通过试验研究了核级石墨密封垫片的循环压缩回弹性能。在常温下对垫片开展了加载速率分别为0.25 MPa/s、0.5 MPa/s及1 MPa/s的循环加载试验。在加载速率固定为0.5 MPa/s时,对比研究了垫片在100℃及300℃下的循环加载性能,得到了不同工况下的应力-变形曲线,并计算出垫片在各工况下不同循环内的最大压缩量、压缩率及压缩模量。研究结果表明,在常温下,垫片的压缩模量随加卸载速率的增大而增大;在0.5 MPa/s的加卸载速率下,垫片的压缩模量随温度升高而增大;而在每一种工况下,垫片的压缩模量均随试验循环次数的增加而减小,最大压缩量均随循环次数增加而增加,出现明显的塑性应变累积现象。

密封垫片的压缩蠕变性能是影响密封系统安全性和可靠性的重要力学性能之一,为研究现代核电运行系统中核级石墨密封垫片的蠕变性能,基于垫片压缩蠕变模型试验以及数值模拟,对比分析了预紧应力、服役温度以及垫片径向尺寸等因素对压缩蠕变性能的影响。试验结果表明:密封垫片存在一个使垫片金属环与法兰发生接触的门槛应力。在蠕变过程中,垫片压缩蠕变量随着环境温度的升高而增加,随着螺栓预紧应力的增大而增加,但垫片蠕变量受径向尺寸的影响较小。综合不同工况下垫片蠕变结果,发现其最大蠕变率为3.5%,远低于现行核电工程中对密封垫片蠕变性能的规范要求。研究表明:核级石墨密封垫片处于高温或高压环境下均具有较好的抗蠕变性能,可满足核电密封系统的可靠性要求。