Les joints en métal enroulés en spirale sont largement reconnus comme des composants d'étanchéité haute performance dans les systèmes de pipelines industriels et les brides d'équipement. Leur structure composite unique et leurs combinaisons de matériaux leur permettent de s'adapter à des conditions de travail difficiles telles que des températures élevées, des pressions élevées et une corrosion moyenne. Ci-dessous se trouve une introduction détaillée du point de vue de **la sélection des matériaux**, **la conception structurelle** et **les propriétés chimiques** :
##一、Sélection de matériaux pour les joints en spirale métalliques
La performance des joints en spirale métallique dépend en grande partie de l'appariement rationnel de deux matériaux de base : la **bande métallique enroulée** (fournissant un support structurel et de la résistance) et le **matériau de remplissage** (assurant la performance d'étanchéité). La sélection des matériaux est déterminée par des facteurs tels que la température de fonctionnement, la pression, le type de milieu et les exigences de résistance à la corrosion.
### 1. Matériaux de bande enroulée en métal
La bande métallique sert de "squelette" du joint, offrant une résistance mécanique, une résistance à la température et une résistance à la corrosion. Les matériaux courants incluent :
- **Acier au carbone (CS)**
- **Champ d'application**:Convient aux médias à basse température (≤300℃) et non corrosifs (tels que l'air, l'eau et l'huile) dans les pipelines industriels en général.
- **Avantages**:Coût faible, haute résistance mécanique et traitement facile.
- **Limitations**:Mauvaise résistance à la corrosion ; sujet à la rouille dans des environnements humides ou corrosifs, ce qui le rend inadapté aux milieux acides, alcalins ou contenant du sel.
- **Acier inoxydable 304/304L**
- **Champ d'application**:Largement utilisé dans des environnements à température moyenne (≤600℃) et légèrement corrosifs, tels que le traitement des aliments, les équipements pharmaceutiques et les pipelines de traitement des eaux.
- **Avantages**:Excellente résistance à la corrosion aux atmosphères, à l'eau et aux acides/bases faibles ; bonne résistance à l'oxydation à haute température.
- **Caractéristique 304L**:Contenu en carbone inférieur à 304, réduisant le risque de corrosion intergranulaire après le soudage ou une utilisation à haute température.
- **Acier inoxydable 316/316L**
- **Champ d'application**:Idéal pour les milieux corrosifs forts (tels que l'eau de mer, les solutions contenant du chlore, l'acide sulfurique et l'acide phosphorique) et les environnements à haute température (≤650℃), couramment utilisé dans les industries chimique, maritime et pétrochimique.
- **Avantages**:L'ajout d'élément molybdène améliore considérablement la résistance à la corrosion par piqûres et à la corrosion par fissures ; meilleure résistance globale à la corrosion que le 304.
- **Alliages spéciaux**
- **Inconel (par exemple, 600/625)**:Résistant à des températures élevées (≤1000℃) et à une forte corrosion (comme l'acide nitrique, le sel fondu à haute température), utilisé dans l'aérospatiale et les réacteurs chimiques à haute température.
- **Hastelloy (par exemple, C276)**:Excellente résistance aux acides forts (acide chlorhydrique, acide sulfurique) et à la corrosion par les chlorures, adaptée aux environnements chimiques extrêmes.
- **Titane (Ti)**:Léger, haute résistance et résistant à l'eau de mer, au chlore et à la plupart des acides organiques, mais coût plus élevé, utilisé dans des scénarios de résistance à la corrosion haut de gamme.
### 2. Matériaux de remplissage
Le remplissage est enveloppé dans la bande métallique, offrant élasticité et performance d'étanchéité en comblant les irrégularités de la surface de la bride. Les remplissages courants incluent :
- **Fibre sans amiante**
- **Composition**:Habituellement mélangé avec des fibres inorganiques (fibre de verre, fibre céramique) et des liants organiques, conforme aux normes environnementales (sans amiante).
- **Performance**: Bonne résistance à la température (≤400℃), faible coût et adapté aux milieux d'eau, de vapeur et d'huile en général.
- **Graphite**
- **Types**:Graphite naturel ou graphite expansé, souvent imprégné de résine ou de métal pour renforcer la résistance.
- **Avantages**:Excellente résistance à haute température (graphite pur ≤600℃ dans des environnements oxydants, ≤1000℃ dans des environnements réducteurs), bonne inertie chimique (résistant à la plupart des acides, des alcalis et des solvants organiques), et haute compressibilité.
- **Application**:Largement utilisé dans les pipelines et équipements à haute température et haute pression dans les industries pétrochimique, énergétique et métallurgique.
- **PTFE (Polytétrafluoroéthylène)**
- **Avantages**:Résistance à la corrosion presque à tous les produits chimiques (sauf les métaux alcalins fondus et le gaz fluor), faible coefficient de frottement et surface antiadhésive.
- **Limitations**:Mauvaise résistance à la température (≤260℃), forte tendance à l'écoulement à froid sous pression à long terme.
- **Application**:Convient aux milieux corrosifs forts à basse température (tels que l'acide fluorhydrique, le gaz chlore) dans les industries chimique et pharmaceutique.
- **Fibre céramique**
- **Performance**:Résistance à des températures ultra-élevées (≤1200℃), bonne isolation thermique, mais faible élasticité et fragilité.
- **Application**:Utilisé dans des fours à haute température, des chaudières et des brides de four où une résistance à la chaleur extrême est requise.
##二、Conception structurelle des joints en spirale métalliques
La conception structurelle affecte directement l'effet d'étanchéité, la résistance à la pression et l'adaptabilité à l'installation du joint. Les types structurels courants incluent :
### 1. Structure de Bobinage de Base
- **Forme de winding**:La bande métallique et le remplissage sont enroulés alternativement de manière spirale, formant une section transversale circulaire concentrique avec des sommets et des vallées alternés. Cette structure permet au joint de se déformer élastiquement sous la pression de la bride, garantissant un contact étroit avec la surface de la bride.
- **Anneaux Intérieurs/Extérieurs**:
- **Anneau Intérieur (Anneau de Centrage)**:Fabriqué dans le même matériau que la bande métallique, il empêche le remplissage d'être comprimé dans le pipeline lors de l'installation, garantissant le centrage et améliorant la résistance à la pression. Il est obligatoire pour les systèmes haute pression (Classe 600 et plus).
- **Anneau extérieur (Anneau de guide)**:Guide le joint pendant l'installation pour éviter un désalignement, protège la couche d'enroulement des dommages et limite la compression excessive du joint.
### 2. Types Structurels Communs
Type de structure
Fonctionnalités
Scénarios d'application
Type de base (sans anneaux)
Structure simple, coût faible ; adapté aux brides à basse pression et non critiques.
Général eau, pipelines d'air à basse pression (≤1,6MPa).
Avec Anneau Intérieur
Résistance à la pression améliorée, empêche l'extrusion du remplissage.
Pipelines, vannes et échangeurs de chaleur à pression moyenne.
Avec des anneaux intérieurs et extérieurs
Stabilité structurelle maximale, positionnement précis et anti-compression.
Flasques d'équipement haute pression (≥6,4 MPa), haute température (par exemple, turbines à vapeur, réacteurs chimiques).
Joint de joint en forme d'ovale/C
Conception de section transversale spéciale, meilleure adaptabilité aux brides inégales.
Flasques avec légère déformation ou faible finition de surface.
### 3. Paramètres Structurels Clés
- **Densité de Bobinage**:Le nombre de tours en spirale par unité de longueur ; une densité plus élevée améliore la stabilité de l'étanchéité mais réduit l'élasticité.
- **Épaisseur**:Les épaisseurs courantes sont de 3 mm, 4,5 mm, 6 mm, etc., sélectionnées en fonction de la profondeur de la rainure de bride et des exigences de pression.
- **Finition de surface**:La surface métallique est généralement non traitée ou passivée pour améliorer la résistance à la corrosion.
##三、Propriétés chimiques des joints spiralés en métal
Les propriétés chimiques dépendent de la combinaison de la bande métallique et du matériau de remplissage, déterminant leur adaptabilité à différents milieux :
### 1. Résistance à la corrosion
- **Compatibilité des supports**:
- Les joints remplis de graphite avec des bandes en acier inoxydable 316L montrent une excellente résistance aux acides organiques, aux alcalis et aux solutions salines, mais ne conviennent pas aux milieux oxydants forts (par exemple, l'acide nitrique concentré) car le graphite peut s'oxyder.
- Les joints remplis de PTFE avec des bandes de titane sont idéaux pour des milieux corrosifs forts tels que l'acide hydrofluorique et le gaz chlore, mais le PTFE peut gonfler dans certains solvants organiques (par exemple, les cétones).
- Les bandes en alliage Inconel avec des charges en fibre céramique résistent aux sels fondus à haute température et aux gaz contenant du soufre, adaptées aux réacteurs pétrochimiques à haute température.
- **Adaptabilité Environnementale**:
- Les joints en acier inoxydable 304/316 sont résistants à la corrosion atmosphérique et peuvent être utilisés en extérieur ou dans des environnements humides.
- Les joints en acier au carbone sont sujets à la rouille dans des conditions humides et nécessitent des revêtements anti-corrosion (par exemple, galvanisation à chaud) pour une utilisation à court terme dans des milieux non corrosifs.
### 2. Résistance à haute température
- **Température de fonctionnement continue**:
- Joints sans amiante : ≤400℃;
- Joints remplis de graphite : bande 304 ≤600℃, bande Inconel ≤1000℃;
- Joints remplis de fibre céramique : bande Inconel ≤1200℃.
- **Stabilité Thermique**:La bande métallique maintient la résistance structurelle à des températures élevées, tandis que le matériau de remplissage (par exemple, le graphite) résiste à l'oxydation et à la décomposition, garantissant qu'il n'y a pas de durcissement ou de fissuration.
### 3. Résistance à la pression
- **Scellement sous pression**:La bande métallique fournit de la rigidité pour résister à la pression de bride, tandis que le matériau de remplissage se déforme pour combler les espaces, permettant au joint de s'adapter à des environnements à haute pression (jusqu'à la classe 2500 ou 42MPa pour des conceptions spéciales).
- **Compression & Rebond**:La structure en spirale permet une déformation élastique sous pression, maintenant la performance d'étanchéité même avec un léger déplacement de bride causé par des fluctuations de température ou de pression.
### 4. Limitations dans la performance chimique
- **Sensibilité aux oxydants forts**:Les charges en graphite s'oxydent facilement dans l'acide nitrique concentré ou dans des environnements d'oxygène à haute température, entraînant une dégradation des performances.
- **Flux à froid de PTFE**:Les charges en PTFE peuvent présenter un écoulement à froid sous une pression élevée à long terme, entraînant une réduction de l'effet d'étanchéité, nécessitant un resserrage périodique.
- **Risque de corrosion galvanique**: Le contact de métaux dissemblables (par exemple, une bride en acier au carbone avec un joint en acier inoxydable) dans des milieux corrosifs peut provoquer une corrosion galvanique, nécessitant une sélection de matériaux correspondants.
