摘要
金属密封作为一种特殊的密封材料，在高温、高压、辐射和腐蚀性介质等恶劣工作环境中已经使用了几十年。到目前为止，市场上已经出现了如此多的各种金属密封件来匹配不同的应用，以至于新用户有时会困惑于如何从中进行选择，而如何设计金属密封解决方案变得至关重要。如果您正在考虑在工程设计中使用金属密封件，但不确定使用哪种金属密封圈，那么本文适合您。本文介绍了金属密封类型的发展，并解释了您的操作条件如何决定金属密封类型。
金属O形圈及其增强形式
金属O形圈是最基本的金属密封件。金属O形圈由高强度金属管制成，适用于恶劣工作环境。它们是一种可忽略回弹的高压/高温密封解决方案。由于其独特的结构和材料，金属O形圈可用于高温（高达750°C）、低温（低至-270°C）、高压（高达150Mpa）、高真空（高达1E-9 mmHg）和其他恶劣的静态密封情况。
通常情况下，标准金属O形圈应在低压（低于10bar）和高温（低于500°C）条件下使用。如果压力升高，建议在金属O形圈（也称为通风金属O形圈）上开通风孔，以便使用系统压力提高密封性。如果压力非常高，例如超过100Mpa，则可以考虑在金属O形圈管内安装弹簧。为了应对过大的压力，内部的弹簧可能会变得柔软。
在某些应用中，工作温度相当高（>600°C）；在这种情况下，应考虑使用充气金属O形圈。与标准金属O形圈相比，充气金属O形圈内的气体在高温下膨胀，使金属管更难变形。
金属C形圈及其增强形式
某些密封应用受到法兰载荷、法兰移动或两个变量组合的限制，因此，各种金属密封设计（如金属C形圈）被用作金属O形圈的替代品。
C型环与金属O型环在类似应用中使用，但提供了额外的灵活性和更低的法兰负载要求。装配时的线性压缩与法兰密封相当，约为20%，但实现这一点所需的力约为等效金属O形圈的一半。由于C暴露在压力下，因此必须为外部和内部压力应用正确设计和安装。
其中一种金属C形圈，设计用于在核部门和其他需要最小泄漏的应用中提供高完整性密封。紧密包裹的螺旋弹簧被一个或两个金属套包围。当使用两个金属套时，内部金属环将能量从弹簧转移到外部金属层。外层由多种涂层材料制成，包括高纯度银，比法兰槽表面更耐用。
应用区域包括高达350 MPa的真空和高达750°C的低温。弹簧增加了额外的拉伸强度，以考虑法兰移动。增强的弹簧压缩导致法兰负载大于金属O形环和C形环。压缩至16%的设计标准需要200–700N/mm。
金属V形圈
在某些应用中，如燃气轮机、旋转装置、阀门或涡轮增压器，螺栓力较低，但需要显著的回弹。如果泄漏率要求较低（如1E-7mbar*l/s），则金属V形圈适用于该应用。金属V形圈构建在金属“V”基底上；预载需求大大低于相应的金属C型圈和金属O型圈，但回弹性能几乎是金属O型圈的10倍和金属C型圈的4倍。
金属U形圈（用于轴向压力的金属C形圈）
与金属O形圈相比，金属C形圈提供了更好的灵活性，因此金属C形圈也可以设计为适应轴向压力。在这种情况下，它也被称为金属U形圈，其子状态更像“U”形。金属U型圈的典型应用是活塞密封、杆密封、螺栓和阀门应用。
金属E型圈（W型圈）
在某些操作条件下，如航空航天和管道应用，其温度较高，需要比V型环更高的回弹性能，但可以提供更低的法兰载荷（5-25N/mm）。然后针对这些应用设计了金属E型圈（W型圈）。密封件的标准材料为高镍合金N07718（合金718）。由于合金718的物理性能，金属E形环可以实现最高的回弹。
总结
金属密封设计是一项系统工程。要为您的应用选择最佳的金属密封类型，不仅要考虑泄漏率要求，还要考虑所有工作变量，如温度、压力、法兰负载和法兰移动。如果您不确定在您的应用中使用哪种金属密封件，请联系Sonkit寻求最佳解决方案。
