法兰（flange），也被称为法兰突缘盘或突缘，是一种用于连接和拆卸轴、管道以及简体与封头之间的空心盘状机械零件。法兰作为一种重要的机械零件，在化工、建筑、石油、造船等领域扮演着重要角色。其综合性能出众，能够提供可靠的连接，保证系统的稳定运行。其材质包括不锈钢、普通碳素钢、优质碳素钢、低合金钢、硬聚氯乙塑料板、高密度聚乙烯等。

法兰的离心铸造法是由英国工程师爱尔恰尔特（Erchardt）于1809年提出的。 直到20世纪初才逐步在工业生产中得到广泛应用。中国在20世纪30年代开始采用离心铸造技术，用于生产法兰、铸铁管等产品。20世纪60年代，中国的法兰锻造业在定襄县开始发展。20世纪90年代，法兰锻造企业发展迅速，发展到多达1230家。2000年以后进入到转型升级期。2015年以后法兰锻造业已进入高质量发展阶段。

法兰是管道连接的一种重要方式，根据其连接方式和结构特点，可以分为整体法兰、螺纹法兰、平焊法兰和松套法兰等不同种类；根据连接部件的不同，也可以分为压力容器法兰和管法兰。在连接管路时，法兰需要具备密封性好、连接强度高、安装方便以及拆卸和更换维修方便等特点。法兰连接的密封性主要由法兰本身、垫圈和螺栓三个部分组成，通过它们的紧密配合来阻止介质泄露。

在严苛的介质操作环境中，即使选择合适的法兰类型、适当的法兰密封面形式和相应的垫片，流体泄漏问题仍然有可能发生。产生故障的原因主要包括法兰偏口、错口、张口、错孔、应力影响、腐蚀影响、热胀冷缩等。预防泄漏的方法包括涂抹机油或铅粉、正确安装垫片，确保垫片完好、清洁法兰密封面以及清理旧法兰等。

法兰也可以称之为法兰突缘盘或突缘，它可以通过多种生产工艺制造，其中包括铸造法等。离心铸造是一种生产法兰的常用技术，最早的相关专利于1809年由英国工程师爱尔恰尔特（Erchardt）提出。但直到20世纪初才逐步在工业生产中得到广泛应用。中国在20世纪30年代开始采用离心铸造技术，用于生产法兰、铸铁管等产品。

在老式法兰中，大部分的密封是靠橡胶板或棉纸垫来实现的。但是这些垫在大压力下容易挤压变形，导致管路阻塞或垫子老化损坏。更糟糕的是，垫子残留会被油冲到网内，造成阀门卡死，带来极大的危险。为了改进这种情况，采取了不同尺寸的管径加工对应的不同法兰，并采用不同的密封圈实现密封。这种方法可以增强管的密效，同时保证部位正常运转。特别在高管路中，这种方法的效果尤为显著。

经过长期研究，美国压力容器研究委员会(PVRC）提出了基于泄漏准则的计算螺栓载荷方法以及新的垫片数，并成立了ASME的SWG专门负责推广实施。主要修改了法兰设计要求和包括密封度在内的不同级别的同时，根据试验结果，通过计算可以确定满足所需密封度所需要的螺栓载荷，而法兰的强度则按照原有的规定。使用新方法设计的法兰灵活性更高，并能在一定范围内减小泄漏率。

欧洲标准协会(CEN)下属的法兰及其接头技术委员会(TC74)提出了新的欧盟法兰计算方法，需要输入垫片特性系数。为此，制订了新的欧盟标准(prEN 13555)解决现有标准存在的缺陷。该标准包括垫片系数和试验方法，并成了一整套法兰接头的标准体系。

虽然离心铸造法在1809年就被提出，但是在后来的相当一段时间都没有广泛的使用，直到二十世纪初，才逐步推广用于工业生产法兰、铸管、铜套、缸套、双金属钢背铜套等。20世纪60年代，中国的法兰锻造业在定襄县开始发展，并以研制夹棒锤为起点开展生产工作，开始生产法兰盘等机械锻件。20世纪90年代，法兰锻造企业发展迅速，发展到多达1230家。2000年以后进入到转型升级期，出现了中韩、中德等中外合资法兰锻造企业。2015年以后法兰锻造业已进入高质量发展阶段。

在法兰设计中，密封性是一个重要的考虑因素。当压力容器的密封性失效时，通常与连接件的强度不足无关，而更多地是由于不良密封而导致泄漏问题。为法兰连接的密封性设计涉及到密封原理的探讨，以及影响密封性的各种因素，法兰密封结构主要由法兰、垫圈和螺栓组成。

密封的基本原理是通过提供的阻力来阻止被密封的介质通过密封口。当密封口两侧的介质压力差大于密封口上的阻力时，介质就会被有效地密封。密封比压是指在垫圈上施加的压应力，起到保证紧密性的作用。为了确保法兰联接的紧密性，垫圈必须紧紧地压在密封面上，并使其变形，填满压紧面上的凹陷空隙，从而增加密封口对流体流动的阻力。

影响密封效果的因素有很多，主要包括：螺栓预紧力、垫圈性能、压紧面的作用、法兰刚度、操作条件等。

增加螺栓的预紧力可以提高密封效果，预紧力使垫圈能够变形并满足初始密封条件。适当的预紧力还能使垫圈保持较大的残余密封压力，在操作过程中，如果垫圈有一定的回弹能力，可以补偿螺栓和法兰之间的变形，确保预紧比压不小于工作密封比压，从而保证密封面的良好密封状态。

垫圈是一种关键的密封元件，它需要具备适合的变形和回弹能力来实现有效的密封。垫圈需要能够弹性地形，并且具备足够的回弹力，在容器内部压力作用下，能够适应法兰面的分离，才能达到理想的密封效果。常用的金属垫圈材料包括软铝、铜、软钢、蒙乃尔合金和18-8不锈钢等。

在法兰连接中，压紧面是指法兰的密封面，它直接接触到垫圈并通过螺栓力使垫圈发生变形，从而确保密封效果。为了达到预期的密封效果，压紧面的几何尺寸和表面光洁度需要与垫圈相匹配。垫圈密封是通过垫圈受到力的变形来填满密封面微小几何空间实现的。当压紧面与硬质金属垫相匹配时，需要具备较高的尺寸精度和表面光洁度，且压紧面上不应该存在径向的串通纹痕。而且压紧面的垂直度和同心度对密封的可靠性也非常重要。

当法兰的刚度不够时，它可能会发生翘曲变形，从而导致密封失效。在设计过程中，需要计算法兰的刚度。法兰的抗弯刚度取决于其几何尺寸。但是提高法兰的刚度会使其变得更加笨重，并且增加了法兰的制造成本。

操作条件是指连接系统中的压力以及介质的化学性质。虽然压力和介质的物理性质可以导致泄漏，但它们并不是主要的因素。只有当温度发生波动，尤其是在高温下，才会严重影响密封性能。

法兰的相关配套零件有垫片、螺栓螺母、保护器、填料等。

垫片是法兰连接中的重要元件，其性质和几何形状对密封性能影响很大。在选择垫片材料时，需要考虑容器的操作条件，比如介质种类、腐蚀能、操作压力和温度等。为确保垫片具备所需的性能，它应该满足以下标准：

以上参考资料来源：

一般常见的垫片材料包括：橡胶、石棉橡胶板、石材、塑料、有色金属和钢等。这些材料都具备不同的特点，可以根据工作需要灵活选择。除了单一材料制成的垫片外，也会根据工作需要结合两种或以上材料制成复合垫片，以满足配置要求和提高密封性能。

连接法兰常用的螺栓有单头和双头两种，其螺纹一般采用三角形公制粗螺纹。单头螺栓分为半精制和精制两种，常用的材质包括 Q235、25#钢和25Cr2MoVA 钢等。双头螺栓多使用等长双头精制螺栓，材质则有35#钢、40#钢 和37SiMnZMoVA 等。

螺母分为半精制和精制两种。按螺母形式又分为a型和b型两种。半精制单头螺栓常用a型螺母，而精制双头螺栓则常用b型螺母。

在两个法兰面间，有密封作用的垫子或密封环存在，不会直接接触。但是很容易发生腐蚀现象。为防止液体进入法兰面间，可以采用封闭式软橡胶制成的法兰保护器，还可以使用不锈钢带和黄油嘴。

填料的作用是防止工艺介质沿阀杆表面向外泄露。选用填料时需要考虑以下因素：

以上参考资料来源：

按法兰结构及其管道的连接方式，分为整体法兰、螺纹法兰、平焊法兰、松套法兰等

整体法兰是装在机械设备和管道上的一种连接件，它可以将泵、阀门、机器等设备与管道相连接，通常与连接的设备一起制作并组装在一起，作为设备的组成部分之一。

整体法兰的优点是能保证法兰面的高精度，缺点是不能调整在现场的尺寸。

整体法兰连接是将法兰和管子一起制造成整体的形式。这些法兰具有不同的密封面形式，包平式、凹凸式、槽式和环形槽式。在连接时，根据法兰的密封面形式，并加上适当的垫片和紧固件螺栓，将法兰与管子对正紧固即可建立连接。

螺纹法兰是一种不需要焊接的连接法兰，它通过将内孔加工成螺纹管，然后与带螺纹的管道配合实现连接。相比于焊接法兰，螺纹法兰具有安装和维修方便的优点，因此在一些禁止焊接的现场可以使用。但是在高于260°C和低于-45°C的温度条件下，可能会发生泄漏问题。

在法兰制造时，内孔留有螺纹。例如灰铸铁管法兰和钢制螺纹法兰，在连接过程中，将管子的一端套在法兰上，并通过螺纹旋紧，然后再将两个法兰连接在一起。这种连接形式主要适用于较低压力的管道系统。

平焊法兰，又称为搭焊法兰，使用平焊法兰时，将管道插入法兰的孔中并正确定位，然后进行焊接装配。这种连接方法装配相对容易对中。平焊法兰的价格较为经济实惠，被广泛应用。

焊接法兰连接是通过将法兰与管子进行焊接，以实现紧密密封并形成一个整体连接。法兰的焊接连接方式包括平焊、对焊、带颈承插焊等多种形式。

松套法兰通过焊接将附属元件与管道连接在一起。使用螺栓将附属元件和垫片紧固以实现密封，而松套本身则不直接接触介质。这种连接方式具有以下优势：松套法兰可以进行旋转，便于对中螺栓孔调整、在安装大口径管道时，松套法兰易于安装、对于需要经常拆卸以供清洗和检查的管道，松套法兰也非常适用。在这种连接方式中，附属元件的材料与管道的材料相同，而松套的材料可以与管道的材料不同，适用于输送具有腐蚀性的介质的管道。

松套法兰连接也称为活动法兰连接。这种连接方式包括平焊环松套法兰、对焊环松套法兰和卷边松套法兰共三种类型。通过使用钢环和管口卷边的方式将法兰套在管端上，从而实现连接。钢环作为管道连接处的密封面，不与介质直接接触。法兰的作用主要是将其紧固在一起，并提供紧密的连接而不与介质接触。当使用不锈钢管输送腐蚀性介质时，仍然可使用碳素钢制造的法兰，以节省不锈钢材料并降低成本。当安装条件有限制时，很难将法兰的螺孔与相应的位置对准，这时可以采用松套法兰来解决问题。

按所连接的部件可分为压力容器法兰和管法兰。

管法兰适用于连接管道之间或连接管道与容器。与其他管道连接方法相比，如螺纹、插套和焊接连接，管法兰具有许多优点：不仅安装和检修方便，而且严密性和强度都更好。但是制造管法兰的成本较高。

压力容器法兰，又被称为设备法兰，是一种用于容器内部零件的法兰。它可以用于连接容器的简体和封头，或连接容器中不同部分之间的零件。

低压法兰是指在工作条件下公称压力不超过1.6MPa的法兰。常见的低压法兰种类有多种，包括碳钢螺纹法兰、碳钢焊接法兰、铜及铜合金法兰、不锈钢法兰、合金钢法兰、铝及铝合金法兰、铁及铁合金法兰、错及错合金法兰、及镍合金法兰以及钢骨架复合塑料法兰。

中压法兰常用于公称压力介于1.6~10MPa之间的工作条件下。各种类型的中压法兰包括但不限于碳钢螺纹法兰、碳钢焊接法兰、铜及铜合金法兰、不锈钢法兰、合金钢法兰、钦及钦合金法兰、错及皓合金法兰、镍及镍合金法兰等。

高压法兰是指用于承受公称压力较高的工作条件（通常在10~42MPa范围内）的连接部件。这些法兰包括多种类型，如高压碳钢螺纹法兰、高压碳钢焊接法兰、高压不锈钢焊接法兰和高压合金钢焊接法兰等。

法兰按其密封面型式可分为平面、凸面、凹凸面、榫槽面和环连接面等。

法兰按其制作材料可分为铸铁法兰、钢法兰、塑料法兰、铜法兰等。

法兰是一种重要的连接件，常用于化工、建筑、给水、排水、石油、轻(重) 工业、冷冻、卫生、水暖、消防、电力、航天、排船等领域。法兰有出色的综合性能，可以提供可靠的连接，并确保系统的稳定运行。

建筑工程中法兰是常用的管道连接方式，适用于通风管道之间、通风管道与管件之间、通风管道与阀门、通风管道与风口、通风管道与各类通风设备等处的连接。具有拆装方便、结合强度高以及适用范围广等特点。材料包括扁钢和角钢，一般情况下，法兰的内径比风管的外径略大2—3mm。

造船领域中船舶管路的连接，法兰是最主要的形式。它以结合强度高、拆装方便和适用范围广闻名，几乎适用于所有管路的连接。

法兰的材质包括304不锈钢、碳钢、普通碳素钢、优质碳素钢、低合金钢、硬聚氯乙塑料板、角钢、扁钢、高密度聚乙烯等。

法兰工艺主要分为锻造、铸造、割制、卷制这四种。

离心铸造法是一种利用旋转铸型产生的离心力，将溶液中密度不同的增强体和基体合金分离至内层或外层的工艺方法。通过调控溶液中材料的分布，最终使凝固后的成分组织呈现出一种或多种成分的梯度变化。在铸造法兰时，法兰颈部呈现锥度形状，这有利于金属熔液的良好结晶，并避免产生应力集中现象，从而保证法兰的强度。

法兰的锻造工艺流程为锻造——辗环——温摆辗。

锻造：将圆形毛料加热到1200摄氏度，并使用锻锤进行冲孔和扩孔等工序。

辗环：将锻造完成的毛料转移到辗环机上，通过扩孔达到温摆所需的圆环内孔尺寸。

温摆辗：将辗环传至摆辗机上进行温摆辗成形。在温摆辗成形后，高颈部分可以充满，整个流程只需要一次加热完成。

割制法兰是一种直接在中板上切割出留有加工余量的内外径和厚度的圆盘的方法，然后进行螺栓孔和水线的加工。这种法兰的生产受中板幅宽的限制，最大直径不可超过中板的幅宽。

卷制法兰是一种生产大型法兰的工艺，首先将中板割成长条，然后将这些条子卷成圆形，形成法兰的外径和厚度。卷制完成后，还需要对法兰进行焊接、压平以及水线和螺栓孔的加工。这种方法适用于生产大直径的法兰，可以充分利用中板的幅宽。

各个国家都统一将法兰作为标准件使用，以实现标准化和系列化的效果，以降低成本、简化设计，并确保零部件之间的互换性，从而保证使用的可靠性。

中国法兰标准包括管法兰标准和压力容器法兰标准。管法兰是用于连接管道；压力容器法兰用于连接容器本体与顶盖或管板。

中国的管法兰标准有原化学工业部标准 HG 20592~20635、和国家标准GB 9112~9125 。

中国国家标准GB9112~9125《钢制管法兰》在制定时考虑到了不同压力等级的管法兰的需求。对于PN小于等于40MPa的管法兰，采用了ISO 7005-1标准的编制原则；而对于PN\u003e4.0MPa的管法兰，则采用了美国ANSI B16.5的管法兰标准。

HG 20592~20635《钢制管法兰、垫片、紧固件》标准是在克服原有标准仅适用于公制管的欧洲系管法兰标准基础进行修订的，它补偿了以美洲体系为基础的管法兰标准，使其变得更加全面。HG法兰标准发布之后，在化工、油、冶金、电力、轻工、医药和化学等工业领域的配管和设备应用广泛，并且得到了不断发展和完善。

HG 20592~20614 属欧洲体系的管法兰标准，这一标准将法兰分为 10 种类型。

中国常用的管法兰的有3 种：板式平焊法兰、带颈平焊法兰和带颈对焊法兰。

压力容器法兰标准JB 47014703是在原机械电子工业部、原化学工业部、劳动部、石油化工公司合作下编制的，其将法兰分为平焊法兰和长颈对焊法兰。

1.平焊法兰有两种形式，分别是甲型和乙型。甲型法兰的光滑密封面可以选择不制造沟槽(PI)，或制造两圈V型沟槽(PII)。而乙型法兰的光滑密封面可以选择不制造沟槽(PI)，制造两圈沟槽(PII)或多圈沟槽(PIII)。乙型法兰带有一个短简节，在刚性方面比甲型法兰更好，适用于压力较高、直径较大的场合。

2.长颈对焊法兰是一种具有优良刚性的连接方式，适用于承受更高压力和更大直径的场合。它的光滑密封面可以采用不同形式，包括无沟槽(PI)的光滑面、两圈沟槽(PII)的设计或者多圈沟槽(PIII)的设计。

欧洲体系以德国法兰标准为代表，这些标准包括公称压力和公称通径。公称压力（MPa）分为0.1、0.25、0.6、1.0、1.6、2.5、4.0、6.3、10.0、16.0、25.0、32.0、40.0这13个档次，而公称通径范围从6mm到4000mm不等。法兰的结构形式共有8种，包括板式平焊、带颈对焊、整体、螺纹连接、翻边松套、对焊环松套、平焊环松套和法兰盖等。密封面形式也有7种，包括凸面、全平面、凹凸面、槽面、橡胶环连接、透镜面和焊唇密封。

欧洲的管法兰标准如下：

EN 1092一1：2007《法兰及其连接 PN 标记的管子、门阀、管件及附件用圆形法兰 第一部分：钢制法兰》

EN 1092一2：1997《法兰及其连接 PN 标记的管子、门阀、管件及附件用圆形法兰 第二部分：铸铁法兰》

EN 1092一3：2003《法兰及其连接 PN 标记的管子、门阀、管件及附件用圆形法兰 第三部分：铜合金法兰》

EN 1092一4：2002《法兰及其连接 PN 标记的管子、门阀、管件及附件用圆形法兰 第四部分：铝合金法兰》

EN 1759一1：2000《法兰及其连接 Class 标记的管子、门阀、管件及附件用圆形法兰 第一部分：钢制法兰，NPS1/2-24》

EN 1759一3：2003《法兰及其连接 Class 标记的管子、门阀、管件及附件用圆形法兰 第三部分：铜合金法》

EN 1759一4：2003《法兰及其连接 Class 标记的管子、门阀、管件及附件用圆形法兰 第四部分：铝合金法》

以上参考资料来源：

美洲体系是根据美国国家标准协会（ANST）的法兰标准发展而来。该体系包含了7个公称压力等级，分别为2.0、5.0、6.8、11.0、15.0、26.0和42.0 MPa，并涵盖了从5mm到600mm的公称通径范围。在法兰结构方面，美洲体系包括带颈平焊、带颈对焊、承插焊、螺纹连接、对焊环松套、平焊环松套和法兰盖等七种类型。密封面形式又可细分为凸面、全平面、凹凸面、槽面和金属环连接这五种类型。

美洲的管法兰标准如下：

ASME B16.5—2003《管法兰和法兰管件》

ASME B16.47—2006《大直径钢制管法兰》

MSS SP-44一2005《钢制管法兰》

API 605—1988《大直径碳钢法兰》

ASME B16.1—2005《灰铸铁管法兰和法兰管件》

AWWAC207—2001《供水系统用钢制管法兰4"~144”(100mm~3600mm)》

ASME B16.24—2001《铸铜合金管法兰及法兰管件》

ASME B16.42一2006《球墨铸铁管法兰及法兰管件》

以上参考资料来源：

在严苛的介质操作环境中，无论使用哪种类型的法兰、合适的法兰密封面形式和相应的法兰垫片，都可能导致流体泄漏问题。

偏口是指管道与法兰不具备垂直和同心的特性，并且法兰面之间不平行。当管道内部介质的压力超过垫片所能承受的压会发生法兰泄漏。这种情况通常是由于安装、施工或检修过程中的错误造成的，而且这种错误是相对容易被发现的。只要在工程完工时进行彻底认真的检查，可以避免这种事故的发生。

错口指的是管道和法兰之间形成的不正对称的情况。当法兰不同心时，螺栓孔之间的位置会偏离，导致螺栓无法自由地穿过孔洞。在无法解决的情况下，只能扩大孔洞或使用较小尺寸的螺栓，这样会降低法兰之间的紧固力。错口还会导致密封面之间的对齐产生偏差，容易发生泄漏问题。

张口是指法兰之间的间隙过大，特别是在承受外部载荷（如轴向或弯曲载荷）时。这种间隙导致垫片无法保持紧密的压缩状态，从而失去了有效的密封能力。当外部冲击或震动作用于法兰时，垫片会进一步松动，加剧了密封失效的风险。错口可能导致垫片逐渐失去其密封功能，并可能导致泄漏问题。

错孔是指管道上的两个法兰的螺栓孔之间的距离偏差较大，导致螺栓受到不均匀的应力加载。这种不均匀的应力对螺栓产生剪切力，而且由于这种力无法得到平衡，所以会持续地对螺栓施加压力，最终可能导致螺栓的断裂。一旦螺栓断裂，法兰之间的连接就会松动，从而造成密封失效的问题。

应力影响是指在安装法兰时，虽然两个法兰的对接是合适的，但在管道系统正常运行后，由于温度变化或介质流动造成的管道膨胀或变形，会对法兰施加额外的弯曲载荷或剪切力。这种应力会导致垫片受到不均匀的压力加载，可能造成垫片失效，导致法兰之间的密封失效问题。

腐蚀影响是指长时间受到腐蚀介质的侵蚀后，垫片会发生化学反应，导致其质地变软，丧失了原本的弹性和紧密性。这样的情况下，法兰连接处就可能会发生泄漏现象。

热胀冷缩效应是指由于流体介质温度的变化，螺栓会因为热胀冷缩而产生微小的尺寸变化。这将导致垫片与法兰连接之间产生间隙，进而导致介质从间隙处泄漏。

为了预防泄漏的发生，使用垫片前需要将其浸泡于机油中层铅油或铅粉，以增强其密封性能。在安装过程中，禁止使用双层垫片，并确保垫片位置不倾斜。垫片表面不得存在凹槽、断裂等明显缺陷。法兰密封面需要进行彻底清洁，确保没有任何杂物残留。如果是旧法兰，必须将其清理至金属原色后再进行安装。

出现法兰泄漏问题时可以考虑在法兰的背面加焊一些肋板，以增加法兰的刚性，在每隔两个螺栓的位置焊接一块肋板，适用于锻造法兰或平焊法兰。焊接完成后，还需要在机床上对法兰的密封面进行车削平整。如果发现密封面有扭曲或变形的情况，则需要进行机械加工处理；如果没有机械加工条件，只能手工细致地进行削平。如果泄漏是由于密封垫片损坏引起的，那么就需要更换一个新的垫片。