KF、ISO 和 CF 法兰的比较

世界上有许多用于各种应用（例如蒸汽或液体）的法兰，但真空法兰有其独特的设计和型号。最常见的真空法兰是KF法兰、ISO法兰和CF法兰。

KF法兰

KF 一词源于德语 Klein Flansche，意为“小法兰”。这类法兰背面带有 15 度倒角，并通过锥形圆形卡箍连接。它们按照 DIN 28403/ISO 2861 标准制造，也是 Pneurop 标准的一部分。这些法兰为无性别法兰，这意味着连接两侧完全相同，且法兰上没有 O 形圈槽。

法兰尺寸取决于可焊接在其上的最大公称内径管（以毫米为单位）。例如，KF25 法兰的通孔直径为 25 毫米，约合 1 英寸。在美国，焊接在法兰上的管材通常采用公称英寸尺寸，其尺寸与毫米规格非常接近，但并非完全一致。而美国以外地区生产的部件通常使用公制内径的管材。

标准尺寸为 KF10、KF16、KF25、KF40 和 KF50。KF20 和 KF32 尺寸则不太常见。这种法兰系统还有其他一些名称，例如 NW、QF、DIN 和 ISO-KF，但所有这些法兰指的都是同一种法兰。这些法兰最常用的材料是 304/304L 不锈钢，但也可以使用其他材料，例如 316L、316LN 和 6061 铝合金。

其工作原理如下：将带有O形圈的定心环置于两个法兰之间，然后将法兰对齐并使其靠近。将蝶形螺母夹（也可使用链式夹）套在两个法兰面上，并拧紧蝶形螺母。两个法兰面被挤压，从而压缩O形圈。

这些法兰适用于从大气压到低至 1×10⁻⁸ Torr 或 mbar 的压力范围。工作温度和烘烤温度范围取决于 O 形圈材料。最常用的 O 形圈材料是氟橡胶 (FKM，Viton-A)，其工作温度范围为 32°F 至 356°F（0°C 至 180°C），可短期承受 -15°F 至 400°F（-26°C 至 204°C）的温度。采用 FKM 材料的法兰的氦气泄漏率和渗透率为 1×10⁻⁹ 标准立方厘米/秒。

ISO法兰

另一种比KF法兰尺寸更大的公制法兰是ISO法兰。与KF法兰类似，它们也使用定心环进行密封。ISO法兰按照DIN 28404/ISO 1609标准制造，并且符合Pneurop标准。ISO法兰是无性别法兰；但是，在某些情况下，两个法兰中的一个会带有螺纹孔，此时两个法兰将不完全相同。

法兰尺寸取决于可焊接在其上的最大公称内径管材（以毫米为单位）。例如，ISO 100 法兰的通孔直径为 100 毫米，约合 4 英寸。在美国，焊接在法兰上的管材通常采用公称英寸尺寸，其尺寸与毫米规格非常接近，但并非完全一致。而美国以外地区生产的部件通常使用公制内径的管材。

标准尺寸包括 ISO 63、ISO 100、ISO 160、ISO 200、ISO 250、ISO 320、ISO 400、ISO 500 和 ISO 630。ISO 80 尺寸则较为少见。虽然 ISO 规范中规定的最大尺寸为 630 毫米，但制造更大尺寸的法兰也采用相同的设计原理。这些尺寸通常（但错误地）被称为 ISO 800、ISO 1000、ISO 1250 和 ISO 1320。这些法兰最常用的材料是 304/304L 不锈钢，但也提供其他材料，例如 316L、316LN 和 6061 铝合金。

连接法兰有两种不同的方法：1. 螺栓连接（ISO-F）或 2. 爪形卡箍连接（ISO-K）。这两种法兰外观差异很大，但都可以用半爪形卡箍连接在一起。命名规则可能会让人有些困惑，因为上面提到的 KF 法兰通常被称为 ISO-KF 法兰，而两种较大的 ISO 法兰分别是 ISO-K 和 ISO-F。

该法兰系统还有其他几个名称，例如 DIN XXX ISO（其中 XXX 是尺寸代号）、ISO LF（与 ISO-K 相同）、ISO LFB（与 ISO-F 相同）。

ISO-K 法兰背面有一个凹槽，以便爪式夹具能够夹紧。由于字母“K”的发音与“C”相同，因此记住 ISO-K 需要使用爪式夹具会很有帮助。

ISO-F 法兰上设有孔，可用于将两个法兰用螺栓连接起来。这些孔通常是通孔，螺栓穿过两个法兰；但是，如果无法在其中一个法兰后面安装螺母（或螺母环），也可以攻丝。需要注意的是，ISO-F 法兰是平面的，没有用于爪形夹的凹槽。

当两个 ISO-F 法兰用螺栓连接时，螺栓孔的方位会影响连接部件的对准和水平。对于许多法兰设备，例如泵和压力表，螺栓孔的排列跨越法兰的水平和垂直中心线。而在其他情况下，螺栓孔则位于中心线上。为了解决这个问题，可以使用可旋转的 ISO 法兰。在这种情况下，法兰上带有定心环的内径是固定的，而螺栓孔排列是另一个可以旋转到任意角度以实现完美对准的部件。ISO-K 法兰则不存在这个问题。

其工作原理如下：将带有O形圈的定心环置于两个法兰之间，然后将法兰对齐并使其紧密贴合。之后，使用爪形卡箍（用于ISO-K型法兰）、螺栓（用于ISO-F型法兰）或半爪形卡箍（用于连接ISO-K型和ISO-F型法兰）将法兰连接起来。在每种情况下，拧紧螺栓时，定心环都会被压缩，从而形成密封，防止泄漏。

其运行规格与 ISO-KF 法兰类似。它们可在低至 1×10⁻⁸ Torr 或 mbar 的压力范围内使用。工作温度和烘烤温度范围取决于 O 形圈材料。最常用的 O 形圈材料是 FKM（Viton-A），适用于 32°F 至 356°F（0 至 180°C）的工作温度范围，并可短期暴露于 -15°F 至 400°F（-26 至 204°C）的温度范围内。采用 FKM 的此类法兰的氦气泄漏率和渗透率为 1×10⁻⁹ 标准立方厘米/秒。

CF法兰

CF 一词最初源于 Conflat 法兰的名称。然而，Conflat 是瓦里安公司的注册商标，而且这种法兰非常流行，许多公司都在生产和使用。因此，虽然它们也可以被称为 Conflat 法兰，但缩写名称 CF 更为常用。

CF法兰采用金属密封，专为高真空应用而设计，在这些应用中，O型圈的渗透性对气体负载的影响非常显著。由于所有部件均为金属材质，因此也适用于需要在较高温度下进行烘烤的场合。

氦分子直径为280皮米（11 x 10⁻⁹英寸）。这种分子可以穿过所有橡胶化合物，并能穿过所有微小孔隙。人眼看起来完美的镜面表面，其粗糙度（RA）最佳也仅为0.02至0.05微米。在0.02微米的粗糙度下，氦分子比这种表面的粗糙度小71倍。相比之下，从氦分子的角度来看，镜面表面的峰谷就像摩天大楼一样高耸。如下文所述，CF法兰的设计确保任何气体，包括用于泄漏测试的氦气，都无法通过法兰连接处。

法兰尺寸通常以法兰外径（OD）表示，单位为英寸。这与KF和ISO法兰的表示方法截然不同。常用尺寸有CF1.33、CF2.75、CF4.50、CF6.00、CF8.00、CF10.00、CF12.00、CF14.00和CF16.50。其他不太常用的尺寸包括CF2.12、CF3.38、CF4.62、CF6.75和CF13.25。这些法兰均按照ISO 3669-2标准制造。零件编号中通常会省略小数点，因此CF275的实际外径为2.75英寸。螺栓孔尺寸（或螺纹尺寸，如果孔已攻丝）通常为公制，但也提供英制孔径和英制螺纹。这些法兰最常用的材料是304/304L不锈钢，但也提供其他材料，例如316L和316LN。GNB还销售双金属CF法兰。典型的应用是将带有不锈钢刀口的CF法兰焊接在铝制腔室上。

这些是无性别的法兰，但出于设计目的，需要注意哪些孔是攻丝的，哪些孔是通孔的，否则法兰可能无法用螺栓连接在一起。

其工作原理如下：在两个配合法兰上加工出刀口。然后，在两个法兰之间放置由较软材料（通常为铜）制成的金属垫片。拧紧螺栓时，刀口会切入两侧的铜垫片，形成密封。与 ISO 法兰类似，也有两片式可旋转 CF 法兰可供选择。下图左侧所示为可旋转法兰。

这些法兰适用于从大气压到低至 1×10-12Torr 或 mbar 的压力范围，使用标准铜垫片时，最高烘烤温度为 842 华氏度（450 摄氏度）。