波纹管是一个具有弹性和变形能力的部件,用一个相对小的力都能使它的外壳发生变形。其作为波纹管补偿器中最重要并且其制造技术最为复杂的一部分,决定了补偿器的工作效率以及工作寿命。在工作过程中,波纹管暴露在内部和外部的介质中,其使用的环境通常比较恶劣,因此在选用补偿器的制造材料时需要特别的注意。波纹管材料主要分为两大类:金属材料和非金属材料,选用原则主要取决于补偿器的工作介质、外部环境、工作温度和经济性等。下面主要介绍金属波纹管的材料一般选用原则。
(1)工作温度:通常金属波纹管在-196~750℃范围内使用。在高温下大多数波纹管材料的性能会明显降低,因此选材的时候要考虑耐高温材料。
(2)循环应力:波纹管为了能够保证寿命长,其应该在弹性范围内工作,但是现实中很多波纹管在弹塑性范围内工作,因此应该选用疲劳寿命长、屈服强度高的材料。
(3)耐腐蚀性:波纹管作为一种薄壁元件,对应力腐蚀是非常敏感的,因此选取材料时必须考虑到波纹管的材料要能和流体相容。
(4)制造工艺性:金属波纹管的制造一般是先将带材或板材通过机器卷成圆筒状,然后焊成管坯;补偿器两端接头与波纹管的常见连接方法也是焊接,因此选材的时候必须考虑到材料的焊接性能。
对于补偿器中其他的结构件。法兰、中端管等受压元件的材料,应该和管道的材料相同或者比管道的材料好:铰链板、轴销、拉杆、万向环等受力件的材料应该按补偿器的工作条件选用。
波纹管的成形方法主要有液压成形、机械成形(其中主要包括胀压、滚压和旋压成形)、焊接成形、电沉积成形和化学沉积成形,波纹管的成型截面形状一般为U型、Ω型和S型。其中液压成形和机械成形是常用的波纹管成形手法,焊接成形是制造大压缩量波纹管的常用方法,电沉积成形和化学沉积成形主要用于制造弹性元件和尺寸很小的波纹管。下面主要介绍前两种成形方法的特点:
(1)液压成形
通常液压成形可以一次成形多个波,也可以连续成形单个波或者多个波,成形的过程可选用自动化成形,也可以手工操作。液压成型主要是利用了液体不可以被压缩的特性使液体压力产生的应力超过波纹管材料的屈服应力,材料因此发生塑性变形从而得到想要的形状。
(2)机械成形
机械滚压成形可以单波连续的成形也能一次成形多个波,这种成型方法波深系数可以达到1.5。滚压成形一般使用特殊的成形设备。一般波纹管的直径较大才会选用滚压成形,波纹管最大直径可以达到8~10m,壁厚通常不会大于4mm。
机械胀压成形与液压胀形是有区别的,它在成形过程中在纵向上一直补充金属,也就是说金属在经向产生塑性流动。金属补偿器成形过程的初始阶段在经向和纬向上同时发生弯曲。胀压成形设备简单,成形简便,速度比较快,并且不需要充液压介质,因此密封要求不高。
但是不管是液压成形还是机械成形,首先必须保证成形后的波纹管的厚度均匀,不然在使用的过程中会产生应力的不均衡,缩短波纹管的使用寿命。
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