金属波纹管的详细参数

金属波纹管的详细参数

金属波纹管是一种挠性、薄壁、有横向波纹的管壳零件。它既有弹性特性又有密封特性，在外力及力矩作用下能产生轴向、角向、侧向、及其组合位移，密封性能好。在机械、仪表、石油、化工、电力、供热、机车、船舶、核工业、航空航天等许多工业领域得到了越来越广泛的应用。

金属波纹管的种类主要有金属波纹管、波纹膨胀节和金属波纹软管三种。随着金属压力加工等技术的进步和各种结构波纹管的应用，相应产生了许多种制造波纹管的方法。这些方法是液压成形、机械胀形、橡胶成形、旋压成形、滚压成形、焊接成形和电沉积成形等。每种方法都有其独特的优点。例如：液压成形可以获得综合性能较好的波纹管．滚压成形可以制造特大直径的波纹管；焊接成形可以获得弹性极好的波纹管；电沉积可以制造小直径和高情度的波纹管。

1．金属波纹管的几何参数

金属波纹管的尺寸规格已按内径标准系列化，一般将金属波纹管内径或外径作为基本尺寸，其它结构参数作为相对尺寸。当内径或外径确定后，壁厚、波距、波厚等等，均以内径或外径为基准按适当比例确定。设计波纹管参数时要满足波纹管的性能要求，同时还要考虑波纹管的制造工艺性和结构稳定性。

1）波深系数k （也称胀形系数）

波深系数k 是波纹管外径与内径之比，它是决定波纹管几何形状的一个重要参数。在内径d 确定的情况下，k值越大，波纹的高度就越高。k值影响着波纹管的性能和波纹管的成形工艺，波纹管的成形难度随着k值的增加而增加。当k值增加到2时，液压成形波纹管就相当困难。所以当k>= 2时，宜采用焊接波纹管。液压成形波纹管，可分为浅波和深波两种，以波深系数k= 1.5为分界，k=1.3~1.5之间的波纹管称浅波纹管，波纹管成形较容易；k=1.6~1.9之间的波纹管称深波纹管，成形相对较难，有时需要两次成形。同样内径尺寸的波纹管，深波纹管的刚度小，灵敏度高，允许位移大；浅波纹管的刚度大，灵敏度低，允许位移较小。用于仪表、传感器的测量波纹管，宜采用深波纹管；用于承受压力为主的波纹管，宜采用浅波纹管。

2）波纹管壁厚

波纹管壁厚是一个重要的几何参数，波纹管的主要特性（刚度和工作应力）取决于波纹管的几何尺寸，特别是取决于它的壁厚。波纹管的壁厚与内径有一定的比例关系，对于内径φ10~1000mm的波纹管，壁厚与内径的比值一般控制在0.0006~0.05；如果太厚，其柔软性必定很差；如果太薄，其承压能力受到限制。因此，各种波纹管必须根据具体的使用条件和性能要求，按照内径与壁厚的相应关系，选择合理的壁厚。在设计高压波纹管的时候，为了降低波纹管的刚度和应力，需要设计多层结构的波纹管，但是多层波纹管的总壁厚与内径之比一般也不得大于0.05。

3）波型

波型是指沿着轴向剖开后的波纹型式和形状，波纹管的波纹形状影响着波纹管的刚度、位移和承压能力。按几何形状波型可分为U 型、C 型、S 型、V 型Ω型等。

4）波距和波厚

波距是波纹管及其波型结构的重要参数，影响波纹管的有效长度和性能。波距的变化趋势是随内径的增加而增加，波距占内径的百分比则随内径的增加而减小。因为内径小的波纹管成型困难，波距占内径的百分比应大些。

波纹管波厚是指外波纹部分轴向面上的最大宽度，在波距决定以后，波厚就直接影响波形角、波峰和波谷的圆角半径。当波距和波厚确定后，不仅波形角已确定，波峰、波谷处的图角半径也就确定了。

5）波纹数和有效长度

波纹管波纹部分的轴向总长度称波纹管的有效长度，或称波纹管的工作长度。波纹数和有效长度是紧密相关的两个参数。为了保证波纹管工作时有可靠的稳定性，有效长度与外径之间的关系应小于等于1.3。

如果需要长的有效长度，可以用两个或两个以上的波纹管焊接起来，接成长的波纹管，也可以采用单波连续成形等方法直接成形长的波纹管。对除金属软管之外的长波纹管，为了保证其结构稳定性，必须在波纹管的内部或外部设置导向零件。

2. 金属波纹管的性能参数

1）最大压缩长度

在外力作用下，金属波纹管被压缩到波纹之间彼此互相紧密接触时的长度。2）最大压缩位移

金属波纹管压缩到波纹之间相互紧密接触时所能产生的最大位移。当波纹管达到最大压缩位移时，往往已产生了塑性变形，所以工作时不允许达到这一数值。

3）允许位移和工作位移

金属波纹管不产生塑性变形情况下所能达到的最大位移称允许位移，而工作过程的最大位移你工作位移。为了保证波纹管在整个工作过程中性能稳定可靠和较高的使用寿命，工作位移般取允许位移的40%~50%。

4）耐压力和工作压力

波纹管在保持稳定状态或不产生塑性变形（如波距均匀性不破坏，波纹不歪斜等）条件下，能承受的最大静压力称波纹管的耐压力。而工作压力指在整个工作过程中，承受的最大玉力为了保证波纹管工作时性能稳定可靠和具有较高的使用寿命，工作压力一般取耐压力的40%~50%。

5）破裂压力

引起波纹管管壁破裂损坏时的临界压力称破裂压力，它表征了波纹管的最大耐压强度。在工作过程中，波纹管的工作压力远小于此压力。

6）刚度与灵敏度

刚度就是金属波纹管产生单位位移所需要的力或压力，而灵敏度则是刚度的倒数，即作用于波纹管上单位力或压力所产生的位移。由于波纹管能承受集中力、压力和弯矩，所以它的刚度根据承受载荷的类别可分为集中力刚度、压力刚度和弯曲刚度。其中以集中力刚度最为常用，把它简称为波纹管的刚度。

7）有效面积

它表征金属波纹管将压力转换为集中力的能力，有效面积是一个等效的面积，压力作用在这个面积上将产生相等的轴向力。

8）稳定性

金属波纹管在外力作用下，抵抗引起局部失稳或总体失稳的能力。

9）密封性

指金属波纹管在一定的内、外压差作用下保证不泄漏的性能，波纹管必须具有密封性。

10）寿命

金属波纹管的寿命，用波纹管直至不密封泄漏时为止的负荷变化次数表示。寿命是一个多元函数．它和波纹管的工作位移、工作压力、工作介质、温度范围、刚度、频率、工艺因素、安装情况和材料特性等有关。

11）零位偏移

以自由长度为零位，在集中载荷作用下，将波纹管压缩到某一位移值，保持一分钟后，卸除载荷，这时以波纹管长度与自由长度作比较，其差值称零位偏移。它与材料的性质以及位移量的大小有关。

12）弹性特性

金属波纹管某一点的变形与其负荷之间的关系称弹性特性。弹性特性可以是线性的，也可以是非线性的。波纹管弹性特性的非线性取决于它的几何形状和位移量。线性偏差用非线性度值来表示，非线性度值是指实际的弹性特性曲线对直线的最大偏差与波纹管的最大变形之比。

13）滞后

金属波纹管的滞后，是在加载及卸载的倩况下绘制弹性特性曲线时出现的，弹性滞后值是由相同负荷作用下所测得的加载与卸载的最大位移差与最大位移之比来确定。

14）弹性后效

金属波纹管的弹性后效表现为波纹管的位移比所加的负荷来得迟。例如，由于弹性后效的现象，仪表的指针在卸除负荷后不能立即回到零点。

3．金属波纹管的材料

金属波纹管的性能主要取决于制造波纹管的材料的质量和波纹管成形后的几何参数．波纹管的性能能否满足设计要求，很大程度上取决于这些材料的制造质量。材料的畸变，焊接不均匀，成形后波形不规则和残余损伤等都能引起局部部位的高应力，从而导致波纹管过早的破坏。波纹管材料的选择主要应考虑如下几点：

1）相容性

金属波纹管材料必须与相接触的工作介质和相连接的各种零件相容，因为壁厚很薄，很容易因点腐蚀和应力腐蚀而损坏波纹管的整体性。清洗用的介质和清洗工序必须认真研究，因为在波纹管内波纹处，清洗和检查都比较困难。

2）温度

金属波纹管的工作温度范围为（-253 ~600）℃。在高温下工作的波纹管所使用的材料要有足够的热稳定性。工作温度升高，材料的弹性模量下降，从而导致波纹管的刚度、耐压力和疲劳寿命的降低。在低温下使用的波纹管材料，必须有良好的低温性能。在低温下，材料的脆性对表而缺陷十分敏感，因此，对材料的表面质量应严格控制。

3）使用寿命和应力

金属波纹管的承压能力受材料屈服强度的限制，而疲劳循环次数则受材料的

疲劳寿命和结构稳定性的制约。要求高寿命的波纹管应设计在弹性范围内工作，例如作仪表元件和轴密封用的波纹管。

4）制造技术

各种用于成形波纹管的材料．要求其塑性和焊接性能良好。直径较小的波纹管通常用无缝管制造，而直径超过25mm的波纹管，可用板材或带材成形圆简后纵向缝焊，再成形波纹管。

对材料的附加考虑用于制造波纹管的材料，不论是管材、带材还是板材，根据波纹管使用性能要求，确定所需材料的厚度公差。当刚度不是主要性能要求时，其壁厚公差可为厚度的+/-10%，当刚度要求较高时，其壁厚公差为厚度的+/-5 %。波纹管材料成形前的晶粒度应小于35 拼um，晶粒的不均匀度不大于2级。

用于制造波纹管的材料，主要有不锈钢、锡青铜和铍青铜等。

奥氏体不锈钢

奥氏体不锈钢（1Cr18Ni9Ti、OCr18Ni9、00Cr17Ni14Mo2等）的力学性能、耐腐蚀性能好，用它制造的波纹管较多地用作隔离介质或密封元件。

锡青铜

锡青铜（QSn6.5-0.1、QSn6.5-0.4）有一定的弹性，工艺性能好，迟滞较小，疲劳强度高，有较好的耐腐蚀性，在仪表中应用较多。

铍青铜

铍青铜（QBe2）工艺性好，有较高的弹性和塑性，迟滞小，耐腐蚀性好，疲劳强度高，弹性温度系数小，用它制造的波纹管，一般用于要求较高的场合。

黄铜

黄铜（H80）塑性和工艺性能好，但弹性差，迟滞较大，用它制造的波纹管常与弹簧配合使用，一般用在要求不高的场合。

除了上述常用材料外，还有恒弹性合金Ni36CrTiAl（3J1）、高温合金因科镍718 等。

材料的检验与验收要按有关标准进行。进厂的材料要有质量证明书，材料的使用要准确无误，且具有可追溯性。