焊接金屬波紋管材料的性能測試

阿斯耶姆·肖開提，劉煥海

新疆交通職業技術學院機電工程學院

焊接金屬波紋管材料的性能測試

阿斯耶姆·肖開提1，劉煥海2

新疆交通職業技術學院機電工程學院

本論文深入北方新科公司進行了波紋管剛度的檢測、氣密性檢等一系列檢驗工作，針對企業其現有的檢測條件做了系統的闡述。從而把密封件的質量定量化和數據化，為密封件制造廠進行全面的質量管理，以及為用戶驗收產品時提供正確的評定依據。

波紋管；性能；檢測；實驗

1 引言

機械密封中的彈性元件波紋管作為一個緩沖機構在機械密封中起著非常重要的作用，本文針對烏蘇北方新科公司生產出的S型波紋管，開展了一系列特性測試方法和強度評價的研究工作。本論文對北方新科現有密封的檢測手段進行了嘗試，主要針對北方新科現有實驗檢測條件進行了論述。密封件檢測的目的是對密封件的質量進行評定。檢測是通過各種方法和手段進行測量，從而把密封件的質量定量化和數據化，為密封件制造廠進行全面的質量管理，以及為用戶驗收產品時提供正確的評定依據。

2 密封實驗的分類和目的

2.1 平面度的測量

為了保證端面的泄露量在允許范圍內，按照JB4127-85《機械密封技術條件》規定：密封端面平面度不大于0.0009mm，其表面必須光潔。出廠的波紋管必須進行密封端面平面度檢測，通常是利用光波的干涉效應來測量。常用的檢測儀器有激光干涉儀和平面平晶，前者屬非接觸量法，后者屬于接觸量法。光學平晶是利用派利克斯玻璃、溶凝水晶或折光系數為1.516的光學玻璃制造，使之成為具有平直工作端面的透明圓柱體。按直徑大小有60、80、100、150、200、250mm六種，它的精度為1級和2級兩種，其偏差不超過0.03μm和0.1μm。平面平晶貨源充足，價格便宜，被廣泛采用。北方新科采用的檢測儀器為直徑80mm的光學平晶。

2.2 彈簧的檢測

由于波紋管為機械密封的彈性元件，其出廠前必須接受材料檢驗、工序檢驗、成品檢驗，前兩種檢驗可以在進料和波紋管的制造過程中進行，而成品檢驗是在彈簧的制造工序全部完成后進行的。其檢驗項目包括：外觀檢驗、尺寸和形狀檢驗、氣密性檢測、負荷檢驗、永久變形檢驗及其它檢驗。以上的檢驗并不是都要一一進行，可以按需要并參照相應的技術標準和規范來確定實驗項目。北方新科主要對其產品進行了外觀檢測、氣密性檢測、負荷與剛度、幾何尺寸檢查的檢測。

2.2.1 外觀檢驗

波紋管的外觀檢驗主要是檢查波紋管的表面狀態以及膜片的內圓與外圓的焊接質量，其方法主要是目測或使用顯微鏡來觀測，并做好相應的檢測記錄。

焊接波紋管是把一定的寬度的金屬薄板（718或316L）沖壓成波浪形墊圈式的薄片，在將兩個波片內周進行焊接（等離子焊），制成“S”形再制品，將數個再制品重疊起來焊接外圍，最后焊上前后環座，即形成規定的波紋管形狀，工藝大概為：波片的沖裁和成形→清洗（超聲波清洗）→內縫焊接→外縫焊接→焊接前后環座→檢驗→熱處理→檢驗。

在整個制作過程中，質量控制十分嚴格，每道工序完了要對波紋管進行外觀質量檢測，如波片的沖裁后要檢測內外緣是否有沖裁缺陷（飛邊和毛刺），如果有要即時用磨棒進行打磨修補；波片內縫焊接完畢后要進行顯微檢查，主要檢測焊縫的深度、焊菇的形狀和對稱性，如果有焊接缺陷（裂縫或結疤），要標記并退上一道工序補焊；全部焊縫都要進行氣密性檢查。

2.2.2 氣密性檢查

氣密性檢查主要檢查波紋管全部焊縫的質量（是否有焊接裂紋），通常采用和氦質譜檢漏儀檢漏。但氦質譜檢漏儀僅能檢查出波紋管是否有泄露現象，不能準確的檢測出泄露點的數量和具體位置，不便于波紋管的修補處理，為此可采用探傷法和閉水試驗，對于直徑較大的波紋管，用于高參數條件的機械密封，應用探傷法，常用的有浸油探傷或熒光探傷法。

（1）浸油探傷將表面已經清洗過的波紋管浸在煤油中，或50%的20#機油混合油中，浸泡20min。浸泡時，油就會滲入裂縫等缺陷中。將浸油后的波紋管進行噴沙處理，使油全部清除后，檢查焊縫表面，就能鑒別出焊縫的裂紋。

（2）熒光探傷其方法與浸油探傷相似，僅是將油改為還有熒光粉的滲透劑。熒光物質在紫外線照射下顯示出明亮的色彩痕跡。因此很容易發現裂紋或其它開口缺陷。

以上兩種方法統稱為滲透探傷法，其方法簡單實用。但滲透劑含有的苯有毒，操作時應注意防護。相比之下，閉水實驗比較安全而且極易操作。閉水實驗先將焊接好的波紋管裝在專用的閉水夾具上（夾具的一頭與自動打壓機相連），然后把安裝波紋管的夾具浸泡在水中，用打壓機開始往夾具內打壓通氣，這是空氣會從泄露點以水泡的形式溢出。檢測人員可以迅速的標示出泄露點的位置。此法雖然方便，但是必須根據波紋管的型號生產專用的閉水夾具，價格比較昂貴。

2.2.3 負荷及剛度的檢驗

負荷或剛度的檢測主要通過精密的電子機構和伺服機構測量波紋管的彈率、伸縮特性、力的松弛和滯后性。波紋管的負荷檢驗設備，大都采用GT系列彈簧拉壓實驗機；近年來國內又生產了GTL-1000型數字顯示的彈簧拉壓實驗機。檢驗時，分別用壓力機給波紋管施加1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5mm的壓縮位移，分別記錄下相應壓縮長度下所需要的最大壓力。測彈簧的負荷時，應根據被測彈簧負荷的大小，選擇適宜技術規格的實驗機。此外，亦可采用其它的測試方法，如用壓力環來測量。

為了控制成品實驗前后的變形量，還要測波紋管的實驗前后的自由高度。波紋管自由高度的測量，可以用游標卡尺或專用量具。測量時，任波紋管三點的高度，然后求平均高度。

3 總結

通過實踐、結合相關資料，本論文系統的介紹了北方新科現有的S型波紋管檢測條件，這些檢測條件基本上滿足波紋管生產的要求，為用戶驗收產品時提供正確的評定依據。

[1]陳得才，催得容.機械密封設計制造與使用[M].北京：機械工業出版社，1993,4

[2]劉愈銘.波紋管設計技算與生產工藝新技術實務全書[M].北方工業出版社，2006

[3]劉建華.焊接金屬波紋管機械密封的特點及應用[J].2000,27（4）41-43.

新疆維吾爾自治區高校科研計劃項目，S型焊接金屬波紋管的力學性能及結構參數優化（編號：XJEDU2014S083）。