焊接金屬波紋管密封件是一種核心密封技術，由于其用途擴展到了各種創新的密封技術，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工業中尤為重要，因為極端溫度工況將使液體從一個區域泵送到另一個區域變得很復雜。

不同的因素和產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，并在其內徑處成對焊接以形成波紋管的各個褶皺的過程制成的。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：

充當彈簧以將主要密封面保持在一起

充當動態密封

從密封圈旋轉面的緊定螺絲環傳遞扭矩

焊接波紋管具有特定的優勢，包括：

強度高，可承受高壓

寬廣的工作溫度范圍

精確的設計和性能特征

低彈簧剛度（將波紋管壓縮到給定距離所需的力大小）

關鍵區域壓力低

允許最佳的板形設計——減少波紋

只有一個運動部件

靜態二級密封

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

用戶應了解這些差異，以便選擇最合適的密封解決方案及其對密封可靠性，平均維修時間，標準化庫存，逃逸排放控制和節水的影響。

以下是焊接金屬波紋管的七個主要差異和特征。

1.平板形狀

板的形狀會影響彎曲，行程和操作長度。在嵌套波紋結構中，波紋管中的所有板都是相同的，其輪廓可以在壓縮時嵌套。

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現最大撓曲，長行程（軸向運動），短操作長度和低彈簧剛度。圓弧半徑被優化為跨度的20％至25％（圖2），并且可以防止被稱為油罐裝的現象，在這種情況下，壓緊油罐底部時，板的進/出膨脹就會發生。每個卷積都由一個凸形和凹形板組成，這使得密封件可以設計成具有較短的軸向空間。

圖2：三圓弧設計優化了應力分布，從而提高了抗疲勞斷裂性。傾斜的波紋管軸線將彎曲應力分布在焊縫之外，并通過圓弧半徑分布。

2.角度

對于具有平直段的波紋管，熱影響區細微結構的變化會導致焊接接頭的可靠性降低。通過使用線性薄殼理論的分析，結果表明，傾斜波紋管軸現可以大大降低焊接處和熱影響區的應力。分析表明，焊縫處的應力主要是彎曲應力，但傾斜角度越大，彎曲應力越小。這一設計原則在一個獨立的政府資助機構進行的理論和實證研究中也得到了充分的證明，并得到了實驗驗證。當傾斜角度為45°時，彎曲應力將從焊接熱影響區引開。這就產生了板的剛度，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。利用氦質譜法，密封內部被抽真空，并被氦覆蓋。傳感探頭會立即檢測到氣體的痕跡，這些氣體隨后會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發生塑性變形（超出其塑性極限）會導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，但會顯著增加其剛度和波紋管的彈性系數。

高的彈簧剛度是不可取的，因為密封面載荷的顯著變化而密封件的工作長度只有很小的變化。這會導致過大的閉合力，進而導致密封面之間的潤滑膜損失，表面過熱，并最終導致密封失效。這在高溫和潤滑不良的環境中尤其重要。具有高彈簧剛度的波紋管也無法補償安裝問題，軸運動，葉輪調節，泵端游隙，由于熱量而導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

并非行業中所有的風箱都裝有減振器，這有助于防止由于空轉引起的諧波振動而造成的任何潛在損害。但是，減振器是理想的。在某些密封設計中，減振墊是一種內置設計功能，可以在需要時提供保護，以防止潛在的破壞性振動。

6.雙層波紋管

雙層波紋管可產生強度和柔韌性，而不會產生厚度。雙層波紋管通常用于較高壓力的應用中，并經常用于對流體敏感或傾向于在需要更多啟動扭矩強度的密封面上凝結并固化的應用中（圖4） 。雙層設計原理類似于輕型卡車和拖車中使用的板簧。由單個且厚的金屬構件組成的彈簧具有支撐負載所需的強度，因此彈簧會變得太硬。但是，當通過使用單獨的，分別彎曲的薄葉片元件的“堆棧”獲得強度時，彈簧剛度完全在期望的限制內。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的工況所需的額定壓力等級，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。大多數標準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，已設計出50％平衡的波紋管密封件，以處理內徑（ID）和外徑（OD）壓力。對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生的不正常狀態。