，其特征在于：所述不锈钢管为1Cr18Ni9Ti钢管、0Cr18Ni9钢管或者0Cr18Ni10Ti钢管。
14.根据权利要求12所述的空心金属密封结构，其特征在于：所述步骤(1)中每次中间热处理的温度控制在1025～1040℃。
15.根据权利要求12所述的空心金属密封结构，其特征在于：所述步骤(3)中制备得到的不锈钢管的外壁直径为2.95～3.05mm；壁厚为0.48～0.52mm。
16.根据权利要求12所述的空心金属密封结构，其特征在于：所述步骤(1)中不锈钢管坯的制备方法为：采用真空感应熔炼+电渣的方法进行不锈钢钢锭的冶炼，并将铸锭锻造成钢棒；对钢棒在1050～1080℃进行热穿孔，得到不锈钢管坯。
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