墊片法蘭連接的基本要求。

墊片法蘭連接是由墊片-螺栓-法蘭組成的結構，其力學行為和密封特性比其他機械構件復雜，因為它受到許多因素的影響，以致工作時的整體性能很難預測或解釋。首先螺栓和螺母之間的摩擦關系復雜，依靠普通的擰緊工具，不可能地控制和預測螺栓的預緊載荷；其次，這些性能受到各個零件彈性的制約，尤其是存在墊片時，整個結構表現出彈塑性行為。因此，這種連接系統顯然是靜不定的，問題變得更加復雜了。如此的系統卻隨著多種載荷，如果栓力、墊片反作用力和流體壓力，還可能有與之相連的設備或管道的反作用力（如重量、墊膨脹等），這些力zui終使法蘭受到一外加彎矩的作用，在彎矩的作用下，法蘭發生彎曲變形和角變形。因此整個系統的設計目的是在給定的墊片特性下，確定法蘭和螺栓等結構的安全、經濟尺寸，同時達到規定的密封度要求，即完整性—整修結構的機械或熱應力必須在材料允許范圍內；密封性—墊片應力必須使整個接頭的泄漏率在允許范圍內。

顯然，起密封作用的墊片在整個連接系統中是關鍵的元件。在墊片法蘭連接中，任何元件既相互又相互制約，例如墊片的結構形式和材料的選擇合理與否，直接影響螺栓尺寸的大小與經濟性；法蘭結構尺寸確定好壞，影響到結構的剛度和緊湊性，它們之間的相互協調將zui終決定連接的密封性。

當初始墊片應力加在墊片上之后，它必須在裝置的設計壽命內保持足夠的應力，以維持允許的密封度。因為當接頭受到流體壓力作用時，密封面被迫發生分離，此時要求墊片能釋放出足夠的彈性應變能，以彌補這一分離量，并且留下足以保持密封所需要的工作（殘留）墊片應力。此外，這一彈性應變能還要補償裝置長期運行過程中任何可能發生的墊片應力松弛，因為各種墊片材料在長時期的應力作用下，都會發生不同程度的應力降低。此外，接頭的不均勻熱變形，也會引起墊片應力的變化，例如連接件與緊固件材料不同，引起各自的熱膨脹量不同，導致招牌應力的降低或升高；或者因受熱引起堅固件應力的松弛而減少了作用在招牌上的應力等。

圖2-2中的曲線表示上述兩個過程中墊片的應力與變形關系，圖中δg和δR分別對應墊片預緊至δgi時的壓縮量和工作時δgo下的回彈量。綜上所述，任何形式的墊片密封，都要在連接件的密封面與墊片表面之間產生一種墊片密封，其大小與裝配墊片時的預壓縮量以及墊片材料的彈性模量有關，而其分布狀況與墊片截面的幾何形狀有關。至少從理論上說，墊片預緊應力愈大，墊片中貯存的彈性應變通也愈大，因而可用于補償分離或松弛的余地也就愈大，當然這要以密封材料本身的zui大彈性承載能力為極限。但就實際使用而言，墊片預緊應力的合理值取決于密封材料與結構、密封程度、環境因素、使用壽命以及經濟性等因素。