1 螺纹

1.1 螺纹要素简介

• 牙型: 指螺纹在通过轴线的剖面区域上的轮廓形状，常见的有三角形、梯形、锯齿形、圆弧和矩形等。

• 线数: 指螺纹沿轴线形成的螺旋线条数，单线螺纹沿一条螺旋线，多线螺纹沿两条或更多螺旋线。

• 导程(或螺距): 螺距是相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离，导程是同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。单线螺纹时，导程等于螺距；多线螺纹时，导程等于螺距乘以线数。

• 公称直径: 包括大径（外螺纹用d表示，内螺纹用D表示）、中径（外螺纹用d₂表示，内螺纹用D₂表示）和小径（外螺纹用d₁表示，内螺纹用D₁表示）。公称直径是代表螺纹尺寸的直径。

• 旋向: 指螺纹的旋入方向，顺时针旋转时旋入的螺纹称为右旋螺纹；逆时针旋转时旋入的螺纹称为左旋螺纹。

因为以下介绍的几种螺纹均为单线右旋螺纹，所以只需了解每种螺纹牙型，螺距，公称直径即可。

注:公制螺纹是指采用公制单位制计量，并且由欧洲米制国家发明的螺纹它的长度尺寸用米制单位。称为“米制螺纹”。美制和英制螺纹是指分别由美国和英国两个国家发明的螺纹,它的螺距一般是以每英寸（1英寸为2.54厘米）内所包含的螺纹牙数形式给出的。简称为“牙数”

1.2 紧固连接螺纹

1.2.1 米制普通螺纹（M）

    M 螺纹属于公制螺纹，俗称普通螺纹。米制螺纹的牙型角度是60°。螺纹规格参数是以米制单位(毫米)来确定的螺纹，以M+螺纹大径的公称尺寸+螺距表示（普通粗牙螺纹不用标注螺距）。

米制普通螺纹基本尺寸如下表所示：

1.2.2 美制统一螺纹（UN）

美制统一螺纹牙型角度为60°。分为粗牙（UNC）和细牙（UNF），粗牙螺距较大，用于需要更强连接力的场合；细牙螺距较小，适用于需要高精度连接的场合。螺纹直径通常用分数来表示，如1/4—20X3/4表示公称直径为1/4英寸，每英寸有20个牙，长度为3/4英寸。(注：美标螺纹中公称直径0并非实际的尺寸值，而是美标中用于表示小直径螺纹的一种编号方式。在美标螺纹体系中，当螺纹公称直径小于1/4英寸时，采用特定的编号(如0、1、2等)来表示，而不是直接使用具体的尺寸数值。例如，公称直径0对应的螺纹大径实际为0.060英寸。这种编号方式是为了方便对小直径螺纹进行分类和标注，避免使用过小的尺寸数值带来的不便。)

美制统一螺纹基本尺寸如下表所示：

1.3 管螺纹

1.3.1 标准代号

1987年以前,我国没有美制和英制管螺纹国家标准。可是生产中又无法回避这两种国际普遍使用的管螺纹。为此,旧机械制图国家标准曾经自行规定过美制管螺纹和英制管螺纹的标记代号。这些螺纹代号来源于汉语拼音字母,基本没有考虑与国外标准管螺纹代号是否一致问题。由于此标准只规定了螺纹代号而没有规定螺纹参数(牙型、系列、公差和检验),同一个螺纹代号在不同企业或行业所表示的螺纹参数就可能有差异,出现废品时,没有依据来判断谁对谁错。1987年~1991年,我国颁布了英制管螺纹标准和美制管螺纹标准从此,管螺纹代号和标记就应服从管螺纹标准的有关规定。旧机械制图标准所规定的管螺纹代号应该立即废止。旧机械制图标准所规定的管螺纹代号与现行管螺纹代号间的对应关系见下表。

1.3.2 英制非密封管螺纹（G）

英制非密封管螺纹俗称管牙，是 55 °非密封管螺纹，属惠氏螺纹家族。螺纹中的1/4、1/2、1/8 标记是指螺纹尺寸的直径，单位是英寸。通常用 “分”来称呼螺纹尺寸，一寸等于8分，1/4寸就是2分，如此类推。英制非密封管螺纹标记一般由螺纹特征代号，螺纹尺寸代号，中径公差等级代号（内螺纹不标，外螺纹分AB）和旋向代号（右旋不标）组成。例如尺寸代号为2的右旋，非密封圆柱内螺纹：G2；尺寸代号为3的A级右旋，非密封圆柱外螺纹：G3 A。

英制非密封管螺纹尺寸如下表所示:

1.3.3 英制密封管螺纹（R）

R螺纹是英制圆锥管螺纹，为1:16锥度的圆锥管螺纹。英制密封管螺纹为一般用途的密封管螺纹，使用中要在螺纹副内加入密封填料。（不加密封填料就可以保证密封连接的螺纹为干密封管螺纹，英制管螺纹标准体系内没有干密封管螺纹）欧洲国家主要采用“柱/锥”配合螺纹；而欧洲以外的国家主要采用“锥/锥”配合螺纹。

• 英制密封管螺纹有两种配合方式：圆柱内螺纹与圆锥外螺纹配合，圆锥内螺纹与圆锥外螺纹配合。
• 英制密封管螺纹的完整标记由螺纹特征代号、螺纹尺寸代号和旋向代号组成
• 英制密封圆柱内螺纹的特征代号为:R_P
• 英制密封圆锥内螺纹的特征代号为:Rc
• 英制密封圆锥外螺纹的特征代号为:R₁(与英制密封圆柱内螺纹配合使用) ； R₂(与英制密封圆锥内螺纹配合使用)
• 左旋螺纹旋向代号为LH；右旋螺纹旋向代号省略不标。
• 对密封管螺纹,利用 Rp/R1,和 Rc/R₂分别表示“柱/锥”和“锥/锥”螺纹副。

标记示例：

• 与密封圆柱内螺纹配合、尺寸代号为3/4的右旋、英制密封圆锥外螺纹:R₁3/4
• 尺寸代号为3/4的左旋、英制密封圆锥内螺纹:Rc3/4LH
• 尺寸代号为3/4的右旋、英制密封圆柱内螺纹:Rp3/4
• 与密封圆锥内螺纹配合、尺寸代号为3/4的右旋、英制密封圆锥外螺纹:R₂3/4
• 尺寸代号为 3/4的右旋、英制密封圆柱内螺纹与圆锥外螺纹组成的螺纹副:Rp/R₁3/4
• 尺寸代号为3/4的左旋、英制密封圆锥内螺纹与圆锥外螺纹组成的螺纹副:Rc/ R₂ 3/4 LH

英制密封圆锥外螺纹基准平面的理论位置位于垂直于螺纹轴线、与小端面(参考平面)相距一个基准距离的平面内,见上图;英制密封圆柱和圆锥内螺纹基准平面的理论位置位于垂直于螺纹轴线、深入大端面(参考平面)以内半个螺距的平面内

英制密封管螺纹尺寸如下表所示:

1.3.4 美制密封管螺纹（NPT）

NPT是National(American)Pipe Thread的缩写，属于美国标准的60°一般密封管螺纹，用于北美地区，美制密封管螺纹（NPT、NPTF）包含干密封和非干密封两种类型，非干密封螺纹：NPT（National Pipe Tapered Thread）需依赖密封剂（如生料带、螺纹胶）填补微观间隙，防止泄漏。通常用与管道连接，适用于水、气等介质，但非严格密封场合。干密封螺纹：NPTF（National Pipe Tapered Fuel Thread）螺纹设计更精密（如牙顶/牙底过盈配合），通过螺纹变形压紧实现无密封剂的密封。通常用于燃油、高压气体等严禁泄漏的场合（如航空、石化）。NPTF螺纹可与NPT互换安装，但若用NPT替代NPTF，可能无法实现干密封。螺纹中的1/4、1/2、1/8 标记是指螺纹尺寸的直径，单位也是英寸。美制一般密封管螺纹有两种配合方式:圆柱内螺纹与圆锥外螺纹组成“柱/锥”配合;圆锥内螺纹与圆锥外螺纹组成“锥/锥”配合。

标记方法：

• 美制一般密封管螺纹的完整标记由螺纹特征代号、螺纹尺寸代号和旋向代号组成
• 美制一般密封圆锥管螺纹的特征代号为:NPT
• 美制一般密封圆柱内螺纹的特征代号为:NPSC
• 左旋螺纹的旋向代号为LH;右旋螺纹的旋向代号省略不标。

标记示例:

• 尺寸代号为3的右旋、美制一般密封圆柱内螺纹:

中国标准 NPSC3;美国标准 3-8NPSC(美国标记内还包括牙数,8牙)

• 尺寸代号为4的左旋、美制一般密封圆锥螺纹:

中国标准 NPT4-LH; 美国标准4-8NPT-LH

美制一般密封圆锥外螺纹基准平面的理论位置位于垂直于螺纹轴线、与小端面(参考平面)相距一个基准距离的平面内,见图3-40a);美制一般密封圆柱和圆锥内螺纹基准平面的理论位置位于垂直于螺纹轴线的端面(参考平面)内，见上图。当内螺纹大端面倒角的大径大于内螺纹在此端面内的大径时,内螺纹基准平面的理论位置位于内螺纹大径圆柱或大径圆锥与倒角圆锥相交轴向位置、直于螺纹轴线的平面内。

美制密封管螺纹尺寸如下表所示:

2 接头

对于50MM（DN50）以上的管道，常采用法兰密封方式。而50mm(DN50)以下的小管道，其密封主要依靠接头密封。

2.1 卡套式接头

卡套式接头重量轻，体积小，使用方便，不需焊接，抗震动性能好，且相连接管道之间的轴向尺寸不需要严格确定，方便现场安装。

适用范围: 卡套式接头适用的温度和压力根据材质、厂家不同而有所不同。通常适合于-30℃~250℃，压力10MPa(100个大气压)以下的管道接口。个别适合于800℃以下2MPa压力， 或常温25MPa~40MPa的压力接头。

结构组成: 卡套式接头主要包括前卡套，后卡套，螺帽，接头体四部分。

密封原理：

• 接头体1内部有1个平面与不锈钢管的端面接触，另有一个24度内锥形面与外锥形的前卡套2接触，形成锥面密封。
• 螺帽4通过螺纹与接头体1连接。螺纹提供的压紧力通过螺帽4与后卡套3的锥面接触，提供2个方面的密封作用。
• 第一方面:紧压前卡套2，使之与接头体1锥面形成球面接触接触。
• 第二方面:紧压管道5，使之不会前后移动。并且前后卡套本身有微小的刃口，切入管道外壁形成密封。

卡套式接头安装过程：

• 准备与接头对应直径尺寸的管道。将端口切平整，没有凸起凹陷，去掉毛刺。
• 将管子插入接头，或者依次插入螺帽、后卡套前卡套。安装方向如图所示。
• 用手稍微拧紧卡套螺母，在卡套6点位置做1标记。
• 使用扳手固定接头体，另一扳手旋转卡套螺母旋转1圈后再旋转四分之一圈(1.25圈、450度)使标记到9点钟方向。(如密封不严，可从1.25增加到1.5圈)。
• 通过上述安装过程，卡套的内刃口均匀的切入到管道表面，再结合前卡套与接头体的锥面密封，就可以实现整体的有效密封。

型号尺寸确定：

• 管道的种类和直径：最常用的管道材料为紫铜制、不锈钢制两类。直径通常根据使用压力和流量确定，常见的为直径6mm的管道，另外4mm、8mm、10mm的管道也有使用。

• 接头型号：接头型号主要包括直通接头，90度弯管接头，三通接头，四通接头。同直径接头–2个相同直径的管道连接(如6mm和6mm管道连接)，变直径机头–2个不同直径的管道连接(如4mm和8mm管道连接)。

型号确定：

在用游标卡尺测量接头尺寸时，主要涉及螺纹尺寸和管道尺寸2个：例如下图其螺纹尺寸1/4测量接头体螺纹的外径，其管道尺寸6测量卡套端的内径，或能恰好卡入接头的管道的外径。 以ZG 1/4- φ6接头为例，其螺纹的尺寸为1/4英寸(国内俗称2分)，对应管道为直径6mm(DN6)的。

2.2 软管接头—宝塔接头

宝塔接头是一种常应用于气体、低压液体输送管道的快速接头。

适用软管：PVC塑料钢丝管PVC塑料网纹管,硅胶软管,橡胶软管

不适用硬管：Pu塑料管，金属管，金属波纹管

密封原理: 卡箍提供力压紧管道，使得管道发生形变，形变后的管道填充到宝塔接头的缝隙内，形成紧密的密封效果。因此，只有形变较为明显的软管适合使用宝塔接头连接。

安装方法: 先将卡箍套入管道，然后将管道直接套入对应尺寸的宝塔接头中，再用一字起子旋转卡箍上的螺丝，使得卡箍收紧。收紧后注意进行通气检查气密性。宝塔接头尺寸如果过小则会严重影响气密性。

接头选型：宝塔接头的直径和管道内直径直接相关，购买时按照管道的内径选择。另外，还需要注意另一头对接管道的尺寸和接头的螺纹尺寸。

宝塔接头的连接类型主要为直通，包括双宝塔单宝塔外螺纹、单宝塔内螺纹三种。

购买不锈钢卡箍时，需要根据管道直径来确定卡箍类型。一般卡箍都是在一个直径范围内使用。

2.3 快拧接头

适用范围：快拧接头一般用于常温、高温条件，较低压力下的气管连接。一般使用温度为0-120℃，使用压力从真空到30个大气压(3MPa)，该类接头用于PU塑料管、PE管道、尼龙管、防爆气管的连接。连接的管道外直径范围从4mm–16mm。更高压力的气体建议直接使用金属管道

结构组成：快拧接头主要包括三部分螺母，气管连接体，螺纹

密封原理：接头侧气管被从外侧向内推到底部，随后螺母也从外侧向内拧紧。，在拧紧后，螺母将气管表面同接头凸起部分压紧。接头凸起部分形成球面密封，与有弹性的气管形成类似密封圈的作用阻止气流通过。

安装过程：将气管一端切平整，将螺母套入气管，推动气管，使得气管向内推到底部，拧紧螺母。

接头型号：快拧接头的直径和管道内直径直接相关，购买时按照管道的内径选择。该类接头主要是从储气容器中引出气体，通常一头为快拧接头，另一头为螺纹接头。还有弯角、三通等接头形式。

2.4 快插接头

快插接头又称PU管接头/自锁气动接头

适用范围：这种自锁气动接头一般用于常温条件，较低压力下的气管连接。一般使用温度为0-60℃，使用压力从真空到10个大气压(1MPa)。该类接头一般只用于PU塑料管的连接。连接的管道外直径范围从4mm–16mm

密封原理：

• 当与接头相对应直径的气管插入接头后，气管先顶开卡簧向内到达密封圈。密封圈直径略小于管道的直径，且为材质软的橡胶制成。密封圈在手推动气管的力的作用下向外扩张变形。

• 当气管安装完成后，变形的密封圈与管壁紧密接触，且由于内部有气体流动，气体的压力会压紧密封圈的表面。

• 密封圈承受的气动压力通过卡套、卡簧和脱扣传递到壳体上，随后通过壳体传递出去(如通过螺纹连接传递给容器两头直通的壳体上的力相互抵消等)。.要拆开气管时，首先需要从外向内压紧脱扣，脱扣的力通过卡簧卡扣传递给密封圈，密封圈受到外侧的力后其内圈向外扩张，与气管脱离接触后，可以较为容易的取出。

安装方法：

• 自锁气动接头的安装与解除非常简便。将气管接头表面切平后直接向接头内推，到无法继续推动时就能上紧。
• 解除时，从外向内压紧脱扣，然后拔出气管。压紧时要将整个脱扣都向下压才行。

接头型号：快插接头的直径和管道外直径直接相关，购买时按照管道的外径选择。

2.5 VCR接头

VCR是英文Vacuum Coupling Radius Seal（真空连接径向密封）前三个英文单词的缩写，它是金属面密封接头。这种连接方式，仅次于焊接连接，密封，安全，且方便拆卸。VCR接头洁净度高（组件经过电抛光及清洗等工艺处理）、密封性好，特别适用于要求无泄漏的超高纯净系统、超高真空系统及高压系统。因为采用了金属密封元件，VCR接头的额定工作温度范围比较广（采用SUS316L垫片的VCR接头，温度额定值可达537℃）。VCR接头便于安装，具有最小拆卸间隙，可以反复拆装（拆卸后重新安装需要更换新垫片）。

VCR接头的Gland同TUBE管之间需要焊接。VCR接头一般要与自动焊接头配合使用，在不需要拆卸的地方使用自动焊接头（Weld Fittings），在需要拆卸的地方（如阀门、设备接口处）使用VCR接头。因此很多厂家的样本上都是把VCR接头（金属面密封接头）和自动焊接头放在一起的。有些厂家还把这两种接头统称为Clean Fittings（洁净管件）。

密封原理：VCR接头是面密封接头（Face SealFitting）的一种，密封元件采用金属垫片。通过内、外螺纹互锁来压迫金属垫片，使垫片产生一定的变形，从而达到密封的效果。

安装方法：

准备：两把固定扳手工具，VCR接头组件（包括内外螺纹螺母，VCR接管和垫片）。 如果是高纯应用，需在安装前带上无尘手套，并处于洁净的环境中实施。 

• 将外螺纹螺母和内螺纹螺母分别套入VCR接管。

• 将两部分包含内外螺纹螺母的VCR接管焊接至卡套管。

• 安装金属垫片：如果选择的带支撑的垫片，建议将垫片直接卡在含外螺纹螺母的VCR接管上（注意不要划伤接管端面）；如果是无支撑的垫片，可将垫片直接放入含内螺纹螺母的VCR接管内。

• 用手旋紧VCR内外螺纹螺母。用无尘油性记号笔在内、外螺母的六角头上划直线做记号。

• 使用固定扳手固定外螺纹螺母，另一个固定扳手卡入内螺纹螺母并顺时针旋转安装到位（NI镍/SS不锈钢垫片 锁紧1/8圈，Cu铜材料 锁紧1/4圈)

安装注意事项：

• 手拧紧VCR接头之后，对内外纹螺母必须用记号笔做记号，便于安装后检查。

• 安装时，不要过度拧紧，因为会带来损坏接管端面，导致泄漏或减少使用次数。

• 拧紧VCR接头时，切勿旋转外螺纹螺母或本体，应固定外螺纹螺母或本体，旋转内螺纹螺母。扳手一定要向内拧，形成较小夹角，避免因接头或扳手突然松动。

• 管子安装前需去除应力，保持在同一轴线上，调整合适角度用手先旋紧，再用扳手旋转至相应圈数，勿直接用扳手拧紧否则会损坏螺纹。

• 不要在管路内带压情况松开和紧固VCR接头，除非是需要保证管道氮气正压安装。

• 不同品牌材质的VCR接头组件（本体、接管、螺母、垫片等）不能混用。

• 高纯应用中，必须保证VCR接管表面清洁，内包装塑料袋只能在安装时才能拆开；安装过程要避免划伤表面特别是接管密封面，要将敞开的接管保护起来,可以用自带的塑料帽。

• 复装VCR接头时，必须更换新垫片。

2.6 法兰

法兰，是英文flange的音译，指的是管道之间用螺栓连接的圆盘。法兰可以实现管道间可拆换的密封连接，在流体输送系统中起非常关键的作用。法兰按几何形状可分为圆形法兰、长方形法兰异形法兰等。圆形法兰是一种标准件，其主要参数在国家标准(如GB/T 9124.1 钢制管法兰PN系列)中有定义。

在国家标准GB/T 9124.1中规定了11种法兰形式。根据法兰与管道连接的方法区分为7大类。

• 整体法兰–通过铸造、锻造与管道一体成型
• 带颈螺纹法兰–通过管螺纹与管道连接
• 对焊法兰–与管道进行对焊连接
• 平焊法兰–与管道进行平焊连接
• 承插焊法兰–与管道进行承插焊连接
• 松套法兰一-在使用前可以在管道上转动方便螺栓对位对位完成后可焊接。
• 法兰盖–与另一法兰共同使用，实现管道接口的封堵。

在淘宝等平台购买的法兰通常是平焊法兰、松套法兰和法兰盖。然后再和管道进行加工。加工时直接将平焊法兰和管道进行焊接，就构成了实验用管道。

选型参数:

• 公称直径DN：就是对应的管道内径
• 压力等级PN：数字单位为bar
• 螺栓尺寸：M

• 一般压力等级PN越高，法兰越厚，使用的螺栓越多，螺栓尺寸M也越大。

密封原理：两个带法兰的管道相互连接时，就涉及到法兰的密封问题。法兰的密封需要借助四个组成部分来实现：法兰密封面;螺栓螺母;密封垫片;密封胶。螺栓螺母将两个法兰压紧，产生的压紧力使得垫片和法兰的密封面紧密连接，同时密封胶填充可能的缝隙，使得两个法兰之间紧密连接防止泄露。

法兰密封面包括四类:平面,突面,凹凸面,榫槽面,应用最广泛的为突面法兰(RF)。突面法兰的密封面处于螺栓孔的圆周范围内因此可以借助螺栓帮助密封垫片定位。

密封垫片的材质包括聚四氟乙烯、石棉、硅胶、橡胶、金属等，需要根据使用温度,压力,液体性质不同选择。密封垫片在与突面法兰配合时有两种方法:一种方法是垫片尺寸与突面尺寸一致，这种方法较为节省材料，但安装时对位较为繁琐。可以在垫片一侧保留1-2个把手，方便控制定位。另一种方法是垫片尺寸的外径大于突面尺寸，并包含螺栓孔。

通常，垫片和法兰之间直接对接，仍会有一些微小的缝隙存在导致泄露，此时必须借助密封胶实现更好的密封。密封胶通常借助胶枪涂敷在垫片上，有两种涂覆方法。

• 一,直接在中心一圈挤出连续不断的小条，借助压紧力将其压平。
• 二,挤出小条后，将其涂抹均匀，再和法兰进行连接。密封胶涂抹时要涂成均匀的一圈。
• 密封胶需要时间进行固化，压力越高、室温越低其固化时间越长。

法兰的安装步骤:

第一步:购买/裁剪适合的垫片

上面介绍了2种垫片形式:和突面相同大小的、包含螺栓孔的。和突面大小相同垫片对于标准的圆形法兰，可以直接购买适合的垫片。对于现场安装或非标准法兰，会用垫片材料现场制作。

• 制作时，可裁剪长方形的垫片材料垫在法兰上。
• 用锤子沿着法兰的外边缘轻敲一圈，使得垫片材料沿着边缘断开。
• 用剪刀破开中间位置，然后轻敲击内边缘，使得垫片材料沿着边缘断
• 用剪刀、美工刀修剪垫片内边缘。
• 从法兰螺栓孔处敲击螺栓，戳出螺栓孔。或者用美工刀割出螺栓孔。(该方法对法兰表面可能有损坏，不适合高压力管道或软质材料法兰)。

第二步:涂抹平面密封胶

• 在2个法兰密封面，或垫片的两面，上涂抹平面密封胶。
• 涂抹时要连续一圈避免间断，结尾处略重叠。
• 将密封胶涂抹在垫片或法兰表面，用刮刀或塑料刮板抹均匀。
• 对于螺栓是沉孔的情况，在2个法兰密封面，或垫片的两面，上涂抹平面密封胶以外螺栓也需要涂抹密封胶

第三步:对接法兰和垫片，安装螺栓螺母垫片

• 将垫片放入2侧法兰中间，或用密封胶贴在一侧法兰上。
• 如果是有螺栓孔的垫片可用长螺栓定位，没有的话只能手动定位。
• 将螺栓孔对齐，垫片正确安装到位，用2个螺栓定位。(垫片要求不能堵塞内部管道)
• 定位完成后安装螺栓和螺母。(安装顺序为对称安装(按钟表时针表示方位):
• 2点方向、8点方向、5点、11点、4点、10点、7点、1点。)
• 安装完成后等待密封胶固化，压力越高、室温越低其固化时间越长。固化的时间也和胶种类有关，购买使用时要注意说明书。

第四步，密封性能检查

• 全部管道安装完成后，在比运行压力低的状态下通入气体或液体，检查法兰的密封性。可用带颜色的肥皂水抹在法兰接缝周边观察有无气泡。

2.7 真空法兰

真空法兰连接属于非永久密封连接,其特点是经过多次拆装仍能保持密封性能,而且可以更换已经老化或损坏的密封器件。真空系统中常用的法兰有橡胶圈密封法兰和金属垫圈密封法兰。

2.7.1 NW 法兰

小口径管路用橡胶圈密封真空法兰,被称为NW(或KF)法兰,广泛用于低、中和高真空系统中。其特点如下：

• 高度可靠的密封性:KF法兰采用橡胶或金属垫片作为密封材料，可以提供高度可靠的密封性能，能够承受高压力和高真空条件下的使用。可多次重复使用、操作简单、经济实惠。

• 易于安装和拆卸：KF法兰的结构简单，使用方便，只需要用卡箍将两个法兰盘固定在一起即可，拆卸时也非常容易，只需要拧下卡箍即可。适用于小口径管道系统：KF法兰适用于小口径管道系统，常见规格为10~50mm，其尺寸小巧，重量轻，可以节省空间和成本。

• 质量稳定可靠：KF法兰是经过严格测试和质量控制的，质量稳定可靠，可以确保系统的稳定运行。

• 但是,NW法兰有两个大的问题点:一个是在设备烘烤时耐热程度有限;另一个是氢气、氦气的透气问题

• KF真空法兰是小尺寸的快装法兰接头，公称直径尺寸包括：DN10,DN16,DN25,DN40,DN50。

• 适用的真空度最高达10^-8mbar。

• 适用温度150℃（Viton氟橡胶O型圈）/80℃（NBR丁腈橡胶O型圈）。

• 法兰密封材料通常为Viton、Buna、Silicone、EPDM、铝等。

• 法兰通常为304、316不锈钢等。

使用NW法兰时,两个NW法兰中间安装有外套形橡胶圈的中心支架,外侧通过卡箍可简单实现快速的安装和拆卸。使用氟橡胶圈的时候,烘烤温度一般可达150 ℃。

NW盲板法兰的主要型号和尺寸见表：

ISO法兰是口径范围大的0形橡胶圈密封真空法兰, ISO法兰是一种标准化的法兰连接系统，用于需要频繁拆卸和管道外径通常大于2英寸（50mm）的用于连接管道、阀门、管件和其他设备的应用场合。真空范围从大气压到高真空，真空度可达10^-8mbar，如果使用氟橡胶O形圈，可以承受150℃的烘烤。ISO 法兰细分为 ISO-K和ISO-F两种形式，ISO-K 和 ISO-F 组成包括两个对称法兰和一个O型圈，通过内部定心环定位和支撑，而且还通过外部环支撑：1、ISO-K真空接头通常由法兰（flange ）、法兰爪（clamp）、密封圈（O-Ring）、中心定位环（centering ring）组成。

ISO-F真空接头通常由法兰（flange）、密封圈（O-Ring）、中心定位环（centering ring）组成，与ISO-K不同的地方是法兰用螺栓固定。

安装在座板上具有 O 型圈螺母和爪夹、用于具有密封槽底板的ISO-K 法兰

安装在座板上具有定心环、螺栓环和螺丝钉的 ISO-K 法兰

2.7.2 CF 法兰

CF法兰的内侧有凸起的锋利刀口，通过挤压无氧铜垫圈(或其他软金属)使其变形而达到密封真空的目的,是全金属材料的密封方式,被广泛应用于超高真空系统中。CF法兰也常用ICF法兰来表示,CF后面的数字是标准的导管内径,而ICF后面的数字是法兰的外径。常用CF法兰的型号和尺寸见下表

CF法兰由挤压铜垫圈的刀口部分和通过螺栓的固定部分构成。法兰上可开通孔或螺纹孔。开有通孔的法兰要通过螺栓和螺母固定;开有螺纹孔的法兰可直接使用螺栓固定。法兰的材质主要为SUS304(或SUS04L)，因为SUS304放出气体少,加工和焊接比较容易

CF法兰的特点是不分雌雄,包括无氧铜垫圈在内全部由金属构成,因此可以承受高温(250℃以上)烘烤。其缺点是价格高,无氧铜垫圈不能多次重复使用。

CF法兰的安装要求较高。因为无氧铜垫圈被挤压后会变形,所以用均等力量扭紧螺栓非常重要。如果螺栓用力不均匀,会使对角位置的法兰翘起,以至于漏气。扭紧螺栓的力矩大约如下:M4螺栓20 kgf·cm,M6螺栓70 kgf·cm,M8螺栓 100 kgf·cm。

CF法兰使用时有几个注意点:螺栓一定要涂抹MoS₂:以免螺栓和螺母咬合卡死;法兰外周要对齐;法兰面要保持一点距离,为烘烤后继续上紧螺栓留出余地。

CF法兰中,刀口要切人金属密封圈来实现真空密封。长期使用,刀口会逐渐变钝。另外,受硬器碰撞后刀口容易受伤。这时的补救措施之一,是使用IPD金属密封圈。IPD金属密封圈不依靠法兰的刀口,而依靠刀口外周的斜面来密封

2.8 真空接头

特点：适用于真空系统，可反复拆卸并保持密封性能，可连接真空管。例如:玻璃管，不锈钢 316 材质，密封件标准配置:氟橡胶，额定温度:-10℃至204℃。VC真空接头氨气测试漏率为4×10″Pa·m/s(室温20℃)

结构材料：

• 接头体和衬套:316不锈钢
• 螺帽:316 不锈钢
• 0形圈:氟橡胶

3 密封件

3.1 生料带

用生料带是为了避免螺纹螺母可能出现的配合的问隙导致泄露。生料带一般是0.1mm或0.2mm厚，几厘米宽的片。生料带材料采用聚四氟乙烯PTFE，具有一系列优良性能：

• 耐高温–长期使用温度200~260度
• 耐低温–在-100度时仍柔软
• 耐腐蚀–能耐王水和一切有机溶剂
• 耐气候–塑料中极长的老化寿命
• 高润滑–具有塑料中极小的磨擦系数(0.04)
• 不粘性–具有固体材料中极小的表面张力而不粘附任何物质
• 无毒害–具有生理惰性
• 优异的电气性能，是理想的C级绝缘材料

生料带的安装：

• 首先在一侧管道的螺纹上缠绕生料带。
• 顺时针缠绕在螺纹处。一般左手拿管，右手缠绕就是顺时针。
• 推荐将生料带缠绕成内圈高、外圈低，锥形缠绕的方式。
• 先将生料带压成一股，在接头内圈缠绕2-3圈后，再逐渐向外上侧缠1-2圈。
• 然后再展开生料带平着缠绕2-3圈。
• 最后用手指尖把生料带稍微压到螺纹内部去。
• 总体圈数在5-10圈最好。如果生料带较薄可以12圈-20圈。然后用扳手(或徒手)将管件连接起来，扳手拧紧即可连接完成后通水通气，用肥皂水检查气密性。

3.2 密封垫片

3.2.1 弹性密封垫片

弹性体是指像橡胶一样,有外压会变形,解除外压后就复原的物体。以弹性材料作为密封垫圈时,利用其复原力,在密封面产生面压而密封。密封垫圈通常使用合成橡胶圈。

• 丁腈橡胶适用于石油类产品，如石油、润滑油、燃料油等，长期使用温度为120℃，如在热油中可耐150℃，低温为-10~-20℃。

• 氯丁橡胶适用于海水、弱酸、弱碱、盐溶液，耐氧和臭氧老化性能优异，耐油性次于丁腈橡胶而优于其他通用橡胶，长期使用温度低于90℃，最高使用温度不超过130℃，低温为-30~-50℃。

• 氟橡胶有多个品种，它们分别具有良好的耐酸、耐氧化性能以及耐油、耐溶剂性能。可以在几乎所有的酸类介质以及一些油和溶剂中使用，长期使用温度低于200℃。
•    但是橡胶材质在苯、酮、醚等有机溶剂中使用，易出现溶胀、增重、变软、发粘现象，导致密封失效。

也有全金属弹性密封垫圈，主要有铝制C形圆环(中间有弹簧)和不锈钢制的中空圆环等

3.2.2 非弹性密封垫片

3.2.2.1 四氟垫片

• 纯四氟垫片：聚四氟乙烯垫片又叫PTFE垫片或Teflon（特氟龙或铁氟龙）垫片由聚四氟乙烯棒、板经机械车削或模压而成的平垫片、V形垫片、活塞环、球阀垫圈等具有耐腐蚀、抗老化和不导电等良好特性。其在-100℃～100℃之间能够具有良好的机械强度。（注：在温度低于-185℃时。聚四氟乙烯垫片会变脆。）纯聚四氟乙烯（PTFE）是一种刚性塑料，常温下硬度较高，弹性变形能力有限，主要依靠蠕变（冷流性）来填充密封面。依赖螺栓压紧时的塑性变形贴合表面，长期使用可能出现“应力松弛”，导致密封力下降。

纯聚四氟乙烯垫片是一种洁净的密封产品，不会对其所接触的任何物质形成污染，可以广泛地用于食品、医药及强腐蚀性场合的各行业中。

• 改性四氟垫片(又称填充四氟垫片）：改性填充四氟垫片是在聚四氟乙烯树脂中添加一定量填充剂，如玻璃纤维，石英、硫酸钡，石墨，碳纤维等，经高速混合均匀后用模塑成型，再经高温烧结制成。其具有出色的压缩性、恢复性和密封性。通过加入玻璃纤维、石墨等材料改善性能，可能略微提升弹性，但仍以塑性变形为主。在冷流和材料的蠕变特性上，克服了传统PTFE的缺点，同时它比传统的PTFE能更好地保持螺栓预紧力。

填充改性四氟垫片优点：低的磨擦系数，好的压缩强度，提高耐磨；使得它的使用大大超过了传统的PTFE，这样既改善了环境又节约了成本。广泛适用于化工、机械、造纸、食品、低温液态气体、医药工业等以及对于不允许有污染的环境的密封场。

• 膨体四氟垫片：也称为膨胀四氟垫片、膨化四氟垫片或软四氟垫片，具有多孔结构，可压缩性较好，能通过压缩-回弹实现密封。是由100% PTFE聚四氟乙烯经过特殊工艺处理研制而成，具有优良的柔韧性，有极佳的顺应性能及成型能力，又具有高抗拉强度，抗蠕变、耐高低温、耐腐蚀、抗冷流、抗老化。可长期存放不变质，无毒无污染，并由无数均质细密柔软强韧的多向纤维组成，具独有的高密度纤维组织，受压后纤维会相互缠结，变成组织更紧密均匀，不透气、不透水、止泄性能良好。

在严苛之腐蚀性环境及高温下，亦能保持极佳之密合状态，在很小的预紧力下，即便在压力变动环境下又可承受相当大的内压，非常适用于粗糙或磨损不平及易碎玻璃面法兰的、温度交变的密封场合。

3.2.2.2 金属垫片

使用刀口法兰(CF法兰)和软金属(无氧铜或银)垫圈密封是全金属可烘烤的超高真空密封方式。超高真空法兰密封最为常用的是CF系列无氧铜密封垫圈。无氧铜密封垫圈材质中铜的质量分数大于99.97%,硬度为60~80HV。退火紫铜垫片:适用于高温高压环境，最高温度可达800℃，压力范围为2.0Mpa-42mpa。退火处理可以防止断裂和缩孔，确保良好的密封性能。

使用CF系列无氧铜垫圈密封超高真空法兰时,垫圈受3个方向的力，它们分别是两边法兰刀口的切入和外周的挤压。无氧铜没有弹性,因此,合格的无氧铜垫圈在使用后通常不会自行脱落,出现粘在法兰上的现象,这正是外周挤压的结果。用过一次的无氧铜垫圈上会有刀口法兰压痕,不鼓励重复使用,因为如果出现漏气则会浪费很多时间。

除了CF系列无氧铜垫圈之外,还有一种IPD系列无氧铜垫圈用于密封CF法兰。IPD垫圈的内径稍大于CF法兰的刀口直径,因此不被CF法兰的刀口切人。IPD垫圈内壁和CF法兰的刀口外斜面紧密接触，来实现真空密封,特别适合刀口有伤的CF法兰密封。CF和IPD垫圈的尺寸参照下表

3.3.2.3 金属复合垫片

包括金属缠绕垫片、金属冲齿板柔性石墨复合垫片、金属包覆垫片等。这些垫片结合了金属材料的高强度和回弹性，适用于高压高温环境。

金属缠绕垫是应用广泛的一种密封垫片，为半金属密合垫中回弹性最佳的垫片，缠绕垫片采用优质SUS304，SUS316″V”形或”W”形金属带及其他合金材料余石墨，石棉，聚四氟乙烯，无石棉等软性材料相互交替重叠螺旋缠绕而成。根据其配方，工艺，性能用途不同。-196℃一+870℃(柔性石墨)，≤+250℃(聚四氟乙烯)，≤+500℃(特殊石棉)。使用压力≤25MPa。

石墨复合垫片是由冲刺的金属齿板或金属网板与膨胀石墨粒子复合压制的一种垫片。具有良好的防腐蚀性，耐高/低温，耐辐射，良好的压缩回弹性和高强度性，所需的预紧力比金属垫片和金属缠绕垫片要小，对法兰面的要求不高，是一种比较经济实用的垫片。如果采用包边形式可保持原有石墨复合垫片的各项优异性能，又便于安装、拆卸，不易损坏，同时也可防止介质和外界空气中氧气对垫片的侵蚀，提高了耐温和耐压性能。石墨复合垫片结构型式分为RF型、MFM型和TG型，分别适用于突面、凹凸面和榫槽面法兰。

金属包覆垫片系指内部用非金属材料(柔性石墨、石棉橡胶板、陶瓷纤维)等，外部用特定的冷作工艺包覆金属薄板的复合型垫片，优点是强度大、不易碎、牢固结实，但回弹力有限，需要求法兰表面平坦及紧固力很高才能达到良好效果，包覆垫片据耐温选择包覆物:石墨一耐温650耐腐蚀。

4 管道

4.1 金属管

4.1.1 不锈钢管

不锈钢管（Stainless steel pipe）是一种中空的长条圆形钢材。不锈钢管的材质主要有奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、双相不锈钢和沉淀硬化型不锈钢。其广泛用于石油、化工、医疗、食品、轻工、机械仪表等工业输送管道以及机械结构部件等。其规格见下表。

4.1.2 铜管

铜管是一种有色金属管，是压制的和拉制的无缝管。铜管具有坚固、耐腐蚀的特性，而常用于供热、制冷管道和水管安装。用于不同环境的铜管的规格也不一样。

铜气管规格如下表所示：

4.2 非金属管

4.2.1 硅胶软管

由硅橡胶制成，是一种从硅、氧、碳和氢衍生出的合成聚合物。硅橡胶以其柔韧性、耐热性和惰性而闻名。硅胶软管可在广泛的温度范围内(通常为-50°C至200°(保持柔韧性，并且对臭()氧、阳光、湿气和老化具有抵抗性，适用于需要高柔韧性和环境抗性的应用。用于汽车、食品饮料、医疗和航空航天等行业，例如冷却系统、涡轮增压器、食品加工设备、医疗设备和飞机发动机等。

4.2.2 特氟龙管

由聚四氟乙烯制成，是四氟乙烯的合成氟聚物。特氟龙以其化学稳定性、抗粘性和高温稳定性而闻名。特氟龙软管具有出色的化学稳定性，对包括酸、碱和溶剂在内的多种腐蚀性液体具有抗性。其工作温度范围通常为-50°C至170°C同时以低摩擦和不易粘附性而闻名用于化学、制药和食品加工，汽车、航空航天(制动系统、燃油管道)、以及工业应用中需要抗腐蚀和高温稳定性的场景。

4.2.3 橡胶软管

由天然橡胶或合成橡胶化合物制成，例如氯丁橡胶、EPDM或丁腈橡胶。橡胶软管具有良好的柔韧性、耐用性和耐磨性. 橡胶软管提供良好的柔韧性，适用于广泛的温度范围(通常为-40°C至120°C)，这取决于所使用的橡胶化合物。此外，它们具备良好的化学稳定性，并能够承受适度的压力。用于食品机械、工业机械、建筑、农业和船舶等应用，例如乳品饮料罐装机、液压系统、混凝土泵送、灌溉系统以及燃料和冷却液系统。

4.2.4 Pu管

PU管也就是TPU管，是采用聚氨脂颗粒经改良配方后经高温挤出，硫化而得到的一种透明气动软管。其特点是管体柔软，耐油性能好，特点是用在空压机上的时候可能会有各种油脂进入管体或表面沾染，其耐油性能比丁腈材质的耐油胶管更好。PU气动管工作压力可以达到2.8Mpa,工作温度范围-40度-120度，可以在液压管路或高温高压环境中使用。PU管是气动行业首选的气动压力软管。PU管按材料分为PA6尼龙管，PA12软尼龙管，双层阻燃PU管，聚醚PU管，软PU管，阻燃PU管，防静电PU管。

PU管常用规格：

4.2.5 石英管

石英管的全称是石英玻璃管,石英管的软化点温度约1730℃，可在1100℃下长时间使用，短时间最高使用温度可达1450℃ 除氢氟酸外，石英管几乎不与其他酸类物质发生化学反应，其耐酸能力是陶瓷的30倍，不锈钢的150倍，尤其是在高温下的化学稳定性，是其他任何工程材料都无法比拟的。

石英玻璃的热膨胀系数极小，能承受剧烈的温度变化，将石英管加热至1100℃左右，放入常温水中也不会炸裂。石英管在紫外线到红外线的整个光谱波段都有较好的透光性能，可见光透过率在93%以上，特别是在紫外光谱区，最大透过率可达80以上。

石英管的电阻值相当于普通玻璃的一万倍，是极好的电绝缘材料，即使在高温下也具有良好的电性能。石英管由于具有上述优良的理化性能，因此被广泛的应用于电光源、半导体、光通信、军工、冶金、建材、化学、机械、电力、环保等各个领域。其国标规格如下：

4.2.6 PEEK管

PEEK是一种性能优异的特种工程塑料，与其他特种工程塑料相比具有诸多显著优势，PEEK具有耐高温、机械性能优异、自润滑性好、耐化学品腐蚀、阻燃、耐剥离性、耐辐照性、绝缘性稳定、耐水解和易加工等优异的性能。

PEEK管，中文名称为聚醚醚酮管，PEEK管不仅耐热性比其他耐高温塑料优异，而且具有高强度、高模量、高断裂韧性以及优良的尺寸稳定性。PEEK管材广泛的应用于各种不同的行业，特别是石油和天然气行业以及半导体行业。

5 参考文献

• SMC（中国）有限公司. (2008.5). 现代实用气动技术（第三版）. 北京: 机械工业出版社.
• 郭方准. (2012.7). 实用真空技术. 大连: 大连理工大学出版社.
• 全国螺纹标准化技术委员会. (2009). 公制,美制和英制螺纹标准手册. 北京: 中国标准出版社.
• 付平，常德功. (2009.4). 密封设计手册. 北京: 化学工业出版社.
• 闻邦椿主编. (2017.12). 机械设计手册 第四卷. 北京: 机械工业出版社.
• GB/T 3091-2015 低压流体输送用焊接钢管. 北京: 中国标准出版社, 2015.
• GB/T 9124.1-2019 钢制管法兰 第一部分：PN系列. 北京: 中国标准出版社, 2019.
• GB/T 9124.2-2019 钢制管法兰 第二部分：Class系列. 北京: 中国标准出版社, 2019.
• GB/T 14976-2012 流体输送用不锈钢无缝钢管. 北京: 中国标准出版社, 2012.
• GB/T 1048-2019 管道原件 公称压力的定义和选用. 北京: 中国标准出版社, 2019.
• JC/T 597-2011 半导体用透明石英玻璃管. 北京: 中国标准出版社, 2011.
• JB/T 6658-2007 气动用O形橡胶密封圈沟槽尺寸和公差. 北京: 中国标准出版社, 2007.