金属缠绕垫片是用成型的金属带和软的填充材料交替缠绕制成的。当放在两个法兰之间被压缩后就形成了非常有效的密封。
金属带中间部分的V型凸起作用就像弹簧一样，在工况改变时给垫片很好的回弹性。填充材料和金属带材料可以选择不同的材料以适应不同的化学介质。
需要防火安全的可以选择柔性石墨作为填充材料。如果垫片的有效压缩载荷是有限制的，可以对垫片的结构和尺寸进行修改以达到有效的密封。
一个金属缠绕垫片可以包括一个外环，一个内环或者二者都有。外环使垫片与法兰对中和作为垫片压缩的限位，内环不但可以提供额外的径向强度,而且还可以减少法兰的冲刷磨蚀和保护密封元件。
很好的回弹性和很高的强度使得金属缠绕垫片成为各种各样使用条件和工况下的理想选择。广泛地被用于炼油厂和化工厂。
ASME B16.20所规定的标记要求
影响垫片密封性能的因素
密封是通过压缩垫片材料并使之填补不平整的密封表面实现的。这种密封能够有效防止介质的泄漏。为了维持这种工况，连接部位必须施加足够的载荷来对抗因系统的内压产生的端面流体静压力。
垫片的使用情况取决于许多的因素，包括：
1. 金属材料以及填充材料，材料必须能承受以下几种因素的影响：
a. 温度：温度对垫片的机械以及化学性能有不利影响，同样也能影响垫片的物理特性例如氧化性与回弹性。
b. 压力：介质或管道内压可能将垫片吹出法兰的表面
c. 介质：垫片材料必须能耐介质的腐蚀
2. 连接设计：两个法兰连接的力必须足够防止因系统内压产生的端面流体静压力导致的法兰分离。
3. 合适的螺栓载荷：如果螺栓载荷不够大，垫片的变形达不到要求，或者载荷过大而压碎垫片，泄漏就会发生。
4. 表面加工：如果表面加工不符合垫片要求，也不会起到很好的密封效果。
各种密封面下法兰、垫片的连接
垫片密封系数 "M" 和 "Y"
"M" 与 "Y" 值应用在非标法兰设计中。在标准法兰的实际应用中，它们并不指定作为垫片压紧应力。我们的螺栓扭矩表给出了数据，应该对照它使用。
"M" – 垫片系数
在法兰连接中，提供所需额外预紧力的系数，在连接处施加内部压力后，能够保持垫片上的压缩载荷。
M = (W - A2 P) / A1 P
"Y" –垫片least设计压紧应力这是指当垫片在内部压力为2psig(0.14bar)的情况下提供密封时，垫片接触面上每平方英寸所需的least压紧应力值(或以bar为单位)
Y = W / A1
式中：W = 总的紧固力(磅或牛顿)
A2 = 垫片以内的法兰孔面积(平方英寸或平方毫米)
P = 试验压力(psig 或 N/mm2)
A1 = 垫片面积(平方英寸或平方毫米)
各种类型垫片的M与Y
换热器和容器垫片
垫片的安装
在法兰连接中，所有零部件必须正确组装达到密封的效果。引起连接部分泄漏的较为常见原因是安装程序不正确。
螺栓上紧顺序
■ 将垫片放置在法兰密封表面上。
■ 将组装的另一个法兰与垫片相接触。
■ 必须用新螺栓或工作性能如同新螺栓的螺栓清洁螺纹并用优质的润滑剂润滑它们，例如油类和石墨混合物。
■ 将螺栓放置在螺栓孔内。
■ 用手指拧紧螺母。
■ 按照上图的螺栓紧固顺序紧固螺栓。
■ 第一次上紧时，任何螺栓的拧紧力不应超过推荐值的30%， 如果那样做，会使法兰翘起并将垫片压坏。
■ 当达到推荐螺栓扭矩时，按照顺时针方向逐个检查螺栓扭距以确定螺栓已经均匀拧紧。
■ 由于蠕变和应力松弛，在设备运转时有必要预加应力于螺栓以确保螺栓在操作期间有充分的应力载荷。
在螺栓上为热膨胀而施加的预应力
通过螺栓预紧来补偿热膨胀、松弛、蠕变、端部流体静压力和垫片的剩余有效应力。
因法兰和螺栓的材料不同，热膨胀系数也不同，这可能影响螺栓载荷。在有严重的热膨胀时，必须提供螺栓一个最小的应力以及允许管道膨胀来实现垫片的紧压。
垫片的外环作为垫片压缩的限位。没有外环的垫片必须采取措施预防热膨胀使垫片超过弹性极限而损坏。
泄漏点的故障处理
一般找出泄漏的原因的方法就是仔细检查发生泄漏处的垫片。
观察结果 | 有效的纠正措施 |
垫片严重腐蚀 | • 选用更好的耐腐蚀材料替换 |
• 选用更好的抗冷流特性的材料替换 | |
垫片过分地被挤出 | |
• 选用能承受更大载荷的材料替换—即较致密的材料 | |
• 选用能承载更大载荷的材料替换 | |
垫片压碎 | |
• 提供一个限位环来防止压碎垫片或重新设计法兰 | |
• 检查垫片尺寸确保垫片是合适的规格 | |
由于外伸出突面法兰或向法兰孔 | |
内突出产生的机械受损 | |
• 确定垫片安装时合适地对中 | |
• 选用较软的垫片材料 | |
没有明显的压紧 | • 选用较厚的垫片材料 |
• 减少垫片面积来提供较高的单位面积上的压紧载荷 | |
• 改变垫片尺寸，将垫片受力部分移到接近螺栓部位可有效减少 | |
法兰弯曲 | |
由于法兰过分的偏转和弯曲产生 | • 依靠辅助环来提供法兰的刚度 |
垫片在外径处厚度比内径处薄 | |
• 选用软材质的垫片来降低要求的密封应力 | |
• 减少垫片面积来减少密封应力 | |
• 按照规定的螺栓紧固步骤依次拧紧 | |
垫片四周没有被均匀的压缩 | |
• 确保准确地组对法兰 | |
• 为法兰增加一个加强环以便将螺栓载荷更好的分布 | |
• 选择一个较低应力的垫片材料 | |
垫片四周厚度周期性的变化 | |
• 如可能的话增加螺栓数量以获得更均匀的螺栓载荷分布 | |
• 若法兰是翘曲的，可以将法兰重新加工或者使用较软材料的垫片 |
垫片的选用
温度和抗化学性的要求
要确定你所订购的垫片能承受操作温度和耐使用介质的作用。检查金属和填充物对密封介质的化学兼容性。按照一般的惯例，制作金属缠绕垫片和金属包覆垫片的金属应是和法兰材料类似的。
柔性石墨的可压缩性使得它成为用于制作金属垫片很好的填充物。柔性石墨虽然不能用于像硝酸和硫酸这样的强氧化剂，但是它的使用温度可达450°C。PTFE填充材料能够在260°C以下提供卓越的耐化学性能。根据ASME B16.20当使用PTFE做填充材料的时候要使用内环来防止缠绕部分径向失稳。
工作压力
工作压力对设计和选择金属垫片有直接影响。更高的压力有可能使垫片吹出，而低压应用需要垫片设计在低螺栓载荷下也能密封。
Garlock 适合高压下使用的垫片包括：
■ Kammprofile 垫片
■ 带内环的缠绕垫片
■ 纯金属垫片
适合低压下使用的垫片包括：
■ GRAPHONIC® 垫片
■ Garlock Kammprofile 垫片
■ Garlock EDGE® 垫片
