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本课题来源于国家自然科学基金项目(51705037;51605046);江苏省六大人才高峰项目(GDZB-061);江苏省特种设备安全监督检验研究院科技项目(KJ(Y)2016001)。镍钛合金具有超弹性特性和形状记忆特性,具有良好的回复性能,且有很好的抗蠕变特性。因此,可以作为密封垫片的骨架材料。超弹性特性可以使密封垫片具有很好的回弹性,形状记忆特性使镍钛合金垫片在高温时发生形状记忆效应,两种特性均能够弥补螺栓长时间工作导致的预紧力不足的问题,减少泄漏通道,增强密封性能。本文对镍钛合金进行了压缩回弹试验和蠕变试验,设计了镍钛合金骨架的波纹密封垫片和自密封垫片,采用有限元软件ANSYS分析了镍钛合金密封垫片的压缩回弹性能和密封特性,通过泄漏测试平台研究了镍钛合金波纹密封垫片的泄漏率。本文的主要研究内容如下所示:(1)对镍钛合金(Ni51.9Ti49.1)进行压缩回弹试验以及不同温度等级下(22℃、100℃、200℃)的蠕变试验。通过压缩回弹试验得到了镍钛合金材料典型参数,基于蠕变试验数据建立了 Norton蠕变本构模型。(2)设计了一种镍钛合金波纹密封垫片,对镍钛合金波纹密封垫片和不锈钢波纹密封垫片的压缩回弹性能进行了对比,两种垫片压缩性能相近,但镍钛合金密封垫片的回弹性能远远优于不锈钢波纹密封垫片。设计了一种新型的自密封式双波纹复合密封垫片。对垫片的波纹数N、波纹幅值H和骨架厚度t进行参数优化。对自密封垫片与波纹密封垫片的密封特性进行了有限元对比分析,随着介质压力的增大,自密封垫片的密封性能优于波纹密封垫片。(3)对镍钛合金波纹密封垫片在法兰温度场的工况进行热分析和蠕变分析。结果表明:法兰的温度从内侧到外侧呈线性降低,预紧工况下垫片表面的压应力能满足垫片初始密封比压;随着蠕变时间的增长,垫片的压应力逐渐降低。在10000h之后,垫片表面的压应力仍然能满足操作工况的密封比压,达到规定的密封要求(4)对加工的镍钛合金波纹密封垫片进行泄漏率测试试验,测得了该垫片同温度等级(22℃、100℃、200℃)、不同介质压力(0～5MPa)以及不同预紧应力(40 MPa、45 MPa和50 MPa)时的密封表现。结果显示:密封性能随着介质压力的增加而增加,随着预紧应力和温度的增加而降低。