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金属波纹管的基础知识

时间: 2011-07-22 20:27 来源: 作者: 点击:
金属波纹管类组件的设计与制造技术一直是国内弹性元件行业所关注的一个重要领域。自1848年世界上第一只弹性元件(波登管)问世至今的150年来,由于波纹管类组件在国民经济中的重要作用和潜在市场,人们对它的兴趣一直方兴未艾。

波纹管类组件主要包括金属波纹管、电沉积波纹管、焊接波纹管、波纹管换热器、膜片膜盒、金属软管等。它们均是利用材料的弹性特性和本身的几何形状,完成一定功能的元件。其应用十分广泛,主要功能有测量、连接、补偿、隔离、传感、密封、减震等。其应用领域涉及化工、石油、冶金、供热、环保、航天、航空、航海、仪、自动化乃至日常生活等各个部门。

本材料将全面、系统地介绍波纹管类组件的设计计算、制造工艺、检测技术、工程应用等知识。在理论计算方面,将避免冗长的理论计算和难于实际应用的弊端,是工程技术人员长期以来实际工作的总结。在制备工艺方面不仅给出波纹管类组件制备的流程,并且给出了具体的工艺规范和参数,对有些关键性的工艺技术也作了剖析和研讨,介绍电沉积和胀型等新工艺。还将对波纹管类组件的检测技术作系统的阐述,并将介绍有关检测仪器的原理及装置。

对波纹管类组件的可靠性问题,本材料也将进行分析和研究,包括失效模式、失效机理和响应的防范措施。为了方便用户和使用部门,还将给出波纹管类组件的选型及安装使用等的注意事项。

概述

金属波纹管类组件是一类常用的弹性元件,它们主要包括金属波纹管、波纹膨胀节、波纹换热管、膜片膜盒和金属软管等。波纹管类组件是利用材料的弹性来实现所要求的功能。它们在外界载荷(集中力,压力,力矩等)作用下改变元件的形状和尺寸,当载荷卸除后又恢复到原来的状态。根据这种特性,它们可以实现测量、连接、转换、补偿、隔离、密封、减震等功能。金属波纹管类组件是主要基础元件之一,在仪器仪表、各类装置及管网系统中得带了广泛的应用。

生产发展简史

金属波纹管、膜片膜盒、压力弹簧管等弹性元件出现得比较早,它们与生产实际结合较密切。随着产业革命的发展,蒸汽锅炉得到了大量的应用。为了确保蒸汽锅炉的安全生产,国外在19世纪中期研制出带有弹性元件的压力测量仪表。1848年,法国人波登发明了C型弹管(称为“波登管”),两年之后制成了第一台波登管式压力表,1870年又出现了波纹管式蒸汽压力测量仪表。20世纪初,美、英、德等国相继建立了一些弹性元件专业化生产厂,生产各种类型的波纹管、膜片膜盒和压力弹簧管。美国国家标准(NBS)在20年代对金属膜片型面及特性进行了一系列的研究工作。前苏联在30年代对波纹管、膜片膜盒等弹性元件设有专门的研究和研制机构。

第二次世界大战以后,随着工业生产和科学技术的迅速发展,波纹管,膜片膜盒等弹性元件在基础理论、设计计算、制造技术等方面都得到了进一部的发展和提高。由于气动和电动单元组合仪表的广泛应用,使波纹管类弹性元件进入了大量生产和使用阶段。60—70年代是仪表弹性元件的发展时期。随着仪器仪表与控制系统的大量应用,对波纹管,膜片膜盒等弹性元件的需求量增加。前苏联每年波纹管的生产量约为数百万个,美国有近30家波纹管生产厂。

20世界末,科学技术取得了突飞猛进的发展,各种新原理的传感器和变送器相继问世,仪表弹性元件的应用受到了限制。但是,由于波纹管类弹性元件具有性能稳定、使用可靠等特点,它们在压力,轴向力,横向力以及弯矩的作用下能够产生很大的位移。这些性能使波纹管及其组件在各种技术领域中得到了新的应用。

金属软管,波纹膨胀节和波纹管换热器的出现及其大量使用,波纹管用作连接,补偿与换热元件以成为重要的应用领域。它们已突破仪表弹性元件的范畴,主要用于电力、冶金、石化和集中供暖等行业管网系统中,作为柔性连接与热补偿构件,也可做成换热系统中的热交换器。传统的波纹管类弹性元件已向新的应用领域扩展,这已成为波纹管类组件的发展趋势。

生产制造特点

1.生产专业化

波纹管类组件是量大面广的常用弹性元件,它们的生产制造技术比较特殊,加工工序较多。为了提高生产效率和降低制造成本,国内外均采用专业化集中生产的方式。目前,对于像金属波纹管,金属软管,波纹膨胀节,波纹换热管等生产批量较大的产品,大多由专业化生产厂供货;而那些通用性较差,技术要求高的弹性元件,如深波波纹管,高精度膜片膜盒等,一般采取进口或由高水平的专业生产商制造。

2.品种多样化

专业生产厂除了提供样本规定的标准产品外,还可根据用户的要求,发展各类新品种的弹性元件。尤其是金属波纹管类组件,它们的使用范围较广,涉及到仪器仪表、石油化工、电厂供热、航天航空、交通运输等各种技术领域。它们对金属波纹管类组件的性能要求是多种多样的,主要反映在高精度、高压力、使用温度范围宽、特殊腐蚀介质和安全可靠等方面。随着工业生产和科学技术的迅速发展,波纹管类组件的应用范围将越来越广,其品种与规格将不断增多。

3.质量要求高

金属波纹管及其组件大多用作仪表敏感元件和管道连接补偿构件。作为敏感元件,它们直接感受生产过程的信息(压力,温度,流量等),经过转换,馈送到测量或控制系统。波纹管类弹性元件的质量直接影响到仪器仪表的精度和可靠性指标。管道连接补偿用波纹膨胀节,则要求耐压耐蚀性和一定的补偿量。各专业生产厂为了保证产品质量,对波纹管类组件生产制造过程控制相当严格。材料进厂后,根据要求进行化学分析和力学性能实验;各道工序要经过尺寸检查和质量检验;出厂的波纹管及其组件须做特性测试,附有主要性能指标和测试数据。对不同要求的产品,制定了相应的技术规范。

4.工艺严谨

金属波纹管类组件的制造工艺过程不仅包括元件成形时的压力加工,而且还应用焊接、热处理、化学沉积、除油清洗和组件装配等技术。它们是要经过多道加工工序才能完成的,其中只要某一道工序出现弊端,就会影响产品质量或者造成废品。因此,在生产过程中必须进行严格的工艺控制和质量检验,严格执行工艺规程和技术标准,才能生产出满足性能要求的波纹管类组件产品。 (end)

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