گسکتهای مارپیچی فلزی به‌عنوان اجزای آب‌بند با عملکرد بالا در سیستم‌های لوله‌کشی صنعتی و فلنج‌های تجهیزات به‌طور گسترده‌ای شناخته شده‌اند. ساختار ترکیبی منحصر به فرد و ترکیب‌های مواد آنها به آنها این امکان را می‌دهد که به شرایط کاری سختی مانند دماهای بالا، فشار بالا و خوردگی متوسط سازگار شوند. در زیر یک معرفی دقیق از دیدگاه‌های **انتخاب مواد**، **طراحی ساختاری** و **خواص شیمیایی** آورده شده است:
## یک،انتخاب مواد برای واشرهای مارپیچی فلزی
عملکرد واشرهای مارپیچی فلزی به طور عمده به تطابق منطقی دو ماده اصلی بستگی دارد: **نوار پیچشی فلزی** (که پشتیبانی ساختاری و استحکام را فراهم می‌کند) و **ماده پرکننده** (که عملکرد آب‌بندی را تضمین می‌کند). انتخاب مواد تحت تأثیر عواملی مانند دمای کاری، فشار، نوع محیط و الزامات مقاومت در برابر خوردگی قرار دارد.
### 1. مواد نوار پیچشی فلزی
نوار فلزی به عنوان "اسکلت" گسکت عمل می‌کند و استحکام مکانیکی، مقاومت در برابر دما و مقاومت در برابر خوردگی را فراهم می‌آورد. مواد رایج شامل:
- **فولاد کربنی (CS)**
- **دامنه کاربرد**:مناسب برای دماهای پایین (≤300℃) و محیط‌های غیرخورنده (مانند هوا، آب و روغن) در خطوط لوله صنعتی عمومی.
- **مزایا**:هزینه پایین، استحکام مکانیکی بالا و پردازش آسان.
- **محدودیت‌ها**:مقاومت ضعیف در برابر خوردگی؛ مستعد زنگ زدگی در محیط‌های مرطوب یا خورنده، که آن را برای محیط‌های اسیدی، قلیایی یا حاوی نمک نامناسب می‌سازد.
- **استیل ضد زنگ 304/304L**
- **دامنه کاربرد**:به طور گسترده در دماهای متوسط (≤600℃) و محیط‌های خورنده ملایم، مانند فرآوری مواد غذایی، تجهیزات دارویی و خطوط لوله تصفیه آب استفاده می‌شود.
- **مزایا**:مقاومت عالی در برابر خوردگی در برابر جو، آب و اسیدها/بازهای ضعیف؛ مقاومت خوب در برابر اکسیداسیون در دماهای بالا.
- **ویژگی 304L**:محتوای کربن کمتر از 304، کاهش خطر خوردگی بین دانه‌ای پس از جوشکاری یا استفاده در دماهای بالا.
- **استیل ضد زنگ 316/316L**
- **دامنه کاربرد**:مناسب برای محیط‌های خورنده قوی (مانند آب دریا، محلول‌های حاوی کلر، اسید سولفوریک و اسید فسفریک) و محیط‌های با دمای بالا (≤650℃)، که به طور معمول در صنایع شیمیایی، دریایی و پتروشیمی استفاده می‌شود.
- **مزایا**:اضافه کردن عنصر مولیبدن به طور قابل توجهی مقاومت در برابر خوردگی حفره‌ای و خوردگی شکاف را بهبود می‌بخشد؛ مقاومت کلی در برابر خوردگی بهتر از 304.
- **آلیاژهای ویژه**
- **اینکونل (به عنوان مثال، 600/625)**:مقاوم در برابر دماهای بالا (≤1000℃) و خوردگی شدید (مانند اسید نیتریک، نمک مذاب با دمای بالا)، مورد استفاده در صنایع هوافضا و راکتورهای شیمیایی با دمای بالا.
- **هستلوئی (به عنوان مثال، C276)**:مقاومت عالی در برابر اسیدهای قوی (اسید هیدروکلریک، اسید سولفوریک) و خوردگی کلرید، مناسب برای محیط‌های شیمیایی شدید.
- **تیتانیوم (Ti)**:سبک، با استحکام بالا و مقاوم در برابر آب دریا، کلر و بیشتر اسیدهای آلی، اما هزینه بالاتر، در سناریوهای مقاوم در برابر خوردگی با کیفیت بالا استفاده می‌شود.
### 2. مواد پرکننده
پرکننده در نوار فلزی پیچیده شده است و با پر کردن ناهنجاری‌های سطح فلنج، خاصیت الاستیسیته و عملکرد آب‌بندی را فراهم می‌کند. پرکننده‌های رایج شامل:
- **الیاف غیر آزبستی**
- **ترکیب**:معمولاً با الیاف غیرآلی (الیاف شیشه‌ای، الیاف سرامیکی) و چسب‌های آلی مخلوط می‌شود که با استانداردهای زیست‌محیطی مطابقت دارد (عاری از آزبست).
- **عملکرد**: مقاومت دمایی خوب (≤400℃)، هزینه کم و مناسب برای آب، بخار و رسانه‌های روغنی عمومی.
- **گرافیت**
- **انواع**:گرافیت طبیعی یا گرافیت گسترش‌یافته، که اغلب با رزین یا فلز برای افزایش استحکام آغشته می‌شود.
- **مزایا**:مقاومت عالی در دماهای بالا (گرافیت خالص ≤600℃ در محیط‌های اکسید کننده، ≤1000℃ در محیط‌های کاهنده)، بی‌اثر شیمیایی خوب (مقاوم در برابر اکثر اسیدها، بازها و حلال‌های آلی) و فشردگی بالا.
- **برنامه**: به طور گسترده در خطوط لوله و تجهیزات با دما و فشار بالا در صنایع پتروشیمی، برق و متالورژی استفاده می‌شود.
- **PTFE (پلی تترا فلوئورواتیلن)**
- **مزایا**:مقاومت در برابر خوردگی تقریباً در برابر تمام مواد شیمیایی (به جز فلزات قلیایی مذاب و گاز فلوئور)، ضریب اصطکاک پایین و سطح نچسب.
- **محدودیت‌ها**:مقاومت دمایی ضعیف (≤260℃)، تمایل بالای جریان سرد تحت فشار طولانی مدت.
- **برنامه**:مناسب برای محیط‌های خورنده قوی با دمای پایین (مانند اسید هیدروفلوئوریک، گاز کلر) در صنایع شیمیایی و دارویی.
- **الیاف سرامیکی**
- **عملکرد**:مقاومت در برابر دمای فوق‌العاده بالا (≤1200℃)، عایق حرارتی خوب، اما الاستیسیته و شکنندگی پایین.
- **برنامه**:استفاده شده در کوره‌های با دمای بالا، بویلرها و فلنج‌های کوره که در آنها مقاومت در برابر حرارت شدید مورد نیاز است.
##دو،طراحی ساختاری واشرهای فلزی مارپیچی
طراحی ساختاری به طور مستقیم بر اثر آب بندی، مقاومت در برابر فشار و سازگاری نصب واشر تأثیر می‌گذارد. انواع ساختاری رایج شامل:
### 1. ساختار پیچش پایه
- **فرم پیچشی**:نوار فلزی و پرکننده به صورت متناوب به شکل مارپیچ پیچیده می‌شوند و یک مقطع دایره‌ای هم‌مرکز با قله‌ها و دره‌های متناوب تشکیل می‌دهند. این ساختار به گسکت اجازه می‌دهد که تحت فشار فلنج به صورت الاستیک تغییر شکل دهد و تماس محکمی با سطح فلنج برقرار کند.
- **حلقه‌های داخلی/خارجی**:
- **حلقه داخلی (حلقه متمرکز)**:ساخته شده از همان ماده نوار فلزی، از فشرده شدن پرکننده به داخل لوله در حین نصب جلوگیری می‌کند و مرکزیت را تضمین کرده و مقاومت در برابر فشار را بهبود می‌بخشد. این برای سیستم‌های فشار بالا (کلاس 600 و بالاتر) الزامی است.
- **حلقه خارجی (حلقه راهنما)**:راهنمایی می‌کند که گسکت در حین نصب به درستی قرار گیرد تا از عدم تراز شدن جلوگیری شود، لایه پیچش را از آسیب محافظت می‌کند و از فشرده‌سازی بیش از حد گسکت جلوگیری می‌کند.
### ۲. انواع ساختاری رایج
نوع ساختاری
ویژگی‌ها
سناریوهای کاربرد
نوع پایه (بدون حلقه‌ها)
ساختار ساده، هزینه کم؛ مناسب برای فلنج‌های کم‌فشار و غیرحیاتی.
لوله‌های آب و هوای عمومی با فشار کم (≤1.6MPa).
با حلقه داخلی
مقاومت در برابر فشار بهبود یافته، از خروجی پرکننده جلوگیری می‌کند.
لوله‌های با فشار متوسط، شیرها و مبدل‌های حرارتی.
با حلقه‌های داخلی و خارجی
بالاترین ثبات ساختاری، موقعیت‌یابی دقیق و ضد فشاری.
فلنج‌های تجهیزات با فشار بالا (≥6.4MPa) و دمای بالا (به عنوان مثال، توربین‌های بخار، راکتورهای شیمیایی).
گسکت زخم بیضی/شکل C
طراحی مقطع خاص، سازگاری بهتر با لبه‌های ناهموار.
فلنج‌ها با تغییر شکل جزئی یا سطح نازک.
### ۳. پارامترهای کلیدی ساختاری
- **چگالی پیچش**:تعداد چرخش‌های مارپیچ در هر واحد طول؛ چگالی بالاتر ثبات آب‌بندی را بهبود می‌بخشد اما الاستیسیته را کاهش می‌دهد.
- **ضخامت**:ضخامت‌های رایج ۳ میلی‌متر، ۴.۵ میلی‌متر، ۶ میلی‌متر و غیره هستند که بر اساس عمق شیار فلنج و الزامات فشار انتخاب می‌شوند.
- **پوشش سطحی**:سطح فلزی معمولاً بدون درمان یا غیرفعال شده است تا مقاومت در برابر خوردگی افزایش یابد.
##سه،خواص شیمیایی گسکتهای مارپیچی فلزی
خصوصیات شیمیایی به ترکیب نوار فلزی و پرکننده بستگی دارد و قابلیت انطباق آنها با محیط‌های مختلف را تعیین می‌کند:
### 1. مقاومت در برابر خوردگی
- **سازگاری با میانه**:
- واشرهای پر شده با گرافیت و نوارهای استیل ضد زنگ 316L مقاومت عالی در برابر اسیدهای آلی، قلیاها و محلول‌های نمکی نشان می‌دهند، اما برای محیط‌های اکسیدکننده قوی (مانند اسید نیتریک غلیظ) مناسب نیستند زیرا گرافیت ممکن است اکسید شود.
- گسکتهای پر شده با PTFE و نوارهای تیتانیوم برای محیط‌های خورنده قوی مانند اسید هیدروفلوئوریک و گاز کلر ایده‌آل هستند، اما PTFE ممکن است در برخی از حلال‌های آلی (مانند کتون‌ها) متورم شود.
- نوارهای آلیاژ اینکونل با پرکننده‌های الیاف سرامیکی در برابر نمک‌های مذاب با دمای بالا و گازهای حاوی گوگرد مقاوم هستند و برای راکتورهای پتروشیمی با دمای بالا مناسبند.
- **سازگاری با محیط زیست**:
- واشرهای استنلس استیل 304/316 در برابر خوردگی جوی مقاوم هستند و می‌توانند در محیط‌های بیرونی یا مرطوب استفاده شوند.
- واشرهای فولاد کربنی در شرایط مرطوب مستعد زنگ زدگی هستند و برای استفاده کوتاه مدت در محیط‌های غیر خورنده به پوشش‌های ضد زنگ (مانند آبکاری روی) نیاز دارند.
### 2. مقاومت در برابر دماهای بالا
- **دمای عملیاتی مداوم**:
- گسکتهای غیر آزبستی: ≤400℃;
- گسکتهای پر شده با گرافیت: نوار 304 ≤600℃، نوار اینکونل ≤1000℃؛
- گسکتهای پر شده با الیاف سرامیکی: نوار اینکونل ≤1200℃.
- **پایداری حرارتی**: نوار فلزی در دماهای بالا استحکام ساختاری را حفظ می‌کند، در حالی که پرکننده (مانند گرافیت) در برابر اکسیداسیون و تجزیه مقاومت می‌کند و اطمینان حاصل می‌کند که هیچ سخت شدن یا ترک خوردگی وجود ندارد.
### ۳. مقاومت در برابر فشار
- **بسته‌بندی تحت فشار**:نوار فلزی استحکام لازم را برای مقاومت در برابر فشار فلنج فراهم می‌کند، در حالی که پرکننده برای پر کردن شکاف‌ها تغییر شکل می‌دهد و به گسکت اجازه می‌دهد تا به محیط‌های با فشار بالا (تا کلاس 2500 یا 42MPa برای طراحی‌های خاص) سازگار شود.
- **فشرده‌سازی و بازگشت**:ساختار مارپیچی اجازه می‌دهد تا تغییر شکل الاستیک تحت فشار، عملکرد آب‌بندی را حتی با جابجایی جزئی فلنج ناشی از نوسانات دما یا فشار حفظ کند.
### ۴. محدودیت‌ها در عملکرد شیمیایی
- **حساسیت به اکسیدان‌های قوی**:پرکننده‌های گرافیتی به راحتی در اسید نیتریک غلیظ یا محیط‌های اکسیژن با دمای بالا اکسید می‌شوند که منجر به کاهش عملکرد می‌شود.
- **جریان سرد PTFE**:پرکننده‌های PTFE ممکن است تحت فشار بالا درازمدت جریان سرد نشان دهند که منجر به کاهش اثر آب‌بندی می‌شود و نیاز به سفت کردن دوره‌ای دارد.
- **ریسک خوردگی گالوانیکی**:تماس فلزات ناهمسان (به عنوان مثال، فلنج فولاد کربنی با واشر فولاد ضد زنگ) در محیط‌های خورنده ممکن است باعث خوردگی گالوانیکی شود که نیاز به انتخاب مواد متناسب دارد.
