密封設(shè)計導(dǎo)讀

1、真空密封方式一、 前言 真空設(shè)備為了隔絕大氣，各零件管路或子系統(tǒng)間之連接處、電源訊號引入及機械運動之傳動、視窗、閘門等，且在真空系統(tǒng)中通常包含了各種不同形狀與材料之零組件，有時必須更換現(xiàn)有零件甚或使用時必須隨時開啓與關(guān)閉真空室，因此必須以各種封合方法加以接合。其密封品質(zhì)是真空系統(tǒng)性能良窳之重要指標。使用真空封合材料考慮的因素包括：系統(tǒng)壓力、溫度、材料滲漏、材料逸氣、材料蒸氣壓及封合預(yù)壓等。正確的設(shè)計密封機構(gòu)，並選擇適當(dāng)?shù)姆夂喜牧希寄苓_成預(yù)期的真空性能。二、 真空絕漏裝置之種類 真空絕漏通?？煞譃榭刹鹦斗夂虾筒豢刹鹦吨谰梅夂?，其中可拆卸封合又可分為靜態(tài)封合和動態(tài)封合。靜態(tài)封合是指連接之管路或

2、腔體無相對運動之封合；動態(tài)封合是連接之零件間有相對運動的條件下所做的封合；永久封合則是泛指焊接。1.可拆卸封合1-1 O型環(huán)：為可拆卸封合最常使用的方式，截面通常為圓形，其以彈性體製成，常用的材質(zhì)為Viton及NBR兩種，依環(huán)境溫度選擇較適用之材質(zhì)。a. 規(guī)格及定義：O-ring之選用，需視其內(nèi)徑及線徑是否適用。依其使用之場合分為以下之系列別。P系列：運動用、固定用、油壓用。G系列：固定用。S系列：固定用。V系列：真空用。b.O型環(huán)之應(yīng)用：圖示為靜態(tài)之O-ring封合，動態(tài)之O-ring封合見另文廠內(nèi)常用之真空引入。 O-ring配合中心環(huán)之實例O-ring與法蘭之實例雙O-ring之應(yīng)用實例

3、O-ring密封螺紋管路之錐形壓縮封合c.O-ring溝之設(shè)計：槽的大小尺寸及形狀決定於O-ring所受的壓力，通常 O-ring的設(shè)計壓縮比多取10%到25%。一般來說我們設(shè)計的形狀多為方 形槽及鳩尾槽斷面的溝，其對O-ring的壓縮比均為25%，但在廠內(nèi)實際 的設(shè)計上採用20%的壓縮比，不同之O-ring溝設(shè)計比較如下。 靜態(tài)之O-ring封合：O-ring溝型式方型槽鳩尾槽斷面圖示W(wǎng)：溝槽的寬度D：溝槽的深度d：O-ring的線徑W：溝槽的寬度D：溝槽的深度d：O-ring的線徑尺寸設(shè)計1.Dd×0.72.Wd0.53.如W較小，Wd或d0.11.Dd×0.72.Wd

4、×0.953.如W較小，Wd或d0.1適用情況適合用於水平安裝且無須常開關(guān)之處。適合用於垂直的法蘭、須常開關(guān)之處或是從下側(cè)開啟的接頭。優(yōu)點加工成本低。1. 防止O-ring脫落。2. 避免O-ring變形，以增加使用壽命。缺點若使用在垂直安裝、倒放或常開關(guān)、拆卸之處時，O-ing容易脫落。1. 其溝寬較O-ring線徑小，故圈裝入溝時須稍加力壓縮通過，且O-ring裝入後不易取出。2. 加工成本高。 說明：O-ring溝的內(nèi)徑需與O-ring的實際內(nèi)徑相合，O-ring的內(nèi)徑不可過小， 將O-ring拉大套入的話會使真空密閉的效果不佳。通常O-ring的內(nèi)徑 與O-ring溝的內(nèi)徑緊

5、密配合為最佳。但在某些特殊情況如方鍵用於垂 直法蘭則常採取稍大的溝內(nèi)徑使O-ring套在其上而不易脫落。 O-ring溝底部應(yīng)精密加工，不可有刮痕在溝中，至少均應(yīng)有三個加工 符號。否則易因壓力差而漏入氣體影響真空度。軸動態(tài)之O-ring封合軸錐形以利O-ring進出(a) O-ring套於軸上(b) O-ring嵌於封合體內(nèi)壁 說明：(表一)為軸封時各尺寸之間的關(guān)係。 圖(a)：A為O-ring溝銑完後軸的最小直徑；B為軸的直徑。 圖(b)：A為軸的直徑；B為O-ring溝銑完後O-ring溝的最大直徑。 B-A：為B的長度與A的長度之差。表一c.O-ring材質(zhì)特性之比較O-ring/Mat

6、erialO-ring /VitonO-ring /NBRMax. Temp.15080Max. Vacuum10-9Torr10-8Torr耐酸鹼性有無價格高低 d.使用O-ring之注意事項O-ring通常為規(guī)格品，設(shè)計或使用時必須考慮其既定尺寸大小。 若在規(guī)格品中未能選到適合之O-ring，可使用圓條以膠合方式接合作 成，以取代重新開模之高成本，但接合需要技巧。 應(yīng)使用適當(dāng)大小之O-ring，太小時壓縮比不夠易於漏氣，太大時會造 成剪應(yīng)變。 O-ring表面必須潔淨(jìng)，避免灰塵或棉絮等物。 避免O-ring表面有刮痕，發(fā)生永久變形之O-ring不可再使用。 O-ring使用時須塗抹真空油膏

7、（Vacuum grease），油脂可填補O-ring及法蘭上之凹陷部份，但不能使用過量。 1-2油封a. 特點：油封溝槽之加工成本較O-ring溝低，且拆裝方便，適用於旋轉(zhuǎn)運動。其耐真空度為10-7 torr，較O-ring之真空度差。建議使用在系統(tǒng)輸送腔等真空程度較低之場合。下圖為廠內(nèi)之機械臂模組應(yīng)用實例。b.規(guī)格及定義：依其結(jié)構(gòu)可分成多種規(guī)格，在此僅討論廠內(nèi)常用之系列。 S系列：嵌入彈簧，外包橡皮。 D系列：嵌入彈簧，外包橡皮，附防塵裝置。 DM系列：嵌入彈簧，外包金屬，附防塵裝置。 其中S及D系列適用於內(nèi)外軸均須絕漏之場合。 1-3 U-Packinga. 特點：U-Packing溝槽

8、之加工成本較O-ring溝低，且拆裝方便，適用於 直線運動。其耐真空度為10-7 torr，較O-ring之真空度差。建議使用在 系統(tǒng)輸送腔等真空程度較低之場合。下圖為廠內(nèi)之空壓缸模組應(yīng)用實 例。 b.規(guī)格及定義：以U-Packing之內(nèi)徑×外徑×厚度做為其尺寸之選用。 1-4無氧銅（OFHC） CF/CR之絕漏裝置無氧銅墊片，其作用方式乃以法蘭本身的刀口 直接擠壓無氧銅墊片，使無氧銅墊片產(chǎn)生形變，以達成氣密絕漏之目的。 無氧銅墊片通常只可使用一次，如裝配技術(shù)良好，可使用二到三次。其 特性如下：O-ring/MaterialOFHCTemp.-200450Vacuumtor

9、r無氧銅與CF法蘭之封合結(jié)構(gòu)圖 1-5銀片（Gasket） 類似CF法蘭，其利用銀片作為絕漏裝置，銀片的功能與無氧銅墊片相同。 當(dāng)一組公母接頭相互鎖緊時，其端面之刀口嵌入銀片而達到絕漏效果， 其真空程度可達10-9Torr，可用於超高真空或防止毒氣外漏,如下圖示。 廠內(nèi)常用於N2與高壓空氣進入真空腔體前的配管接頭。,使用之規(guī)格尺 寸有1/8、1/4、3/8、1/2、3/4 及 1吋。材質(zhì)有：316L及316不鏽鋼。本體銀片螺帽VCR接頭組結(jié)構(gòu)圖 1-4無氧銅墊片及銀片使用注意事項a. 組裝前須以丙酮擦拭封合面，所使用的布料或紙須為無塵無線頭的材 質(zhì)。b.若金屬墊圈非新品，須以丙酮擦拭清潔。c.

10、無氧銅墊片通常只可使用一次，如裝配技術(shù)良好，可使用二到三次。d.組合法蘭與OFHC時，以漸進方式鎖緊，並注意依對角方式鎖螺栓。e.鎖緊法蘭所用的螺絲應(yīng)與法蘭使用相同材料，以避免因為溫度變化時， 不同的膨脹造成鬆動和漏氣。f.組裝過程中，應(yīng)逐一測漏，並正確地防漏及堵漏，以確保系統(tǒng)之真空 性能。2.永久封合 永久性封合是以焊接接合真空系統(tǒng)管路元件、腔體、視窗或引入絕緣封合等。 焊接的方式很多，在此僅討論廠內(nèi)最常使用的氬焊。其是利用鎢條能承受高 溫，進而兩端放電，讓兩工件焊接處遇高溫熔融，即不用填料，只須讓工件 彼此接合，就可焊接在一起，工件變形小，可以得到較佳的氣密性和機械強 度。真空永久封合焊接形式 焊接注意事項： 2-1欲焊接的兩工件之材質(zhì)應(yīng)相同，才不導(dǎo)致焊接不易及不牢靠。 2-2工件與工件間的圓孔配合，最好設(shè)計成緊配，這樣可以使工件間的定位 更精準且不易走位，焊起來較能達到所需的要求。 2-3薄圓管而言，圓孔內(nèi)的導(dǎo)角不要太大(最好不要導(dǎo)角)，會導(dǎo)致肉厚太小， 不好焊接。 2-4法蘭與圓管焊接時，如下圖所示，須注意尺