焊接金屬波紋管密封件是一種核心密封技術(shù)，由于其用途擴(kuò)展到了各種創(chuàng)新的密封技術(shù)，例如高溫、非接觸式氣體潤滑和耐腐蝕密封件，安裝量急劇增長。這在石油天然氣及化學(xué)工業(yè)中尤為重要，因?yàn)闃O端溫度工況將使液體從一個(gè)區(qū)域泵送到另一個(gè)區(qū)域變得很復(fù)雜。

不同的因素和產(chǎn)品特性將影響整體密封效果，只有了解了這些差異，工廠才能為應(yīng)用工況選擇最合適的解決方案。

焊接金屬波紋管密封件是通過將圓盤狀的板沖壓成特定的輪廓形狀，并在其內(nèi)徑處成對(duì)焊接以形成波紋管的各個(gè)褶皺的過程制成的。然后將一系列的旋圈堆疊并焊接在外徑上，以形成波紋管囊。合適的端部配件可完成組裝。

圖1：帶有柔性石墨二級(jí)密封的高溫焊接金屬波紋管組件。

焊接金屬波紋管組件（圖1）具有以下特點(diǎn)：

充當(dāng)彈簧以將主要密封面保持在一起

充當(dāng)動(dòng)態(tài)密封

從密封圈旋轉(zhuǎn)面的緊定螺絲環(huán)傳遞扭矩

焊接波紋管具有特定的優(yōu)勢(shì)，包括：

強(qiáng)度高，可承受高壓

寬廣的工作溫度范圍

精確的設(shè)計(jì)和性能特征

低彈簧剛度（將波紋管壓縮到給定距離所需的力大小）

關(guān)鍵區(qū)域壓力低

允許最佳的板形設(shè)計(jì)——減少波紋

只有一個(gè)運(yùn)動(dòng)部件

靜態(tài)二級(jí)密封

確定邊緣焊接金屬波紋管密封件最適合您的應(yīng)用并不是選擇過程的終點(diǎn)。區(qū)別波紋管的特征包括板的形狀和厚度，振動(dòng)屬性，雙層或單層，面角等，所有這些都會(huì)影響產(chǎn)品的有效果。

用戶應(yīng)了解這些差異，以便選擇最合適的密封解決方案及其對(duì)密封可靠性，平均維修時(shí)間，標(biāo)準(zhǔn)化庫存，逃逸排放控制和節(jié)水的影響。

以下是焊接金屬波紋管的七個(gè)主要差異和特征。

1.平板形狀

板的形狀會(huì)影響彎曲，行程和操作長度。在嵌套波紋結(jié)構(gòu)中，波紋管中的所有板都是相同的，其輪廓可以在壓縮時(shí)嵌套。

輪廓線還提高了承受高壓的能力。嵌套波紋板形狀還可以更有效地實(shí)現(xiàn)最大撓曲，長行程（軸向運(yùn)動(dòng)），短操作長度和低彈簧剛度。圓弧半徑被優(yōu)化為跨度的20％至25％（圖2），并且可以防止被稱為油罐裝的現(xiàn)象，在這種情況下，壓緊油罐底部時(shí)，板的進(jìn)/出膨脹就會(huì)發(fā)生。每個(gè)卷積都由一個(gè)凸形和凹形板組成，這使得密封件可以設(shè)計(jì)成具有較短的軸向空間。

圖2：三圓弧設(shè)計(jì)優(yōu)化了應(yīng)力分布，從而提高了抗疲勞斷裂性。傾斜的波紋管軸線將彎曲應(yīng)力分布在焊縫之外，并通過圓弧半徑分布。

2.角度

對(duì)于具有平直段的波紋管，熱影響區(qū)細(xì)微結(jié)構(gòu)的變化會(huì)導(dǎo)致焊接接頭的可靠性降低。通過使用線性薄殼理論的分析，結(jié)果表明，傾斜波紋管軸現(xiàn)可以大大降低焊接處和熱影響區(qū)的應(yīng)力。分析表明，焊縫處的應(yīng)力主要是彎曲應(yīng)力，但傾斜角度越大，彎曲應(yīng)力越小。這一設(shè)計(jì)原則在一個(gè)獨(dú)立的政府資助機(jī)構(gòu)進(jìn)行的理論和實(shí)證研究中也得到了充分的證明，并得到了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。當(dāng)傾斜角度為45°時(shí)，彎曲應(yīng)力將從焊接熱影響區(qū)引開。這就產(chǎn)生了板的剛度，增加了可靠性，減少了疲勞。

3.焊接完整性

采用最先進(jìn)的制造工藝來制造波紋管，通過防止焊縫幾何形狀、焊縫厚度和防滾翻控制產(chǎn)生過大的根部間隙來確保焊縫的完整性（圖3），是非常重要的。

確保使用氦質(zhì)譜儀和真空度測試（10-6 Torr）檢查波紋管裝置的密封性能。利用氦質(zhì)譜法，密封內(nèi)部被抽真空，并被氦覆蓋。傳感探頭會(huì)立即檢測到氣體的痕跡，這些氣體隨后會(huì)穿透焊縫中的裂縫或材料缺陷，從而拒絕密封。

圖3：通過防止根部間隙過大、焊縫幾何形狀、焊縫厚度和防滾翻控制來確保焊道的完整性。

4.板厚（薄板）

薄板可提供較低的彈簧剛度，從而降低端面載荷，減少單位載荷，減少熱量產(chǎn)生并延長密封壽命。較厚的波紋管板具有較高的彈簧剛度，并且更容易受到金屬疲勞的影響。板在撓曲過程中反復(fù)發(fā)生塑性變形（超出其塑性極限）會(huì)導(dǎo)致疲勞并大大縮短密封壽命。增加板材厚度，盡管更易于焊接，但會(huì)顯著增加其剛度和波紋管的彈性系數(shù)。

高的彈簧剛度是不可取的，因?yàn)槊芊饷孑d荷的顯著變化而密封件的工作長度只有很小的變化。這會(huì)導(dǎo)致過大的閉合力，進(jìn)而導(dǎo)致密封面之間的潤滑膜損失，表面過熱，并最終導(dǎo)致密封失效。這在高溫和潤滑不良的環(huán)境中尤其重要。具有高彈簧剛度的波紋管也無法補(bǔ)償安裝問題，軸運(yùn)動(dòng)，葉輪調(diào)節(jié)，泵端游隙，由于熱量而導(dǎo)致的軸增長以及密封面的逐漸磨損。較薄的板較難制造，這就是為什么許多制造商被迫使用較厚的板。

5.控制振動(dòng)

并非行業(yè)中所有的風(fēng)箱都裝有減振器，這有助于防止由于空轉(zhuǎn)引起的諧波振動(dòng)而造成的任何潛在損害。但是，減振器是理想的。在某些密封設(shè)計(jì)中，減振墊是一種內(nèi)置設(shè)計(jì)功能，可以在需要時(shí)提供保護(hù)，以防止?jié)撛诘钠茐男哉駝?dòng)。

6.雙層波紋管

雙層波紋管可產(chǎn)生強(qiáng)度和柔韌性，而不會(huì)產(chǎn)生厚度。雙層波紋管通常用于較高壓力的應(yīng)用中，并經(jīng)常用于對(duì)流體敏感或傾向于在需要更多啟動(dòng)扭矩強(qiáng)度的密封面上凝結(jié)并固化的應(yīng)用中（圖4） 。雙層設(shè)計(jì)原理類似于輕型卡車和拖車中使用的板簧。由單個(gè)且厚的金屬構(gòu)件組成的彈簧具有支撐負(fù)載所需的強(qiáng)度，因此彈簧會(huì)變得太硬。但是，當(dāng)通過使用單獨(dú)的，分別彎曲的薄葉片元件的“堆棧”獲得強(qiáng)度時(shí)，彈簧剛度完全在期望的限制內(nèi)。同樣，雙層波紋管的彈簧剛度明顯低于板厚兩倍的單層波紋管。

圖4：與厚度為2倍的單層板相比，雙層金屬波紋管的彈簧剛度低得多。此波紋管類型用于高壓應(yīng)用。

7.壓力和密封平衡

在選定金屬波紋管密封之前，需要確定與溫度，速度和密封流體的潤滑性相關(guān)的工況所需的額定壓力等級(jí)，并確定密封是否能夠承受反向壓力，尤其是在雙壓力下密封布置。大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)波紋管密封件通常平衡到大約70/30的比例。這意味著70%的表面接觸面積高于有效直徑。最近，已設(shè)計(jì)出50％平衡的波紋管密封件，以處理內(nèi)徑（ID）和外徑（OD）壓力。對(duì)半平衡密封件能夠承受反向壓力，這種反向壓力是雙重密封操作中可能發(fā)生的不正常狀態(tài)。