焊接金属波纹管材料的性能测试

阿斯耶姆·肖开提，刘焕海

新疆交通职业技术学院机电工程学院

焊接金属波纹管材料的性能测试

阿斯耶姆·肖开提1，刘焕海2

新疆交通职业技术学院机电工程学院

本论文深入北方新科公司进行了波纹管刚度的检测、气密性检等一系列检验工作，针对企业其现有的检测条件做了系统的阐述。从而把密封件的质量定量化和数据化，为密封件制造厂进行全面的质量管理，以及为用户验收产品时提供正确的评定依据。

波纹管；性能；检测；实验

1 引言

机械密封中的弹性元件波纹管作为一个缓冲机构在机械密封中起着非常重要的作用，本文针对乌苏北方新科公司生产出的S型波纹管，开展了一系列特性测试方法和强度评价的研究工作。本论文对北方新科现有密封的检测手段进行了尝试，主要针对北方新科现有实验检测条件进行了论述。密封件检测的目的是对密封件的质量进行评定。检测是通过各种方法和手段进行测量，从而把密封件的质量定量化和数据化，为密封件制造厂进行全面的质量管理，以及为用户验收产品时提供正确的评定依据。

2 密封实验的分类和目的

2.1 平面度的测量

为了保证端面的泄露量在允许范围内，按照JB4127-85《机械密封技术条件》规定：密封端面平面度不大于0.0009mm，其表面必须光洁。出厂的波纹管必须进行密封端面平面度检测，通常是利用光波的干涉效应来测量。常用的检测仪器有激光干涉仪和平面平晶，前者属非接触量法，后者属于接触量法。光学平晶是利用派利克斯玻璃、溶凝水晶或折光系数为1.516的光学玻璃制造，使之成为具有平直工作端面的透明圆柱体。按直径大小有60、80、100、150、200、250mm六种，它的精度为1级和2级两种，其偏差不超过0.03μm和0.1μm。平面平晶货源充足，价格便宜，被广泛采用。北方新科采用的检测仪器为直径80mm的光学平晶。

2.2 弹簧的检测

由于波纹管为机械密封的弹性元件，其出厂前必须接受材料检验、工序检验、成品检验，前两种检验可以在进料和波纹管的制造过程中进行，而成品检验是在弹簧的制造工序全部完成后进行的。其检验项目包括：外观检验、尺寸和形状检验、气密性检测、负荷检验、永久变形检验及其它检验。以上的检验并不是都要一一进行，可以按需要并参照相应的技术标准和规范来确定实验项目。北方新科主要对其产品进行了外观检测、气密性检测、负荷与刚度、几何尺寸检查的检测。

2.2.1 外观检验

波纹管的外观检验主要是检查波纹管的表面状态以及膜片的内圆与外圆的焊接质量，其方法主要是目测或使用显微镜来观测，并做好相应的检测记录。

焊接波纹管是把一定的宽度的金属薄板（718或316L）冲压成波浪形垫圈式的薄片，在将两个波片内周进行焊接（等离子焊），制成“S”形再制品，将数个再制品重叠起来焊接外围，最后焊上前后环座，即形成规定的波纹管形状，工艺大概为：波片的冲裁和成形→清洗（超声波清洗）→内缝焊接→外缝焊接→焊接前后环座→检验→热处理→检验。

在整个制作过程中，质量控制十分严格，每道工序完了要对波纹管进行外观质量检测，如波片的冲裁后要检测内外缘是否有冲裁缺陷（飞边和毛刺），如果有要即时用磨棒进行打磨修补；波片内缝焊接完毕后要进行显微检查，主要检测焊缝的深度、焊菇的形状和对称性，如果有焊接缺陷（裂缝或结疤），要标记并退上一道工序补焊；全部焊缝都要进行气密性检查。

2.2.2 气密性检查

气密性检查主要检查波纹管全部焊缝的质量（是否有焊接裂纹），通常采用和氦质谱检漏仪检漏。但氦质谱检漏仪仅能检查出波纹管是否有泄露现象，不能准确的检测出泄露点的数量和具体位置，不便于波纹管的修补处理，为此可采用探伤法和闭水试验，对于直径较大的波纹管，用于高参数条件的机械密封，应用探伤法，常用的有浸油探伤或荧光探伤法。

（1）浸油探伤将表面已经清洗过的波纹管浸在煤油中，或50%的20#机油混合油中，浸泡20min。浸泡时，油就会渗入裂缝等缺陷中。将浸油后的波纹管进行喷沙处理，使油全部清除后，检查焊缝表面，就能鉴别出焊缝的裂纹。

（2）荧光探伤其方法与浸油探伤相似，仅是将油改为还有荧光粉的渗透剂。荧光物质在紫外线照射下显示出明亮的色彩痕迹。因此很容易发现裂纹或其它开口缺陷。

以上两种方法统称为渗透探伤法，其方法简单实用。但渗透剂含有的苯有毒，操作时应注意防护。相比之下，闭水实验比较安全而且极易操作。闭水实验先将焊接好的波纹管装在专用的闭水夹具上（夹具的一头与自动打压机相连），然后把安装波纹管的夹具浸泡在水中，用打压机开始往夹具内打压通气，这是空气会从泄露点以水泡的形式溢出。检测人员可以迅速的标示出泄露点的位置。此法虽然方便，但是必须根据波纹管的型号生产专用的闭水夹具，价格比较昂贵。

2.2.3 负荷及刚度的检验

负荷或刚度的检测主要通过精密的电子机构和伺服机构测量波纹管的弹率、伸缩特性、力的松弛和滞后性。波纹管的负荷检验设备，大都采用GT系列弹簧拉压实验机；近年来国内又生产了GTL-1000型数字显示的弹簧拉压实验机。检验时，分别用压力机给波纹管施加1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5mm的压缩位移，分别记录下相应压缩长度下所需要的最大压力。测弹簧的负荷时，应根据被测弹簧负荷的大小，选择适宜技术规格的实验机。此外，亦可采用其它的测试方法，如用压力环来测量。

为了控制成品实验前后的变形量，还要测波纹管的实验前后的自由高度。波纹管自由高度的测量，可以用游标卡尺或专用量具。测量时，任波纹管三点的高度，然后求平均高度。

3 总结

通过实践、结合相关资料，本论文系统的介绍了北方新科现有的S型波纹管检测条件，这些检测条件基本上满足波纹管生产的要求，为用户验收产品时提供正确的评定依据。

[1]陈得才，催得容.机械密封设计制造与使用[M].北京：机械工业出版社，1993,4

[2]刘愈铭.波纹管设计技算与生产工艺新技术实务全书[M].北方工业出版社，2006

[3]刘建华.焊接金属波纹管机械密封的特点及应用[J].2000,27（4）41-43.

新疆维吾尔自治区高校科研计划项目，S型焊接金属波纹管的力学性能及结构参数优化（编号：XJEDU2014S083）。