CN116838793A - 一种复合材料耐压壳体与金属法兰的密封连接结构及连接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种复合材料耐压壳体与金属法兰的密封连接结构及连接方法，连接结构包括：复合材料耐压壳体和金属法兰，复合材料耐压壳体的端部设有环形凸缘，金属法兰的端部设有环形凹槽，环形凸缘***环形凹槽中，环形凸缘与环形凹槽接触的区域通过粘接剂粘接，在环形凸缘与环形凹槽的插接区域沿金属法兰的周向间隔设置多个紧固件；环形凹槽的底部与环形凸缘之间填充有密封圈，环形凹槽的底部与环形凸缘、密封圈形成的空隙中填充有密封剂。该连接结构及连接方法，胶接连接和机械连接共用，具有良好的耐交变载荷能力，具有较高的承载性能；以密封圈为主密封剂为辅密封结构可靠性高，同时满足了复合材料耐压壳体与金属法兰连接的强度与密封性要求。
Description
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种复合材料耐压壳体与金属法兰的密封连接结构及连接方法。
背景技术
自纤维增强树脂基复合材料问世以来，其优异的性能受到各个行业的青睐，被广泛地应用于国防军事、航空航天、信息技术、能源工程、船舶与海洋工程等领域。与钢质材料相比，复合材料具有：质量轻，比强度高，抗冲击强度好；抗疲劳性能好；无磁性，可以达到很好的隐身功能，有效躲避多种打击装备；耐蚀性好，可延长寿命，抗海生物附着，减少维修；可按照需求性能自行制作；表面多次加工；此外还有优良的声/介电性能、耐高温、减震性等一系列优点。
复合材料舰船是复合材料在船舶与海洋工程领域最重要的应用之一。目前，复合材料壳体与金属法兰进行连接构成单独舱段的耐压壳体，再通过金属法兰与其他舱段进行配合连接的形式，较为合理，其中复合材料壳体自身已经具有良好的设计能力和耐压、防渗等功能的实现，随着耐压壳体应用的水深、壳体的尺寸、后续的工作环境等技术参数不断的提高，对于复合材料壳体与金属法兰的连接结构提出较高的性能及可靠性的要求。目前，复合材料耐压壳体与金属法兰的主要连接方式是粘接连接，但粘接工艺无法同时实现高强度连接、好的密封效果，且耐疲劳性能较差，并且粘接连接受到成型工艺参数、人为因素影响较大，产品离散大。
公开号为CN 115076369 A的中国专利文献公开了一种复合材料耐压壳体端口的密封结构及其制备方法，该发明使用金属连接环与复合材料壳体相连接，并设有凸缘伸入复合材料壳体端口，加长复合材料与金属连接环的粘接面积，同时，在金属连接环上加装密封法兰，并使用密封圈进行密封。该发明通过加长粘接面积来提高密封可靠性，这种方法可获得较好的耐外水压载荷的能力，因为法兰凸缘会起到较强的支撑作用，但这样会大大增加的壳体整体的重量，还会加大粘接面边缘位置的应力值，在受载时会成为薄弱点，且粘接面在承载时存在无法良好协同的现象，表现为粘接面局部过载导致脱粘，继而整体失效，最后粘接面过大导致成型工艺施工难度提高，对于粘接一致性、粘接层厚度、胶层分布状态都难以保证。公开号为CN110285215A的中国专利文献公开了一种开孔复合材料封头的密封结构及方法，通过粘接的方式将金属堵头与复合材料封头进行连接，使用径向密封和端面密封多道密封圈结构协同进行更可靠的密封，将复合材料封头密封。但是，由于堵头在水下载荷环境下，其受力方向和形式单一，通常仅为外水压，且堵头面积尺寸较小，采用上述密封结构可满足其对连接强度、密封性的要求。而对于复合材料耐压壳体与金属法兰的连接，复合材料耐压壳体端口作为本舱段复合材料与金属法兰密封以及舱段之间连接用途，在水下受力时，既存在径向的外水压作用还存在运动时的轴向载荷，且在运输、存放、吊装等不同需求工况下的复杂受力环境，其对连接强度和密封性的要求，远远高于上述小尺寸的端面堵头密封连接结构，上述结构无法满足复合材料耐压壳体与金属法兰连接的要求。
因此，需要提供一种结构强度高，密封性能好的可应用于水下装备类产品的复合材料耐压壳体与金属法兰连接结构。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种复合材料耐压壳体与金属法兰的密封连接结构及连接方法，采用胶接连接和机械连接共用的连接形式，使该连接结构具有良好的耐交变载荷能力，在多种工况下具有较高的承载性能；采用密封圈与密封剂的协同设计，形成以密封圈为主密封剂为辅的可靠性高的密封结构，解决了复合材料耐压壳体与金属法兰连接的强度与密封性能同时要求的技术难题。
为了解决上述问题，本发明的第一方面提供一种复合材料耐压壳体与金属法兰的密封连接结构，包括：
复合材料耐压壳体和金属法兰，所述复合材料耐压壳体的端部设有环形凸缘，所述金属法兰的端部设有环形凹槽，所述环形凸缘***所述环形凹槽中，所述环形凸缘与所述环形凹槽接触的区域通过粘接剂粘接，在所述环形凸缘与所述环形凹槽的插接区域沿所述金属法兰的周向还间隔设置多个紧固件，所述紧固件将所述环形凸缘与所述环形凹槽固定；所述环形凹槽的底部与所述环形凸缘之间填充有密封圈，所述环形凹槽的底部与所述环形凸缘、所述密封圈形成的空隙中填充有密封剂。
优选地，在所述环形凸缘与所述环形凹槽的插接区域沿所述金属法兰的周向间隔设置多个安装孔，所述复合材料耐压壳体的所述环形凸缘上的对应位置设有通孔；所述紧固件穿设于所述安装孔中，所述安装孔中所述紧固件的外侧还依次设有密封垫和螺塞，所述螺塞与所述安装孔螺纹连接。
优选地，所述紧固件为螺钉，所述螺钉为M10螺钉；多个所述螺钉沿所述金属法兰的周向间隔50-157mm设置。
优选地，所述密封剂为液态橡胶密封剂。
优选地，所述粘接剂为高韧性粘接剂。
本发明的第二方面提供一种复合材料耐压壳体与金属法兰的密封连接方法，包括以下步骤：
S1.制备复合材料耐压壳体，所述复合材料耐压壳体的端部设有环形凸缘，在金属法兰的端部加工环形凹槽；
S2.将密封剂涂覆于密封圈的表面，并在所述环形凹槽的底部中装入所述密封剂，然后将涂覆有密封剂的所述密封圈装入所述环形凹槽底部；
S3.在所述环形凸缘与所述环形凹槽接触的区域上设置粘接剂；
S4.将所述复合材料耐压壳体的环形凸缘***所述金属法兰的环形凹槽中，并对所述粘接剂进行固化；
S5.在所述环形凸缘与所述环形凹槽的插接区域沿所述金属法兰的周向间隔加工多个安装孔，将紧固件设于安装孔中，使所述环形凸缘与所述环形凹槽固定，完成所述复合材料耐压壳体与所述金属法兰的密封连接。
优选地，还包括在步骤S3之前，对所述金属法兰的所述环形凹槽的与所述环形凸缘接触的区域进行喷砂或打磨处理。
优选地，还包括在步骤S2中将涂覆有密封剂的所述密封圈装入所述环形凹槽底部之前，对步骤S3中所述环形凸缘与所述环形凹槽接触的区域进行保护。
优选地，还包括在所述复合材料耐压壳体的所述环形凸缘上、所述金属法兰的所述环形凹槽的与所述环形凸缘接触的区域加工斜度，斜度为3°-7°。
优选地，还包括在步骤S5中将所述紧固件设于所述安装孔中之前，在所述紧固件的外侧涂所述粘接剂。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明的复合材料耐压壳体与金属法兰的密封连接结构及连接方法，对于连接强度，使用胶接连接和机械连接共用的连接形式，机械连接作为刚性连接，起到恒载荷或突发载荷情况下的主要承载连接结构，进行结构仿真计算及强度设计较为容易，性能转换率较高，设计成熟度高，安全可靠，粘接连接可在承受交变载荷环境下，起到缓冲保护连接结构的功能，因此，使该连接结构具有良好的耐交变载荷能力，在多种工况下具有较高的承载性能；
本发明的复合材料耐压壳体与金属法兰的密封连接结构及连接方法，对于密封性，采用密封圈与密封剂的协同设计，针对水下装备类复合材料耐压壳体可能的使用环境，包括大水深压力环境、交变压力环境等，使用密封圈这种具有良好环境耐久性的材料，进行密封，在环形凹槽与密封圈之间的位置，设置密封剂，形成以密封圈为主密封剂为辅的可靠性高的密封结构；
本发明的复合材料耐压壳体与金属法兰的密封连接结构及连接方法，对于不同壁厚的复合材料耐压壳体均有良好的适应性，同时，金属法兰可实现与其他舱段的连接设计，设计自由度较大，适合二次开发，具有较广泛的推广应用价值。
附图说明
图1是本发明实施例所述的复合材料耐压壳体与金属法兰的密封连接结构的结构示意图；
图2是本发明实施例所述的复合材料耐压壳体与金属法兰的密封连接结构的局部放大图。
其中：1-复合材料耐压壳体；2-金属法兰；3-环形凸缘；4-环形凹槽；5-螺钉；6-密封圈；7-安装孔；8-通孔；9-密封垫；10-螺塞。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
目前，复合材料耐压壳体与金属法兰的主要通过粘接进行连接，但粘接工艺无法同时实现高强度连接、好的密封效果，且耐疲劳性能较差。
为此，本发明实施例的第一方面提供一种复合材料耐压壳体与金属法兰的密封连接结构，包括：
复合材料耐压壳体和金属法兰，所述复合材料耐压壳体的端部设有环形凸缘，所述金属法兰的端部设有环形凹槽，所述环形凸缘***所述环形凹槽中，所述环形凸缘与所述环形凹槽接触的区域通过粘接剂粘接，在所述环形凸缘与所述环形凹槽的插接区域沿所述金属法兰的周向还间隔设置多个紧固件，所述紧固件将所述环形凸缘与所述环形凹槽固定；所述环形凹槽的底部与所述环形凸缘之间填充有密封圈，所述环形凹槽的底部与所述环形凸缘、所述密封圈形成的空隙中填充有密封剂。
本发明实施例的复合材料耐压壳体与金属法兰的密封连接结构，对于连接强度，使用胶接连接和机械连接共用的连接形式，机械连接作为刚性连接，起到恒载荷或突发载荷情况下的主要承载连接结构，进行结构仿真计算及强度设计较为容易，性能转换率较高，设计成熟度高，安全可靠，粘接连接可在承受交变载荷环境下，起到缓冲保护连接结构的功能，因此，使该连接结构具有良好的耐交变载荷能力，在多种工况下具有较高的承载性能；对于密封性，采用密封圈与密封剂的协同设计，针对水下装备类复合材料耐压壳体可能的使用环境，包括大水深压力环境、交变压力环境等，使用密封圈这种具有良好环境耐久性的材料，进行密封，在环形凹槽与密封圈之间的位置，设置密封剂，形成以密封圈为主密封剂为辅的可靠性高的密封结构。
优选地，在所述环形凸缘与所述环形凹槽的插接区域沿所述金属法兰的周向间隔设置多个安装孔，所述复合材料耐压壳体的所述环形凸缘上的对应位置设有通孔；所述紧固件穿设于所述安装孔中，所述安装孔中所述紧固件的外侧还依次设有密封垫和螺塞，所述螺塞与所述安装孔螺纹连接。密封垫可进一步对紧固件安装孔处进行密封，螺塞可将该密封结构固定在安装孔中。
其中，多个紧固件沿金属法兰的周向间隔可根据金属法兰的尺寸进行调整，优选地，紧固件的间距为50-157mm。间距指相邻的两个紧固件在金属法兰周向上相连形成的弧长。进一步优选地，紧固件的间距为90-120mm。考虑到复合材料耐压壳体受应力集中会有较明显的性能下降，机械连接的紧固件间距不应过小，但要保证连接强度，紧固件间距也不可过大。经实验尝试发现，紧固件间距采用上述范围的数值时，可在复合材料耐压壳体性能不明显降低的基础上显著提高连接强度。
其中，紧固件可以为螺钉、销钉、螺栓、铆钉及与其配合的附件。优选地，所述紧固件为螺钉。其中，螺钉的规格可根据实际产品尺寸进行选择，优选地，所述螺钉为M10螺钉。螺钉尺寸决定其对复合材料壳体的局部结构破坏的大小，会显著影响复合材料壳体的性能，而采用上述型号的螺钉，承载性能较高，应力集中现象导致的复合材料壳体性能下降也未凸显。
其中，粘接剂为结构粘接剂，结构粘接剂即结构胶，是指强度高，能承受较大荷载，适用于承受强力的结构件粘接的胶粘剂。例如环氧树脂结构胶、聚氨酯结构胶、厌氧胶结构胶、压敏胶等。对于粘接剂的选择，可根据复合材料耐压壳体后续应用工序具体选型，比如对于需要进行装填的壳体，需要粘接剂满足装填温度要求，壳体存在验证试验的，如高低温试验、老化试验等要求的，粘接剂的性能需要满足试验条件的要求。
优选地，所述粘接剂为高韧性粘接剂。高韧性粘接剂指粘接剂满足高韧性、高强度的特点，并且高韧性属性的优先级大于高强度。由于复合材料在热膨胀、受载应变等方面与金属均有较大的差异，特别是碳纤维复合材料，这种材料的热膨胀行为与金属相反。这些组件材料质地的差异，在不同环境下导致的复合材料耐压壳体和金属法兰之间存在着不可忽视的层间内应力，高强度的结构粘接剂，可增大粘接强度，抵消热应力或载荷工况的应力，但高强度的结构粘接剂在交变压力、温度载荷工况下表现不佳。与高强度结构粘接剂不同的是，高韧性的粘接剂，通常粘接强度低于高强度粘接剂，具有较大的形变量，更加优秀的耐疲劳性能，高韧性的结构粘接剂可通过自身的形变量，抵消热膨胀行为或载荷工况的变形差异。例如，高韧性粘接剂可以是环氧-聚酰胺粘接剂、环氧-聚氨酯粘接剂、丙烯酸类粘接剂等。最优选的，高韧性粘接剂为环氧-聚酰胺粘接剂。
本发明实施例的复合材料耐压壳体与金属法兰的密封连接结构，采用机械连接的形式作为主要承载结构，采用以高韧性为主，兼顾强度的高韧性的结构粘接剂提供长期可靠、耐交变载荷的密封功能。
优选地，复合材料耐压壳体与金属法兰的粘接面同轴度不大于0.05。保证二者有很好的同心度。
其中，密封圈的具体形状不进行限定，例如可以为O型、C型、方形，优选O型密封圈。密封圈的材质不进行特别限定，只要其具有一定的密封效果即可，例如可选用橡胶密封圈，聚氨酯密封圈等，优选橡胶密封圈。其中，橡胶密封圈具体可以选用丁腈橡胶密封圈、硅橡胶密封圈、三元乙丙橡胶密封圈、丁氟橡胶密封圈等，最优选的，橡胶密封圈为硅橡胶密封圈。
其中，密封剂的具体成分不进行限定，只要其具有一定的密封效果即可，例如可采用橡胶密封剂、结构胶等进行密封。优选地，密封剂为橡胶密封剂，橡胶密封剂与橡胶密封圈的材质相同，相容性更高，密封效果更好。进一步优选地，密封剂为液态橡胶密封剂，使用液态橡胶密封剂与结构胶相比，若密封结构处使用结构胶，则密封圈被结构胶所包围，即使密封圈处于压缩状态，在密封圈的边缘与金属法兰上的环形凹槽相接触的位置也会存在一层薄薄的结构胶层，结构胶层在压力环境下，特别是交变压力环境下，可能与金属环形凹槽发生脱粘分层，导致密封圈处出现微裂纹，继而出现密封结构失效的隐患，因此，在密封圈及密封槽处使用液态橡胶是一种高可靠性的密封结构设计思路。进一步优选地，液态橡胶密封剂的材料与密封圈的材料相同或相近，例如，密封圈采用硅橡胶密封圈，则采用硅液态橡胶密封剂，这样橡胶密封剂与密封圈在受压后能够更好的结合一体。进一步优选地，液态橡胶密封剂采用XM23室温硫化密封剂，XM23室温硫化密封剂基料为液体硅橡胶，密封圈采用硅橡胶，采用该种密封剂及密封圈配套密封，橡胶密封剂与复合材料和金属均有较好的粘接性能，进一步保证密封效果。
本发明的第二方面提供一种复合材料耐压壳体与金属法兰的密封连接方法，包括以下步骤：
S1.制备复合材料耐压壳体，所述复合材料耐压壳体的端部设有环形凸缘，在金属法兰的端部加工环形凹槽；
S2.将密封剂涂覆于密封圈的表面，并在所述环形凹槽的底部中装入所述密封剂，然后将涂覆有密封剂的所述密封圈装入所述环形凹槽底部；
S3.在所述环形凸缘与所述环形凹槽接触的区域上设置粘接剂；
S4.将所述复合材料耐压壳体的环形凸缘***所述金属法兰的环形凹槽中，并对所述粘接剂进行固化；
S5.在所述环形凸缘与所述环形凹槽的插接区域沿所述金属法兰的周向间隔加工多个安装孔，将紧固件设于安装孔中，使所述环形凸缘与所述环形凹槽固定，完成所述复合材料耐压壳体与所述金属法兰的密封连接。
本发明实施例所述的复合材料耐压壳体与金属法兰的密封连接方法，使用胶接连接和机械连接共用的连接形式，粘接连接可在承受交变载荷环境下，起到缓冲保护连接结构的功能，机械连接作为刚性连接，起到恒载荷或突发载荷情况下的主要承载连接结构，使得到的连接结构具有良好的耐交变载荷能力，在多种工况下具有较高的承载性能；采用密封圈与密封剂的协同设计，针对水下装备类复合材料耐压壳体可能的使用环境，包括大水深压力环境、交变压力环境等，使用密封圈这种具有良好环境耐久性的材料，进行密封，在环形凹槽与密封圈之间的位置，设置密封剂，形成以密封圈为主密封剂为辅的可靠性高的密封结构。
在一些实施例中，还包括在步骤S3之前，对所述金属法兰的所述环形凹槽的与所述环形凸缘接触的区域进行喷砂或打磨处理。即环形凹槽中，密封圈、密封剂填充的位置不进行喷砂或打磨处理。对粘接面进行喷砂或打磨处理，可提高粘接性能。
在一些实施例中，还包括在步骤S2中将涂覆有密封剂的所述密封圈装入所述环形凹槽底部之前，对步骤S3中所述环形凸缘与所述环形凹槽接触的区域进行保护。
在一些实施例中，还包括在所述复合材料耐压壳体的所述环形凸缘上、所述金属法兰的所述环形凹槽的与所述环形凸缘接触的区域加工斜度，斜度为3°-7°。在不影响机械连接的前提下，适当增加斜度可以有效提高粘接性能。
实施例1
本实施例的复合材料耐压壳体与金属法兰的密封连接方法，包括以下步骤：
（1）按照加工图纸制备碳纤维增强树脂基复合材料耐压壳体，直径为300mm，复合材料耐压壳体1的端部设有环形凸缘3，环形凸缘3的厚度为5mm，按照加工图纸在金属法兰的端部加工环形凹槽，环形凹槽4的厚度为5mm；在复合材料耐压壳体的环形凸缘上、金属法兰的环形凹槽的与环形凸缘接触的区域加工斜度，斜度为3°；
（2）对金属法兰的环形凹槽的与环形凸缘接触的区域进行喷砂处理，环形凹槽中，密封圈、密封剂填充的位置不进行喷砂处理；
（3）取O型丁腈橡胶密封圈，将密封圈清理干净，去除杂质灰尘，配置液态丁腈橡胶密封剂，将密封剂涂覆于密封圈的表面，并在环形凹槽的底部中涂抹适量液态丁腈橡胶密封剂，然后将涂覆有密封剂的密封圈推入环形凹槽底部，过程中对环形凸缘与环形凹槽接触的区域进行保护；
（4）配置环氧-聚酰胺粘接剂，均匀涂抹在复合材料耐压壳体粘接面及金属法兰粘接面，无漏涂；
（5）将复合材料耐压壳体的环形凸缘***金属法兰的环形凹槽中，使用工装或其他方式，将复合材料耐压壳体及金属法兰紧固，粘接静置或固化过程保证复合材料耐压壳体及金属法兰不会发生松动，并对粘接剂进行固化；
（6）粘接固化完成后，拆卸工装，清理残胶；
（7）使用设备机床，在环形凸缘与环形凹槽的插接区域沿金属法兰的周向间隔加工多个安装孔，在螺钉的外侧涂高韧性环氧粘接剂，将螺钉紧固至安装孔中，依次放入密封垫和螺塞压紧，并进行固化，完成复合材料耐压壳体与金属法兰的密封连接。
如图1、图2所示，本实施例的连接方法得到的复合材料耐压壳体与金属法兰的密封连接结构，包括：
复合材料耐压壳体1和金属法兰2，复合材料耐压壳体1为碳纤维增强树脂基复合材料壳体，直径为300mm。复合材料耐压壳体1的端部设有环形凸缘3，环形凸缘3的厚度为5mm，金属法兰2的端部设有环形凹槽4，环形凹槽4的厚度为5mm，环形凸缘3***环形凹槽4中，环形凸缘3与环形凹槽4接触的区域通过环氧-聚酰胺粘接剂粘接，在环形凸缘3与环形凹槽4的插接区域沿金属法兰2的周向还等间隔设置8个M10螺钉5，即间距为117mm弧长。在环形凸缘3与环形凹槽4的插接区域沿金属法兰2的周向间隔设置多个安装孔7，复合材料耐压壳体1的环形凸缘3上的对应位置设有通孔8；螺钉穿设于安装孔中，将环形凸缘3与环形凹槽4固定；安装孔7中螺钉5的外侧还依次设有密封垫9和M14螺塞10，螺塞10与安装孔7螺纹连接，环形凹槽4的底部与环形凸缘3之间填充有φ5 型号的O型丁腈橡胶密封圈6，环形凹槽4的底部与环形凸缘3、密封圈6形成的空隙中填充有液态丁腈橡胶密封剂。
实施例2
本实施例的复合材料耐压壳体与金属法兰的密封连接方法及连接结构，其余部分与实施例1均相同，区别为沿金属法兰2的周向等间隔设置10个M10螺钉，即间距为94 mm弧长。
实施例3
本实施例的复合材料耐压壳体与金属法兰的密封连接方法及连接结构，其余部分与实施例1均相同，区别为沿金属法兰2的周向等间隔设置6个M10螺钉，即间距为157mm。
实施例4
本实施例的复合材料耐压壳体与金属法兰的密封连接方法及连接结构，其余部分与实施例1均相同，区别为沿金属法兰2的周向等间隔设置12个M10螺钉，即间距为78.5mm弧长。
实施例5
本实施例的复合材料耐压壳体与金属法兰的密封连接方法及连接结构，其余部分与实施例1均相同，区别为粘接剂采用环氧-T31粘接剂。
实施例6
本实施例的复合材料耐压壳体与金属法兰的密封连接方法及连接结构，其余部分与实施例1均相同，区别为粘接剂采用环氧-四乙烯五胺粘接剂。
实施例7
本实施例的复合材料耐压壳体与金属法兰的密封连接方法及连接结构，其余部分与实施例1均相同，区别为密封剂采用树脂腻子。
对上述各实施例及对比例的复合材料耐压壳体与金属法兰的密封连接结构的轴向拉伸载荷、拉伸后气密性、应力集中情况、3000次疲劳后密封性情况进行测试，所得结果如下表1。考虑到复合材料耐压壳体受应力集中会有较明显的性能下降，机械连接的紧固件间距不应过小，但要保证连接强度，紧固件间距也不可过大。经实验尝试发现，紧固件间距采用上述范围的数值时，可在复合材料耐压壳体性能不明显降低的基础上显著提高连接强度。
由下表1中的实验数据可以看出，相比于实施例1、2，实施例3中设置的紧固件数量过少，间隔过大，使连接结构的连接强度不足，10kN轴向拉伸载荷实验不合格，拉伸后壳体气密性不合格，拉伸后螺钉孔轴向变形损伤，3000次疲劳测试后密封性不合格；实施例4中设置的紧固件数量过多，虽然其连接结构的连接强度合格，但拉伸后螺钉孔之间出现环向微裂纹，壳体损伤，3000次疲劳测试后密封性不合格；实施例5、6未采用高韧性粘接剂，其拉伸后结构失效；实施例7未采用液态橡胶密封剂，3000次疲劳测试后结构失效。
表1
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种复合材料耐压壳体与金属法兰的密封连接结构，其特征在于，包括：
复合材料耐压壳体和金属法兰，所述复合材料耐压壳体的端部设有环形凸缘，所述金属法兰的端部设有环形凹槽，所述环形凸缘***所述环形凹槽中，所述环形凸缘与所述环形凹槽接触的区域通过粘接剂粘接，在所述环形凸缘与所述环形凹槽的插接区域沿所述金属法兰的周向还间隔设置多个紧固件，所述紧固件将所述环形凸缘与所述环形凹槽固定；所述环形凹槽的底部与所述环形凸缘之间填充有密封圈，所述环形凹槽的底部与所述环形凸缘、所述密封圈形成的空隙中填充有密封剂。
2.根据权利要求1所述的复合材料耐压壳体与金属法兰的密封连接结构，其特征在于：
在所述环形凸缘与所述环形凹槽的插接区域沿所述金属法兰的周向间隔设置多个安装孔，所述复合材料耐压壳体的所述环形凸缘上的对应位置设有通孔；所述紧固件穿设于所述安装孔中，所述安装孔中所述紧固件的外侧还依次设有密封垫和螺塞，所述螺塞与所述安装孔螺纹连接。
3.根据权利要求2所述的复合材料耐压壳体与金属法兰的密封连接结构，其特征在于：
所述紧固件为螺钉，所述螺钉为M10螺钉；多个所述螺钉沿所述金属法兰的周向间隔50-157mm设置。
4.根据权利要求1所述的复合材料耐压壳体与金属法兰的密封连接结构，其特征在于：
所述密封剂为液态橡胶密封剂。
5.根据权利要求1所述的复合材料耐压壳体与金属法兰的密封连接结构，其特征在于：
所述粘接剂为高韧性粘接剂。
6.一种复合材料耐压壳体与金属法兰的密封连接方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.制备复合材料耐压壳体，所述复合材料耐压壳体的端部设有环形凸缘，在金属法兰的端部加工环形凹槽；
S2.将密封剂涂覆于密封圈的表面，并在所述环形凹槽的底部中装入所述密封剂，然后将涂覆有密封剂的所述密封圈装入所述环形凹槽底部；
S3.在所述环形凸缘与所述环形凹槽接触的区域上设置粘接剂；
S4.将所述复合材料耐压壳体的环形凸缘***所述金属法兰的环形凹槽中，并对所述粘接剂进行固化；
S5.在所述环形凸缘与所述环形凹槽的插接区域沿所述金属法兰的周向间隔加工多个安装孔，将紧固件设于安装孔中，使所述环形凸缘与所述环形凹槽固定，完成所述复合材料耐压壳体与所述金属法兰的密封连接。
7.根据权利要求6所述的复合材料耐压壳体与金属法兰的密封连接方法，其特征在于：
还包括在步骤S3之前，对所述金属法兰的所述环形凹槽的与所述环形凸缘接触的区域进行喷砂或打磨处理。
8.根据权利要求6所述的复合材料耐压壳体与金属法兰的密封连接方法，其特征在于：
还包括在步骤S2中将涂覆有密封剂的所述密封圈装入所述环形凹槽底部之前，对步骤S3中所述环形凸缘与所述环形凹槽接触的区域进行保护。
9.根据权利要求6所述的复合材料耐压壳体与金属法兰的密封连接方法，其特征在于：
还包括在所述复合材料耐压壳体的所述环形凸缘上、所述金属法兰的所述环形凹槽的与所述环形凸缘接触的区域加工斜度，斜度为3°-7°。
10.根据权利要求6所述的复合材料耐压壳体与金属法兰的密封连接方法，其特征在于：
还包括在步骤S5中将所述紧固件设于所述安装孔中之前，在所述紧固件的外侧涂所述粘接剂。
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