垫片是法兰连接系统的核心元件,其力学性能对法兰系统密封性能的影响很大。压缩回弹性能是垫片主要力学性能,影响法兰密封的可靠性。目前,具有非金属覆盖层齿形组合垫片在石油化工等行业中已经得到了广泛使用,但对其力学行为的研究有限,有必要展开对金属齿形组合垫片的压缩回弹性能的研究。首先,采用试验方法研究四种不锈钢骨架材料(304、304L、316、316L)和两种非金属覆盖层(柔性石墨和聚四氟乙烯)组合而成的金属齿形垫片压缩回弹性能,设计了常温循环加、卸载和重复加、卸载两种加载方式。试验研究表明:压缩率由大到小的金属骨架材料依次为:304L,304,316L,316;垫片的回弹率由大到小的金属骨架材料依次为316,316L,304,304L;柔性石墨组合垫片压缩率较聚四氟乙烯组合垫片的大;304和304L骨架柔性石墨组合垫片回弹率较聚四氟乙烯组合垫片的小,316和316L骨架柔性石墨组合垫片的回弹率较聚四氟乙烯组合垫片的大。循环加、卸载与直接加载至设计载荷试验结果比较,两种方法所得垫片压缩率和回弹率基本一致。对垫片重复加、卸载试验发现,垫片的压缩率随着试验次数增加而减小,而回弹率增加,但增加或减小的趋势都较为平缓。对四种不锈钢骨架材料柔性石墨齿形组合垫片进行压缩回弹性能有限元模拟。模拟结果与常温试验条件下的压缩回弹性能变化趋势具有高度一致性;模拟高温环境下四种不锈钢骨架材料垫片压缩回弹性能,差异很大。316垫片压缩回弹性能最好,其次为304垫片,304L垫片与316L垫片在高温条件下力学性能较差。螺栓预紧力和介质压力固定不变,数值模拟高温条件下四种不锈钢骨架材料柔性石墨组合垫片应力变化。垫片应力沿周向分布比较均匀,沿径向由内侧向外侧逐渐增加;垫片压缩回弹性能的好坏直接影响垫片表面应力分布的均匀程度。316垫片因具有良好的压缩回弹性能,垫片表面应力分布更加均匀,与其他三种不锈钢材料相比,有效密封面积更大,且随着环境温度的增加,316垫片内、外侧应力衰减程度小。