焊接金屬波紋管材料的性能測(cè)試

阿斯耶姆·肖開(kāi)提，劉煥海

新疆交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院

焊接金屬波紋管材料的性能測(cè)試

阿斯耶姆·肖開(kāi)提1，劉煥海2

新疆交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院

本論文深入北方新科公司進(jìn)行了波紋管剛度的檢測(cè)、氣密性檢等一系列檢驗(yàn)工作，針對(duì)企業(yè)其現(xiàn)有的檢測(cè)條件做了系統(tǒng)的闡述。從而把密封件的質(zhì)量定量化和數(shù)據(jù)化，為密封件制造廠進(jìn)行全面的質(zhì)量管理，以及為用戶驗(yàn)收產(chǎn)品時(shí)提供正確的評(píng)定依據(jù)。

波紋管；性能；檢測(cè)；實(shí)驗(yàn)

1 引言

機(jī)械密封中的彈性元件波紋管作為一個(gè)緩沖機(jī)構(gòu)在機(jī)械密封中起著非常重要的作用，本文針對(duì)烏蘇北方新科公司生產(chǎn)出的S型波紋管，開(kāi)展了一系列特性測(cè)試方法和強(qiáng)度評(píng)價(jià)的研究工作。本論文對(duì)北方新科現(xiàn)有密封的檢測(cè)手段進(jìn)行了嘗試，主要針對(duì)北方新科現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)檢測(cè)條件進(jìn)行了論述。密封件檢測(cè)的目的是對(duì)密封件的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)定。檢測(cè)是通過(guò)各種方法和手段進(jìn)行測(cè)量，從而把密封件的質(zhì)量定量化和數(shù)據(jù)化，為密封件制造廠進(jìn)行全面的質(zhì)量管理，以及為用戶驗(yàn)收產(chǎn)品時(shí)提供正確的評(píng)定依據(jù)。

2 密封實(shí)驗(yàn)的分類和目的

2.1 平面度的測(cè)量

為了保證端面的泄露量在允許范圍內(nèi)，按照J(rèn)B4127-85《機(jī)械密封技術(shù)條件》規(guī)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(jìn)行密封端面平面度檢測(cè)，通常是利用光波的干涉效應(yīng)來(lái)測(cè)量。常用的檢測(cè)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(xué)平晶是利用派利克斯玻璃、溶凝水晶或折光系數(shù)為1.516的光學(xué)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(jí)和2級(jí)兩種，其偏差不超過(guò)0.03μm和0.1μm。平面平晶貨源充足，價(jià)格便宜，被廣泛采用。北方新科采用的檢測(cè)儀器為直徑80mm的光學(xué)平晶。

2.2 彈簧的檢測(cè)

由于波紋管為機(jī)械密封的彈性元件，其出廠前必須接受材料檢驗(yàn)、工序檢驗(yàn)、成品檢驗(yàn)，前兩種檢驗(yàn)可以在進(jìn)料和波紋管的制造過(guò)程中進(jìn)行，而成品檢驗(yàn)是在彈簧的制造工序全部完成后進(jìn)行的。其檢驗(yàn)項(xiàng)目包括：外觀檢驗(yàn)、尺寸和形狀檢驗(yàn)、氣密性檢測(cè)、負(fù)荷檢驗(yàn)、永久變形檢驗(yàn)及其它檢驗(yàn)。以上的檢驗(yàn)并不是都要一一進(jìn)行，可以按需要并參照相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范來(lái)確定實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。北方新科主要對(duì)其產(chǎn)品進(jìn)行了外觀檢測(cè)、氣密性檢測(cè)、負(fù)荷與剛度、幾何尺寸檢查的檢測(cè)。

2.2.1 外觀檢驗(yàn)

波紋管的外觀檢驗(yàn)主要是檢查波紋管的表面狀態(tài)以及膜片的內(nèi)圓與外圓的焊接質(zhì)量，其方法主要是目測(cè)或使用顯微鏡來(lái)觀測(cè)，并做好相應(yīng)的檢測(cè)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(gè)波片內(nèi)周進(jìn)行焊接（等離子焊），制成“S”形再制品，將數(shù)個(gè)再制品重疊起來(lái)焊接外圍，最后焊上前后環(huán)座，即形成規(guī)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(nèi)縫焊接→外縫焊接→焊接前后環(huán)座→檢驗(yàn)→熱處理→檢驗(yàn)。

在整個(gè)制作過(guò)程中，質(zhì)量控制十分嚴(yán)格，每道工序完了要對(duì)波紋管進(jìn)行外觀質(zhì)量檢測(cè)，如波片的沖裁后要檢測(cè)內(nèi)外緣是否有沖裁缺陷（飛邊和毛刺），如果有要即時(shí)用磨棒進(jìn)行打磨修補(bǔ)；波片內(nèi)縫焊接完畢后要進(jìn)行顯微檢查，主要檢測(cè)焊縫的深度、焊菇的形狀和對(duì)稱性，如果有焊接缺陷（裂縫或結(jié)疤），要標(biāo)記并退上一道工序補(bǔ)焊；全部焊縫都要進(jìn)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(zhì)量（是否有焊接裂紋），通常采用和氦質(zhì)譜檢漏儀檢漏。但氦質(zhì)譜檢漏儀僅能檢查出波紋管是否有泄露現(xiàn)象，不能準(zhǔn)確的檢測(cè)出泄露點(diǎn)的數(shù)量和具體位置，不便于波紋管的修補(bǔ)處理，為此可采用探傷法和閉水試驗(yàn)，對(duì)于直徑較大的波紋管，用于高參數(shù)條件的機(jī)械密封，應(yīng)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(jīng)清洗過(guò)的波紋管浸在煤油中，或50%的20#機(jī)油混合油中，浸泡20min。浸泡時(shí)，油就會(huì)滲入裂縫等缺陷中。將浸油后的波紋管進(jìn)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(zhì)在紫外線照射下顯示出明亮的色彩痕跡。因此很容易發(fā)現(xiàn)裂紋或其它開(kāi)口缺陷。

以上兩種方法統(tǒng)稱為滲透探傷法，其方法簡(jiǎn)單實(shí)用。但滲透劑含有的苯有毒，操作時(shí)應(yīng)注意防護(hù)。相比之下，閉水實(shí)驗(yàn)比較安全而且極易操作。閉水實(shí)驗(yàn)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(dòng)打壓機(jī)相連），然后把安裝波紋管的夾具浸泡在水中，用打壓機(jī)開(kāi)始往夾具內(nèi)打壓通氣，這是空氣會(huì)從泄露點(diǎn)以水泡的形式溢出。檢測(cè)人員可以迅速的標(biāo)示出泄露點(diǎn)的位置。此法雖然方便，但是必須根據(jù)波紋管的型號(hào)生產(chǎn)專用的閉水夾具，價(jià)格比較昂貴。

2.2.3 負(fù)荷及剛度的檢驗(yàn)

負(fù)荷或剛度的檢測(cè)主要通過(guò)精密的電子機(jī)構(gòu)和伺服機(jī)構(gòu)測(cè)量波紋管的彈率、伸縮特性、力的松弛和滯后性。波紋管的負(fù)荷檢驗(yàn)設(shè)備，大都采用GT系列彈簧拉壓實(shí)驗(yàn)機(jī)；近年來(lái)國(guó)內(nèi)又生產(chǎn)了GTL-1000型數(shù)字顯示的彈簧拉壓實(shí)驗(yàn)機(jī)。檢驗(yàn)時(shí)，分別用壓力機(jī)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(yīng)壓縮長(zhǎng)度下所需要的最大壓力。測(cè)彈簧的負(fù)荷時(shí)，應(yīng)根據(jù)被測(cè)彈簧負(fù)荷的大小，選擇適宜技術(shù)規(guī)格的實(shí)驗(yàn)機(jī)。此外，亦可采用其它的測(cè)試方法，如用壓力環(huán)來(lái)測(cè)量。

為了控制成品實(shí)驗(yàn)前后的變形量，還要測(cè)波紋管的實(shí)驗(yàn)前后的自由高度。波紋管自由高度的測(cè)量，可以用游標(biāo)卡尺或?qū)Ｓ昧烤摺y(cè)量時(shí)，任波紋管三點(diǎn)的高度，然后求平均高度。

3 總結(jié)

通過(guò)實(shí)踐、結(jié)合相關(guān)資料，本論文系統(tǒng)的介紹了北方新科現(xiàn)有的S型波紋管檢測(cè)條件，這些檢測(cè)條件基本上滿足波紋管生產(chǎn)的要求，為用戶驗(yàn)收產(chǎn)品時(shí)提供正確的評(píng)定依據(jù)。

[1]陳得才，催得容.機(jī)械密封設(shè)計(jì)制造與使用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993,4

[2]劉愈銘.波紋管設(shè)計(jì)技算與生產(chǎn)工藝新技術(shù)實(shí)務(wù)全書[M].北方工業(yè)出版社，2006

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

新疆維吾爾自治區(qū)高校科研計(jì)劃項(xiàng)目，S型焊接金屬波紋管的力學(xué)性能及結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化（編號(hào)：XJEDU2014S083）。