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金属软管的制造工艺特点
作者:欧米茄不锈钢软管 | 发布时间:2021-07-23

金属波纹管的液压成型 


液压加工是截面为圆形、椭圆形、矩形、跑道形等环状波纹管成型的普通工艺方法。调整好模具和管坯料的相对位置以后,向管坯料内腔充压,再沿其轴向进行机械压缩,一根给定长度的波纹管就很快形成了。这是液压成型的一种方法,叫做多波一次成型法。一般作弹性元件的波纹管,多采用这种加工方法。但对作为金属软管本体的波纹管来讲,该方法就不行了。因为这类波纹管要求越长越好。为此,人们创造了另一种液压成型的方法,即单波连续成型法。它能够在管坯料长度条件允许的情况下,连续成型几十、几百、甚至几千、几万个波纹。使用时,可按所需长度或所需波纹数截取。从这个意义上来讲,它可以代替多波一次成型机床。只要更换不同规格的模具,就可以生产不同规格的多功能设备,是该生产线上的关键设备。 


单波连续成型法 


金属波纹管单波连续成型的工作程序如下。 


㈠合模 上、下两片对称的推模 ④和模片⑦同时平行地向管坯料轴心线垂直移动,将安装在芯轴②上的薄壁管坯料①从外表面紧紧地包住。 


㈡进芯轴 芯轴克服密封圈③和管坯料内壁的摩擦阻力,向左移动,使固定在芯轴上的密封圈与模片相对运动到事先调定的位置。 


㈢充填压力液体 工作液体从芯轴中心孔流向两道密封圈之间,对管坯料内壁起作用。在液体压力的作用下,两道密封圈之间的管坯料凸起,形成初波。 


㈣进推模 推模克服弹簧⑥的阻力,沿着导向滑杆⑤向右移动,使原先初波的高度民主增加,宽度缩小,直至设计尺寸为止。 


再经过:五、泄液压;六、分模;七、退芯轴;八、退推模这四个工序把已经成型的波纹管从模具中脱出来;同时,又为下一个波纹的成型做好了准备。如此循环。每成型一个波纹约用4~40秒的时间。通径越大,成型所需的时间就越长。 


成型模具设计要素 


波纹管液压成型模具由一个芯轴、一付推模和一付模片组成。它们工作部位的截面形状相应于波纹管截面形状而变化。材料宜用中碳钢或普通合金钢,如45、40C 。其强度、硬度和韧性方面的要求可与一般模具设计标准相同,但膜具各部位的几何尺寸,形位公差的确定,必须根据长期实践所获得的成熟经验来考虑。否则,成功地设计出理想的模具是很困难的。 


不柱度和不同轴度 


对于通径为150毫米以下或各种当量截面的,不同波形的中小规格的波纹管,推膜中心工作部位的不同轴度不能大于0。03~0。05毫米,其不柱度不能大于0。05~0。08毫米。尤其是对矩形截面的波纹管膜具,要求还要更高一些。否则,在合膜的时候,就可能将管坯咬破,使之漏液,结果会由于压力损失而使波纹成型不出来。即使管坯未被咬破(仅是被咬伤了),成型时,这个部位壁厚就会更加变薄。这样,必然影响它的使用寿命。对于矩形截面的波纹管,则在四个面上的波纹厚度、波谷宽度可能产生不均匀,或是波纹深度有差异。因此,严格地掌握不柱度和不同轴度的允差,是波纹管液压成型膜具设计中的一个基本原则。 


配合 


在设计模具时,当然不能机械地按照管坯料通径及壁厚去换算。由于管坯制造公差,管材薄壁的娇嫩性及单波连续成型工艺特点等原因,根据波纹管截面大小的不同,推模、模片与管坯料外表面应呈静配合或相当于静配合的过渡配合状态。它们之间没有间隙。推模、模片中心的工作部分要比管坯料的原始外径大0。02~0。05毫米。而芯轴与管坯料内表面应呈动配合状态。它们之间有较大的间隙,芯轴外径要比管坯料原始内径小0。05~0。50毫米(通径越大,该间隙也应越大)。为了保证成型过程中不泄露,密封圈外径要比芯轴外径大一些,使套装在芯轴上的管坯料的实际支承是密封圈,而不是芯轴本身。否则,在工作过程中则可能出现下述两个问题: 


①由于模片、推模对管坯料包夹不紧而造成泄露; 


②由于芯轴在管坯料中自然状态不稳定而造成密封圈被冲挤出槽。 


这两种结果都将使压力有较大的损失,因而不能成型出合格的波纹管,甚至根本不能成型出波纹来。反之,如果推模、模片对管坯料包夹太紧,必然在芯轴进给时造成系统压力猛增。如果芯轴在管坯料中受压太大,必然造成摩擦阻力的增大。这两种结果又将给波纹管成型带来不利条件,产生叠波(即波纹管波纹宽度和波谷宽度都缩小,趋向于零)的主要原因就在于此。所以,合理地控制模具与管坯料的配合关系是波纹管液压成型模具设计中的一个重要环节。 


关于圆角值的确定 


在模具上,各部位的R值有其各种不同的作用。 


R值的大小,直接影响波纹管的成型质量。由于各种材料、规格的不同,波纹成型后的回弹量大小也不相同。模片上的R 由波纹管波谷 决定,一般取 ;推模上的R 由模片上的R决定,一般取R=0-.8~1.0R。推模和模片上的R由波纹管材料、规格、状态等无条件决定,一般取R=0。1~0。3毫米。如果R大于 ,就无法按照要求直接成型出波纹来。如果R大于R ,在合模的时候,R 在分模面上就会象成型刀具一样,对管坯料进行切削。如果R 过小或过大,则可能擦伤管坯料外表面或在成型出的波纹管轴向对称两侧分别残留一道凸痕,形成波纹管的“加强筋”。R值确定得是否得当,直接关系到是能否生产出合格的产品。所以说,认真地分析各个R的实际意义亦是波纹管液压成型模具设计中一个不可忽视的方面。 


调试 


由于材料、规格的不同,在成型过程中的密封圈尺寸、工作压力、收料长度也各不相同。要确定这些参数,仅按照一般理论设计是不够的,因为有许多可变因素存在。所以,要通过调试,寻得一些经验数据来修正计算中的误差。这样,才能加工出符合设计要求的波纹管。 


密封圈 


目前,一般不采用传统的模压橡胶圈,而采用耐磨性较好,强度较高的聚乙稀索制成的密封圈。其制作方法是:根据密封圈槽宽度、深度及所用聚乙稀索的断面直径计算下料以后,将两端同时在薄热片两侧熔化,迅速粘接,去除毛疵,便成为需要的密封圈。为确保工作状态下的密封效果,同时,又不使它和管坯内壁产生过大的摩擦力,密封圈的外轮廓尺寸与管坯料理论内孔配合的过盈量控制在0。20~0。50毫米范围之内。当然,由于聚乙稀索断面直径公差和操作过程中下料、熔接等方面的累计误差,在调试中,首先密封圈的制作往往通过2~3次实验才能找到下料长度的 佳 值。尽管如此,它的效果和经济性能都比用橡胶密封圈好得多。 


成型工作压力 


波纹管成型工作压力一般也取决于管坯料的机械性能及波纹几何形状。管坯料的延伸率越大,成型工作压力越小。在管坯材料、壁厚、热处理等条件相同的情况下,成型工作压力与波纹管的波纹高度成反比。但是,实际生产过程中无法保证每一炉、每一批、每一根管坯料状态的一致性。例如:壁厚为0。3毫米的 材料,成型出通径为102毫米,外径为120毫米,波距为9毫米的波纹管,最 低工作压力为20公斤力/厘米 ,最 高工作压力达45公斤力/厘米 ,相差一倍多。因此,根据具体情况,随时改变成型工作压力是波纹管成型调试过程中的一项重要工作。 


波纹收料长度 


所谓波纹收料长度是指一个波距后,管坯料的轴向长度,严格的理论计算公式是 


该公式推导过程将在下一节说明。 


但实际上,波纹管的成型一般不需要经过这样精确的计算,按下述公式近似地计算即可。 


由于不锈钢、铜等制作波纹管的材料本身具有一定的塑性延伸,管壁产生变薄、拉长的趋势,所以,波纹管的收料长度取值还要相应地缩短一些。对于不锈钢材料,可以经验地取公式(5。2)计算结果的90~95%;对于铜材料,可以经验地取公式(5。2)计算结果的85~95%。这个数据减去模片的厚度,就是推模、模片开间的距离。为便于测量和记忆,操作工人俗称其为“展开长”。这种“展开长”的确定方法可以相对地保证管壁最 大变薄点的厚度 。对于管壁变薄量有具体要求的波纹管,其展开长的确定,将在下一节里进行专题讨论。 


管壁变薄量的控制 


单波连续成型和多波一次成型方法虽然不同,但促成管壁变薄的条件是相同的。在管坯材料、状态、波纹几何尺寸既定的情况下,波纹管管壁的变薄量就取决于成型工作压力的大小和模片、推模开间距离的大小。成型工作压力愈大,变薄量就愈大。也就是说,波纹管管壁的变薄量与成型工作压力的大小成正比;与模片、推模开间距离的大小成反比。但须指出,它们是有限的,有条件的,既不可能产生大到百分之百变薄的情况,也不可能出现小到完全无变薄的结果。用单波连续成型的方法,其成型工作压力和模片、推模开间距离的选择,必须符合PL曲线。 


PL曲线是用实验的方法求得的。不同材料,不同规格的波纹管,其PL曲线也各不相同,但无论哪一种波纹管的成型,都有一个许用成型工作压力的上限值 和一个许用模片、推模开间距离的上限值 在波纹成型的过程中,如果无限加大成型工作压力,则可能使波纹部分产生大到极限的变薄量,以至爆破。如果模片、推模开间距离超过其上限值,则可能在充液压以后,由于初波过小,而导致进推模时管坯料产生轴向滑移,直至滑移到模片、推模开间距离符合PL曲线时,方能成型。这样,由于滑移,结果成型出来的波纹管的波谷宽度就会加大,不符合设计要求。对不锈钢材料的波纹管,由于液压脉动的作用和材料冷硬特性,可能成型出外径远远小于设计尺寸的波纹管,或根本成型不出波纹来。 


由此看来,只有在充液压以后,管坯上产生一定尺寸的初波,波纹管才具备成型的条件。这个条件的形成,从管坯料轴向剖面上来分析,相当于弓形的弦长变成了弧长。在此过程中,管坯料没有轴向补偿或没有足够的轴向补偿,当然管壁必定变薄。 


管壁的 最 大 变薄量 


对于金属波纹管在液压成型过程中管壁变薄的问题,可以用面积比的方法来分析。因为从波谷底到波峰顶,管壁的变薄量近似地呈线性递增。所以,最 大变薄量近似为两倍的最 大平均变薄量,而最 大平均变薄量是由展开波纹管一个波距后的表面积和成型前最 小预定坯料的表面积两个量所决定的。 


所谓展开一个波距的表面积A 是下述三个量的总和: 


()两个相同外径D 、相同内径D 的圆环模片面积A , ()一个以 为半径的波峰的半圆弧按D 为半径旋转所得的曲面积A (见图5-5)。先求:再得()一个以 为半径的波谷的半圆弧按D 为半径旋转所得的曲面积A (见图5-6)。先求 


所谓成型前最 小预定坯料表面积A 是下述三个量的总和(件图5-7): 


()以1/2模片厚度L 为长度的管坯圆柱表面积A : ()以模片、推模最 小开间距离L 为长度的管坯料圆柱表面积A ()以推模端面和内孔倒角L 为长度的管坯料圆柱表面积A 因此, 最 大平均变薄量 最 大变薄量 


额定变薄量的控制 


在工程上,各种不同使用场合的波纹管,对管壁变薄量要求的严格程度亦不相同。一般来讲,总是希望管壁变薄量越小越好。但是,既然采用液压成型的方法,管壁的变薄就是不可避免的。因此,在波纹管成型工艺过程中,如何保证管壁变薄量小于或等于设计确立的额定变薄量 ,是一个十分重要的问题。 


从上述关于管壁最 大变薄量的公式出发,管壁变薄量与成型前预定坯料表面积有关,而成型之前的预定坯料表面积又与L 、L 、L 这三个量有关。其中,L 是一个可以调节的变量。所以,为了控制管壁的额定变薄量,可以用调节L 的方法来实现。它和前述的PL曲线所反映的实质是一致的。根据设计确立的管壁额定变薄量可以按下式计算结果调定L 值: 


例题:金属波纹管几何尺寸为外径D=120毫米,通径 =102毫米,波距T=9毫米,波谷半圆弧半径 =2。1毫米,壁厚 =0。3毫米。要求保证波纹管管壁最 大变薄量不超过其原壁厚的20%。 


求:成型时,模片、推模最 小开间距离L? 


解:若L =1。8毫米;L =2毫米结果:为保证其最 大变薄量不超过20%,成型时,模片、推模开间最 小距离不得小于18。184毫米。 


橡胶囊隔液成型试验 


多年来,波纹管单波液压成型从工艺上看来,泄露问题一直未得到彻底解决。因此,波纹管外径尺寸不均匀,产品优质率低;工作液四处溅溢,生产文明度差;波纹管内腔遗留残液,造成浪费等等。 


能否用一层富有弹性的“膜”来将工作液与波纹管隔离,以解决上述存在的问题呢?通过对通径50毫米波纹管的试验证明:波纹管用橡胶囊隔液成型的方案是可行的,能够收到极好的效果。 


橡胶囊隔液成型的实质: 


图5-8是旧工艺,图5-9是新工艺。 


合模以后,工作液不直接对管坯内壁起作用,而是通过橡胶囊再传导给管坯料。模片、推模之间的管坯料随着压力的升高和橡胶囊的凸起而凸起,形成初波。因为芯轴、管坯料、模具三部分的配合关系及橡胶囊的特殊几何形状,使得橡胶囊不会随液压的作用向两端延伸。又因为金属材料管坯强度高而对橡胶囊起着保护作用,所以,在高达80公斤力/厘米 压力作用条件下,橡胶囊依然不会爆破。 


进推模时,推模与芯轴相对滑动,橡胶囊外表面紧紧地与管坯料内壁相贴。初波在推模运动条件下,沿轴向收缩;在压力作用下,径向胀大,逐渐地形成合格的波纹。 


泄压、退推模以后,橡胶囊依靠自己的弹性,从成型好的波纹腔内脱出,回复原始状态。 


退芯轴将成型好的波纹带到另一位置。第二个循环的第 一 个动作。尔后,“合模”又开始了。 


胶料 


金属波纹管液压成型一般采用油基工作液。对长时间、多次反复地在油液中工作的零件要求要高一些,不但要有良好的耐油性能,更要有良好的弹性。通过对1847、3825、301、防水100、自应力和中等耐油橡胶及各种乳胶材料的对比试验,结果证明:中等耐油橡胶的耐油、耐温、耐老化、抗疲劳、弹性等综合性能较好,能以6~10次/分钟伸缩频率连续工作十小时以上。是目前探索中制作橡胶囊的材料。 


芯轴 


随着成型工艺的改革,芯轴结构也将相应地变动,旧式整体芯轴要改为组合式芯轴,改动的目的是便于拆装橡胶囊。 


橡胶囊在金属波纹管液压单波连续成型工艺中的作用以确定无疑了。有关橡胶囊结构形状及有关组合芯轴的几何尺寸还须根据工程中的具体情况去确定。 


多波一次成型的新型模具 


在工程中,小批量、大通径、厚壁或多层,在特殊条件下使用的环形金属波纹管,无论是用单波连续成型的方法加工,还是用多波一次成型的方法加工,都是很困难的。通径为500毫米,多层总厚为6毫米的钢质波纹管,波纹成型需要150~250公斤力/厘米 的工作压力,180~220吨的轴向推力。单波连续成型时的高压油泄露,常常带来大批量的报废。多波一次成型时所需的轴向推力很大,只有到300吨、500吨,甚至1000吨的水(油)压机上去解决。但是,在这两种方法中,又各有可取的一面,用多波一次成型法,能够很容易解决高压油的密封问题;用单波连续成型法,可以大大降低成型时所需要的轴向推力。能否综合这两种工艺方法的优点,改善这类波纹管成型的条件呢?下面推荐内衬套导向的多波一次成型模具。 


压力油从进油法兰盘的油道通过内衬导向套油道流向管坯料内壁,与相邻零件构成的油腔,各组模片之间的管坯料在油压的作用下,产生径向扩胀的趋势。推环在外加压作用下,迫使管坯料沿轴向收缩,逐渐形成所需要的波纹管。其优点突出地表现在如下两个方面: 


第 一、 结构简单,制造方便。与普通一次成型模具相比,它仅增加了内衬导向套,但省去了复杂的外导向装置。 


第二、 降低波纹成型时的轴向推力。进油法兰盘及内衬导向套油路布局,致使轴向受压面积大大地减少。如加工一只通径为500毫米的波纹管,成型需用的实际承压面积只是密封部位的一个15毫米宽的环带(指可移环的厚度)。 


原面积为25 =1938平凡厘米环带面积为(25~23。5) =226平方厘米两者之比为8。6:1。可以想见,原来需用几百吨的轴向推力,现仅用几十吨就够了。 


金属波纹管的机械成型工艺 


通径为40毫米以下的螺旋波纹管一般用机械旋压成型的方法获得。但是,目前有些机械旋压成型螺旋波纹管的通径已经扩展到100毫米,甚至150毫米。该法是利用模具与管坯料相对旋转挤压成型的。模具由三个隔片②、两个工作模片③、一套外夹壳①所构成。 


两个工作模片分别称作成型模片和整形模片。成型模片的工作面实际上是一个一定进程的等进曲线构成的曲面。整形模片的工作面是一个直径等于成型后波纹管波谷底径的投影圆构成的曲面。三个隔片分别称为上隔片、中隔片和下隔片。上、下隔片的一端是平的,另一端加工成一个螺距的螺纹。中隔片两端分别加工成一个螺距的螺纹,一端同上隔片,另一端同下隔片。 


管坯进入旋转的模具以后,由于模片和隔片的作用,使得管坯料在轴向和径向上都受到一定的挤压,产生塑变,逐渐地变为所需要的螺旋波纹管。 


模具设计计算 


螺旋波纹管的机械旋压成型不同于车制螺纹,它无切削过程,属于冷挤压范畴。该模具设计的关键是成形模片、整形模片和中隔片三部分。它们的结构参数的确定,完全依赖于波纹管的几何形状。 


整形模片 


整形模片很象一个弹簧垫圈(见图5-15),确定各部分尺寸的公式如下:工作面 = ;厚度 = ;内孔 = ;螺旋面螺距 T =T 


成型模片 


成型模片也象一个弹簧垫圈(见图5-16)。其内孔不是一个规则的投影圆,而是一个有一定进程的等进曲线。除此,成形模片的厚度B 和螺旋面螺距T 的确定,相对整形模片来讲,也稍复杂一些。 


经过挤压的波纹管离开成型模片之后,立即进入整形模片,所以整形模片头部和成形模片尾部衔接必须圆滑。为确保在此过程中,它不被划伤,成形模片厚度的设计尺寸总是比整形模片厚度大一些。 


等进曲线最 大半径应等于管坯料的外半径,最 小半径应等于波纹管的波谷底半径,即整形模片内孔的半径。因此,等进曲线进程为 


螺旋面螺距的确定,取决于波纹管的波纹高度。这将涉及到成型一个波距需要用多少管坯料的问题。也就是说,必须先求出成型一个波距的坯料展开长。 


该坯料长度L可按求环形波纹管展开一个波距后坯料长度的方法近似地计算如下: 


因此,成形模片螺旋面螺距T 确定为 式中, 它是波纹管的波纹高度,亦反映等进曲线的进程。 


中隔片 


中隔片象一个不合格的弹簧垫圈,因为它在任意半径上的厚度都相等。 


波纹管收料螺距T 与成型模片相同,即 T =T 小头厚度B 由波纹管波纹宽度确定为B =T- 波纹管设计螺距T 与整形模片相同,即 T =T 大头和小头之间的间隙H 是自然形成的。其状态是基本条件是否则,就要改动波纹管的结构设计,或采用其它工艺方法去加工螺旋波纹管。 


常见缺陷 


目前在我国,螺旋波纹管机械旋压成型还是一个新的工艺,许多课题还有待于研究、探讨。下面,把一些常见问题产生的原因及其处理的方法简单地介绍一下。 


波谷的划伤 


螺旋波纹管的波谷出现径向拉沟或整个波谷被切削一层的现象,称作划伤。由于机械旋压成型的实质是模具的工作面与管坯料外表面呈滑动摩擦,因此,波纹管在成型过程中,外表面的划伤是难免的。但是,中、小通径的螺旋波纹管,多为极薄壁的金属材料,一般厚度δ=0。1~0。5毫米。所以,管壁的划伤对波纹管的质量影响极大。为了防止划伤,可以在管坯外表面涂一层漆,以形成一定厚度的保护膜。在此条件下,如果仍然有划伤问题出现,必须从下述的五个方面去找原因: 


()漆的浓度不够;()涂敷在管坯外表面的漆是否已经干透;()模片工作面上是否有毛疵;()成型模片和整形模片衔接处是否由于几何尺寸偏差或装配累计偏差而不圆滑;()管坯材料硬度是否过高。 


凹坑的形成 


螺旋波纹管在机械旋压成型过程中,有时出现凹坑。这种凹坑有的在某一个波纹上出现,有的在连续几个或几十个波纹上出现,其原因主要有以下两个方面: 


()管坯料本身的缺陷:管坯料多为壁较厚的无缝管旋压或冷拔出来的,由于较厚壁无缝钢管的坯料在冶炼、粗轧过程中有气孔或夹渣存在,施压以后,留有隐痕、隐裂或其它原因形成的隐疾。成型出螺旋波纹管之后,它们就以凹坑的形式表现出来。偶尔也有因管坯料在运输时被碰瘪造成凹坑的。 


()成型工艺过程中的问题:生产准备工作不当,特别是涂漆技术不过关或者环境不清洁;漆层厚度不均匀;漆滴干涸以后形成的硬疙瘩;漆膜未干的管坯料堆放在一起,形成管坯料外表面沿轴向凸起的漆痕;带漆的泥土、带漆的木屑,甚至带漆的刷子毛都可能造成凹坑。 


倒波及皱摺 


正常的螺旋波纹管的轴向剖面呈“U”形。而有时,螺旋波纹管成型之后却不是这样,其轴向剖面波形呈“”形,称之为倒波。从螺旋波纹管轴侧方向看去,波纹上有许多按照一定规律出现的小凹坑或小麻点,称之为皱摺。 


实际上,这种成型方法就具备倒波的条件,但由于管坯料本身的硬度及管坯变形段本身的刚度恰好适宜成型。所以倒波幅度较小,用肉眼观察不明显罢了。这种方法本身就具备倒波的条件,只要将成型的过程逐段分析一下,就可以弄清楚它们的成因了。 


AB之间的曲线实际上是一个螺距的展开长,模具与管坯料相对旋转至2以后,点位移至点,点位移至点,AB间距离逐渐缩小,同时,A点到轴心线的距离也逐渐缩小。在这段时间里,点在轴向受压,沿径向也受压;而 点仅在径向受压,轴向不受压。当 点位移到 点时,轴向受压,径向不受压。当 点位移到 点时,成型过程已基本结束。这就是说, 点及其附近受压大,变形量大; 点及其附近受压小,变形量小。但是, 点、 点又是不可分割的整体。所以,当A段变形的时候,B段必然向A段倚靠。这样,就形成了倒波。 


模具与管坯料相对旋转,模片工作面在 、 之间摩擦,使得 、 之间冷作硬化了,而其轴向压缩和径向压缩又在继续进行着。此时,成型模片相对管坯料来讲,无意地要向B方向滑移。所以,对于硬度较低的管坯料来讲,实际成型过程中的 点不是原来的 点,而是 点; 点也不是原来的 点,而是 点。因此,实际展开长小于原设定的展开长,A段上硬化面积大于B段上的硬化面积,倒波问题就显得更加突出了。 


此外,还有一种情况,模具装配不按照操作规范,使得模具装配完毕后,呈图5-20的状态。结果,使得管坯料B段脱离成型模片尾部,进入整形模片首部的时候,中断了侧向受压,而管坯料A段受压仍继续进行着,因而造成倒波。 


硬度适宜成型条件的管坯,即使由于模具装配问题而形成倒波,但管坯料变形段本身没有足够的刚性,不会产生皱摺。硬度不够的管坯料,变形段没有足够的刚性,加之冷作硬化的A段面积大于B段面积。所以,不仅明显地反映出倒波的问题,而且还会大面积地出现皱摺。那么,这个适宜成型条件的硬度究竟是多少呢?这里不能一概而论,对于各种不同规格的波纹管,其适宜成型条件的硬度亦不相同。一般来讲,小通径的波纹管对这个硬度值要求高一些;而较大通径的波纹管对这个硬度值的要求则低一些。举例来说,对于 不锈钢材,外径为18毫米,通径为12毫米,螺距为3。5毫米,壁厚为0。2毫米的螺旋波纹管,管坯料硬度值的范围是HB210~230。 


圆环组合模具 


螺旋形波纹管机械成型的方法很多。前面介绍的那种方法由于模具在管坯外表面呈滑动摩擦的形式,所以,每套模具一般仅能成型出40~50米长的波纹管,就要重新调整、修复后再用。总共也不过成型70~80米波纹管,模具就因磨损而报废了。对于必须保证连续几百米或几千米长的用来制作电缆的铜质或铝质螺旋形波纹管,若用此种方法加工就不合适了。 


那么,这类特长螺旋形波纹管如何加工呢?在这里,除了先进的焊接技术提供必要长度的管坯料外,更重要的就是如何延长模具的寿命了。当然,仍以滑动的摩擦形式,要想把模具寿命提高几十倍、几百倍是不可能的。 


圆环组合模具从根本上改变了成型的摩擦形式,能够较好地满足特长螺旋形波纹管成型的要求。 


若干圆环模片与管坯料轴线构成不同的倾斜角度,它们与管坯料作相对旋转运动,其内表面和侧面将管坯料挤压至设计尺寸。例如,成型通径为60毫米的波纹管,圆环模片倾斜角度取2 ~6 30 ,圆环模片中心对管坯料轴线的位移δ取1~3。2毫米,根据波纹管几何形状的不同要求,圆环模片数通常采用7~12个,浅波、大螺距的波纹管,通常采用3~6个。 


这种方法成型螺旋形波纹管的优点是:模具与管坯料呈滚动摩擦的形式,成型阻力小,发热量低。因此,模具寿命可以大大地提高。缺点是模具结构设计难度大,安装和维修不方便。 


维尔门特(WELLMETAL)工艺 


 早出现的螺旋波纹管是由带材加工的[见图2-2中的(2。1~2。3)]。现代的整体无缝螺旋波纹管是由它演变而来的[见图2-2中的(2。5)]。随着焊接技术的发展,人们为了高效率地进行生产,又回过头来采用带材加工螺旋波纹管。但是,必须指出:这绝不是倒退。而是一个进步,甚至可以说是一个飞跃。在这方面,德国作了尝试。近年来,日本和其它也相继有所发展。这就是我们所讲的维尔门特工艺。 


用这种方法制造螺旋波纹管,具有效率高、成本低、质量好等优点。只要带材长度条件允许,可能连续成型出几十米,甚至几千米长的螺旋波纹管。目前,用作海底电线电缆的柔性屏蔽套管,多采用这种方法加工。 


金属丝网套的编织 


除带材网套外,凡用丝材来制作金属软管网套的,必须先合股,后编织。所谓合股是将一定根数的金属丝并头绕在股砣上。编织是将一定数量股砣上的金属丝按某一规律结成网(笼)状的套,包复在波纹管的外表面。 


半个世纪以前,人们为了提高橡胶管的耐压强度,在橡胶管的夹层中布置麻丝或金属丝网,有的达两、三层之多。今天,由于金属波纹管是由薄壁管坯料压波而成的,其轴向上刚度很小,为提高它的承载能力并保护波纹管不受机械损伤,因此,一般也用金属丝编织的网套铠装在外表面。当然,外观美是一个需要注意的方面,但更重要的是提高编织质量,保证金属软管的使用性能。 


夹紧力和牵引速度 


一般牵引架是履带式的,它的运动将已经编织好的网套向外拉。夹紧力过小,可能打滑,拉不动,编织部分发生扭曲现象,俗称“扭麻花”;夹紧力过大,可能夹扁、压伤波纹管,也将造成损失。一般由松至紧,缓缓调节,以能够维持牵引为准。夹紧力的大小随着软管外径大小的不同和所用夹紧块与网套接触表面的材料不同而异。在此,无法提出量的概念。 


牵引速度的快慢,取决于网套直径的大小和编织角度的大小。这里的牵引速度是指主轴转一圈时,网套轴向的相对位移量,也就是编织距 ,其式为 


那么,牵引速度可表示为 


金属丝网套如果定品种,大批量生产时,牵引架建议采用有级变速,实行挂档。这样,操作方便,保证质量。在多品种,小批量生产时,编织机床的牵引架可采用无级变速机构。这样,从一种规格更换另一种规格网套的编织时,就可避免用大量的金属丝材进行试编,再通过检测,去调节合适的牵引速度。 


断丝和叠丝 


为了保证金属丝网套的质量,金属软管的网套需有限制断丝和叠丝数量的要求。也就是说,某种规格的金属软管的网套在多少长度范围内,允许有几处断丝或叠丝。其实,编织过程中,断丝和叠丝总是难免的。实验证明:合股时或编织时,股砣上的松丝就是其根源,在 根丝中,若有一根长于其它,运动中它可能不行其道,扭成“死角弯”后被拧断。即使没扭成“死角弯”,不断丝,也不会循序就位,常以“驼背”的形式出现。在 股丝中,若有一股长于其它,运动中,则可能乱作一团,结果横七竖八、很不规则地叠在一起。因此,严格地控制松丝是解决断丝、叠丝的办法。在额定范围内的断丝,可以将其断头用钢丝钳拉紧后嵌进花下面。另外,对于叠丝之处,尽量用螺细丝刀或钝口刀疏整。 


手工编织网套 


金属丝网套和金属带网套的机械编织都是从手工编织发展起来的,尽管它的效率是手工编织的几百倍,但是,到目前为止,它依然不能完全地取代手工编织。在一些特殊情况下,还必须用手工编织的方法才行。这是因为手工编织的特点是:设备简单、操作方便、安全可靠、投资少、见效快。 


“葫芦”上的挂钩①通过过度法兰②将波纹管直立吊起,股砣上的金属丝或金属带的端头夹固在过度法兰的小孔之中,金属丝或金属带正好卡在分丝盘④的股槽里。轮廓就象一把半开的雨伞。操作者在高台⑤上始终按同一个方向转行, 


同时,有规律地交换股砣的相对位置。当编织好的一段网套,经检查和手工校正后,可通过葫芦提高波纹管的高度。效率虽然很低,但是,可以多人同时操作。由于在编织过程中,有足够时间去仔细地检查并校正(疏整),所以,手工编织金属丝网套的质量较机械编织要高一些。小批量,大通径,非标准的网套,通常采用这种手工编织的方法。 


如图5-23 、 所示,网套花纹常见的有“双花”和“单花”两种。“双花”花纹多为丝网,其编织角为54 ;“单花”花纹多为带网,其编织角度多为45 。 


分丝盘外缘上的股槽数量是以网套的股数来确定的。“双花”花纹网套编织习惯是顺时针进行的,基本动作是:首先提起股槽①、②、③中的丝股(以任意股槽为①),必须保证①、②槽的丝股在③槽丝股的下方运动。①槽中的丝股置于②槽,②槽中的丝股置于③槽,③槽中的丝股置于①槽。尔后,提起股槽③、④、⑤中的丝股,必须保证③、④槽中的丝股在⑤槽丝股的上方运动。③槽中的丝股置于④槽,④槽中的丝股置于⑤槽,⑤槽中的丝股置于③槽。后序股槽中的丝股均按照这样的规律循环运动。 


“单花”花纹编织比“双花”花纹的编织容易得多,其基本动作是:提起股槽①、②中的金属带,调换它们的相互位置,但必须保证①槽中的金属带在②槽中金属带的下方运动。尔后再提起股槽②、③中的金属带,调换它们的相互位置,但必须保证②槽中的金属带在③槽中金属带的上方运动。后序股槽中的金属带均按这样的规律循环运动。 


接头的嵌装 


金属软管接头的连接工艺主要是钎焊(高频钎焊),熔焊、电阻焊和机械夹固几种形式,它们各有特色。一般来说,对于小通径的,尤其是以螺旋波纹管为本体的金属软管接头的连接,多以钎焊为主。它具有工艺简单、操作方便、成品率高等优点,是其它任何连操形式都不能比拟的。但是,对于大、中通径的,尤其是以环形波纹管为本体的金属软管接头的连接,熔焊、电阻焊比钎焊更为有利。对于一些特殊场合使用的,如要求耐强腐蚀的金属软管,其连接只能采用熔焊或电阻焊的工艺。因此,熔焊、电阻焊也是广泛采用的两种形式。机械夹固是一种古老的连接形式,随着技术的发展,中、小通径波纹管与接头的机械夹固连接形式日趋淘汰。但是,机械夹固连接方法无需加热,用冷硬不锈钢丝(带)或热处理碳钢丝(带)编织的网套与接头,若采用机械夹固的连接形式,可能使金属软管获得较高强度的网套,从而,提高了金属软管的承载能力。同时,它不需要进行钎焊、熔焊前、后的清洗,简化了工序。因此,国外通常对于大、中通径的金属软管网套与接头的连接依然采用机械夹固的形式。 


钎焊 


通常金属软管的钎焊是将波纹管、网套、环和接头用钎焊料装配、钎焊为一体。 


首先,对一定长度的波纹管进行网套的编、织或套装,再配环,切除多余部分网套,然后用酒精、丙酮或高标号汽油清洗,并烘干钎焊部位。涂上焊剂后,将接头插入波纹管孔内,这时,便可进行钎焊。 


现行工艺中,很少采用乙炔、丙烷、丁烷等火焰加热形式,多以高频感应加热为主。在钎焊过程中必须加以注意以下几个问题。 


(1) 波纹管编织或套装网套之后,应在距其端部30~50毫米处用铅丝扎紧,以防止网套散头、松脱。(2) 切除网套多余部分,应平齐波纹管端,配环时,要保证环端超出管端1~2毫米,以防止钎焊料熔化后外溢。(3) 在钎焊以前,必须对钎焊部位进行清洗,这样,才能保证焊接质量。(4) 焊剂配制是用水调和一定比例的硼酐、氟化钾和四氟硼酸钾,煮成糊状,待其降至常温后再用。是随用随配,不宜放置很长时间。(5) 常用钎焊料有两种:一种是具有一定耐腐蚀作用的料303,即银铜钎料,其熔点为660~725C 。成份为 , 余量是Z ;另一种是不耐腐蚀的料312,即银镉钎二号,其熔点为595~625C ,成份为 , , , , 。当然,也可以选用含银量更少的钎料。钎焊料用量必须严格计算,要求焊料沿波纹管端流动长度不得少于一个波距,但也不允许超出环的另一端而流到网套上。国外有些资料介绍,不超过环的宽度的60%。(6) 为提高钎焊料在波纹管、网套金属丝和接头零件之间的毛细渗透性,进一步保证焊接强度的均匀性,防止高温条件下表面强烈氧化,有条件时,在真空市内进行,起码也要设法用惰性气体进行表面保护。氩气保护是常用的一种方法。(7) 焊好接头的金属软管,必须在重铬酸盐水溶液槽内进行残留焊剂的清除。同时,对接头与环外表面的焊料积瘤和黑斑也必须清除,进行一次抛光处理。(8) 钎焊后交验的金属软管,应该保证钎焊表面平坦,不得有漏焊、气孔、蜂窝、夹渣和裂纹。焊缝至基本金属的过渡平滑,边界平坦,在焊缝的剖面上一定的面积里的气孔数不能超过验收技术条件中所规定的值,以确保其使用的可靠性和工作寿命。 


熔焊和电阻焊 


目前,较广泛采用的焊接形式还有熔焊[指氩弧焊(TIG)]和电阻焊(指滚焊、点焊),金属丝(带)网套与接头之连接也是如此。有些金属软管全部采用氩弧焊;有些金属软管全部采用滚焊。也有写些金属软管采用混合焊形式;即波纹管与接头用氩弧焊,网套与接头用滚焊(或反之)。 


波纹管与接头滚焊的焊接致密、热影响区小、质量较好。存在的问题是焊前准备工作复杂,对各组件的配合要求严格。相对于一次成型的波纹管来讲,可以十分方便地在两端预留直边(即不成型波纹的部分)。对于单波连续成型的波纹管来讲,成型时,其两端预留直边在生产过程中不便掌握,常常照要求长度随时截取。因此,为了获得波纹管两端的直边部分,往往需要将它两端部的数个波纹再进行辗压、展平。这种焊接形式,要求对其几何尺寸进行严格地控制。波纹管与接管配装后尽可能使间隙趋向于零。这个问题对大批量生产是极其不利的。 


网套与接头的滚焊亦有上述的问题,但不存在直接泄露。然而,从许多中、低压金属软管的爆破试验结果看来,集中反映的问题是焊接电流规范不一致,致使一些网套与接头未焊透或过烧,造成了低压条件下的脱网现象,大大降低了金属软管的承载能力。 


波纹管与接头的氩弧焊是使其两体的端部熔为一体,这样,可能保证焊道受力均匀,不易生成气孔和夹杂,相对保证了质量。但对螺旋波纹管来讲,首先得把管端的一个波纹敲平,先预焊几点,然后才能进行氩弧焊接。三岔口处的焊前准备工作一定要细致,否则,这是容易出问题的地方。对于大、中通径环状波纹管来讲,钳、焊过程就比较简单了,经压波、铣边、在专用夹具上装配好后即可焊接。 


当网套、环与接头熔焊时,采用带材网套要便于焊接,若采用丝材网套,往往会产生缩丝现象。所谓缩丝就是编织网套时,有些金属丝已有内应力,在焊接热效应作用下,当环对其约束不紧时,它们就收缩而造成假焊。 


环状波纹管与接头氩弧焊接专用夹具 


开始试制时,接头处的结构是将环状波纹管端的第 一 个波纹压死(使波厚小到两倍的壁厚),与接头对接装配,先预焊几点,再进行氩弧焊接。实践证明,该设计方案工艺性不好,在其夹层间很容易残留酸洗工艺过程中的酸液。这些残酸是金属软管与接头的焊道产生存放泄漏的重要原因之一。为彻底消灭夹层,不给残酸有立足之地,近几年来,随着接头处结构设计的改进,出现了环状波纹管与接头装配专用夹具,一次氩弧焊接成型的新工艺。 


这种夹具可使得焊前装配状态良好,不用预焊,因此,容易保证焊接质量。焊接时,波纹管内、外表面都有氩气保护,从结构上回避了夹层,因此,采用夹具对提高产品质量大有好处。通径大于40毫米的环状波纹管与接头连接宜采用这种方法。环状波纹管与环状波纹管对接焊也同样可以采用此种方法。 


关于焊缝的泄漏 


金属波纹管与接头用钨极脉冲氩弧焊,是将一定高度的翻边熔化后形成焊缝。焊接泄漏据其不同条件下的反映可分为:焊后泄漏、酸洗泄漏、总成泄漏和存放泄漏四种。它们都说明焊缝上有缺陷存在。当然,不同的泄漏方式说明不同形式或不同程度的缺陷。 


为了摸清这些缺陷的成因,用光学显微镜和扫描电镜观察焊缝全相样件缺陷的外观形貌及其剖面。同时,对样件缺陷部位的材料进行电子探针分析。 


焊后泄漏是在波纹管与接管焊接后,进行表面处理(酸洗)以前,做气密、强度检查时出现的(见图5-27和图5-28)。酸洗、总成及存放泄漏是分别在酸洗后,入库前(经第二次工艺酸洗)、出库后,做气密、强度检查时出现的(见图5-29和图5-30)。 


探针分析焊缝金属材料中的夹杂(见图5-31和图5-32)。 


观察结果表明:缺陷主要表现为孔洞形式。焊后泄漏,其焊缝上的孔洞是在焊接过程中产生的;酸洗、总成、存放泄漏,其焊缝上的孔洞是在酸洗过程中或做气密、强度检查的过程中产生的。有些孔洞是由于缺陷部位残酸清洗不尽,缓蚀所致。为了减少和杜绝这些孔洞的产生,在焊接工艺过程中必须注意以下几个方面的问题: 


(1) 操作间应保持清洁。在空气中,不允许有大颗粒灰尘窜动,以免灰尘中占60~77%的S O 参于焊接过程中的冶金反应。(2) 操作者劳动保护具齐全。脏手套、油泥棉纱等,不得与工件焊接部位接触。(3) 严格进行焊前清洗,在工件焊接部位,不允许残留清洗介质中的水分和大气中的水分,以免其中的O 分子混入焊缝金属中去。(4) 适量的氩气保护,严禁空气中的氮、氧混入熔池参予化学反应。(5) 严格焊接规范。选择适当的焊接电流、焊接速度和脉冲频率相匹配。(6) 确定合理的翻边高度,避免发生未焊透和烧塌的现象。(7) 对化学成分的偏析、严重夹杂、壁厚不均匀和明显划伤等不合格的原材料、一律不准投入焊接。 


工艺酸洗不是必需的 


由腐蚀引起的焊缝泄漏在各类容器中经常发生。人们为了确保容器的焊接质量和洁净度,工艺中总是习惯采用酸性(对 钢,常用 溶液)办法。这样,可以消除外表面的氧化层,也可以暴露出内部缺陷,同时,一些不耐腐蚀的夹杂物当然也被腐蚀掉了。但是,我们认为:不用作贮存腐蚀性介质的容器或不是输送腐蚀介质的金属软管,只要在工艺上保证其内腔的相对洁净度,均可以免除酸洗这道工序。 


应力腐蚀破裂 


牌号为 的不锈钢制品的应力腐蚀破裂是材料在应力(残余应力、热应力、工作应力等)和腐蚀介质(主要为氯离子)共同作用下引起的一种破坏形式。一些设备或零部件使用几个月或几年后,便因应力腐蚀破裂而需进行更换。部分 不锈钢设备和零件还可能在其使用之前,就发生应力腐蚀破裂现象。因此,对于不锈钢软管制造工艺过程中的存放泄漏问题,是否属于应力腐蚀破裂?仍须进一步研究。由于冷锻、冷拔、冷旋压、弯曲、矫直、穿孔、剪切、机械加工、焊接、表面研磨等均可能造成残余应力,甚至奥氏体不锈钢固溶处理的淬火残余应力也是以在生产或使用过程中导致其应力腐蚀破裂。所以,对波纹管与接头焊接泄漏的原因,仅仅从焊接工艺这一方面去探讨是不够的,必须视其泄漏的具体情况,全面地进行分析,当然,不可轻易排除应力腐蚀破裂的可能性。
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