國內(nèi)波紋管加工發(fā)展及其特點(diǎn)

張益明，余 凌，吳澤日

（寧波星箭航天機(jī)械有限公司，浙江 寧波 315153）

金屬軟管起源于19世紀(jì)初歐洲，緣于橡膠軟管在工業(yè)應(yīng)用的局限性，例如，有工程蒸汽、熱風(fēng)類高溫介質(zhì)、液氫、液氧、液氦類低溫介質(zhì)、汽油、煤油、酸、堿等腐蝕性介質(zhì)如用軟管輸送，難以實(shí)現(xiàn)。特別是在高溫條件下，其安全性和可靠性更加難以保證。人們逐漸把注意力轉(zhuǎn)向金屬管。通過改變金屬管的幾何形狀，使其內(nèi)外表面產(chǎn)生相應(yīng)的波紋，使其具有與橡膠管相同的柔韌性，還具有耐高溫、耐低溫、耐老化、耐腐蝕。現(xiàn)在金屬波紋管在航天、航空、石油化工、核電火電、油儲碼頭、能源建筑等各領(lǐng)域均得到廣泛應(yīng)用。

金屬軟管是以波紋管為核心元件的輸送各種流體的管路元件，波紋管的性能優(yōu)劣直接決定金屬軟管的使用壽命。我國波紋管產(chǎn)業(yè)始于20世紀(jì)70年代左右，由于焊接技術(shù)落后，國家只能立項(xiàng)優(yōu)先發(fā)展無縫極薄壁管產(chǎn)業(yè)，以極薄壁管為胚料，通過機(jī)械成型和液壓成型兩種方式，加工波紋管。無縫極薄壁管的發(fā)展，帶動了金屬軟管發(fā)展，特別是高壓氣管的發(fā)展。

21世紀(jì)初期，隨國內(nèi)自動氬弧焊、激光焊接技術(shù)的發(fā)展，通過板材卷制焊接成管，再加工成波紋管的技術(shù)得到有效發(fā)展。有縫波紋管初期由于焊接技術(shù)局限性，只局限于低壓管路。后期隨著焊接技術(shù)的有效提升，特別是國外日本、歐美的技術(shù)引進(jìn)，有縫金屬軟管發(fā)展迅猛，從質(zhì)量、價格及生產(chǎn)效率均趕超了無縫金屬軟管。

金屬軟管產(chǎn)業(yè)發(fā)展到今天，我國金屬軟管應(yīng)用的相關(guān)領(lǐng)域，均已制定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，我公司為波紋金屬軟管國家標(biāo)準(zhǔn)起草單位之一，參與起草GB/T14525-2010《波紋金屬軟管通用技術(shù)條件》，我們航天航空領(lǐng)域也主要依據(jù)該國家標(biāo)準(zhǔn)。

本文主要介紹波紋管性能特點(diǎn)以及相應(yīng)種類金屬軟管的性能特點(diǎn)。

1 金屬波紋管的定義及分類

金屬波紋管是一種軸對稱波紋管殼，是一種具有橫向波紋的圓柱形金屬薄殼。其主要特點(diǎn)是在載荷作用下能產(chǎn)生一定的位移，從而使波紋管幾何形狀變形，載荷特性變?yōu)榉蔷€性。金屬波紋管與普通金屬光滑管相比較，具有一定撓性。

金屬波紋管按波形方式分為螺旋波形波紋管和環(huán)形波形波紋管，按管體分為無縫波紋管和有縫波紋管。

2 無縫波紋管的發(fā)展和性能特點(diǎn)

無縫波紋管顧名思義即為無縫鋼管加工而成的波紋管，目前國內(nèi)常用波紋管內(nèi)孔尺寸分別為4、6、8、10、12、14、18、20、25、32幾種規(guī)格，其中壁厚DN4的為0.15mm，其余為0.2mm。一般DN4-DN14通徑為螺旋管，DN18-DN 32為有環(huán)形波紋管和螺旋波紋管。

我國現(xiàn)有的無縫波紋管由上海寶鋼集團(tuán)技術(shù)研制開發(fā)薄壁管，通過Φ65的棒料，穿孔后，采用鋼管冷拔技術(shù)，將壁厚拉伸變薄，每加工一道，需要熱處理一次，最后將鋼管加工壁厚為0.2mm和0.15mm。薄壁管再通過波紋管成型技術(shù)，加工成為波紋管。鋼管在冷拔時，如果進(jìn)度稍微偏心，就容易造成管壁厚薄不均勻的現(xiàn)象。

目前，國內(nèi)螺旋波紋管主要通過機(jī)械旋壓式成型，螺旋波紋管的機(jī)械旋壓成形不同于車削螺紋，是一種非切削加工，屬于冷擠壓范疇。成形模分為三部分：成形模、成形模和中間墊片。這兩個工作模分別稱為成形模和成形模。成形模的工作面實(shí)際上是由各向同性曲線的一定級數(shù)形成的曲面。所述成型模具的工作面是由一個投影圓構(gòu)成的曲面，其直徑等于成型后波紋管波紋的底直徑。這三個隔稱為上隔、中隔和下隔。上下墊片的一端是平的，另一端加工成螺距螺紋。中間間隔的兩端分別加工成帶螺距的螺紋。一端與上墊片相同，另一端與下墊片相同。管坯進(jìn)入旋轉(zhuǎn)模具后，由于模塊和墊片的作用，軸向和徑向的管坯受到一定的擠壓，產(chǎn)生塑性變形，逐漸成所需的螺旋波紋從擠壓成型模片波紋管后，立即進(jìn)入塑料成型，所以塑料模具打開和成型模切尾連接必須光滑。為保證在此過程中不產(chǎn)生劃傷，成形模厚度的設(shè)計尺寸總是大于成形模厚度的設(shè)計尺寸。螺旋面螺距的確定，取決于波紋管的波紋高度。

螺旋成型易產(chǎn)生一些常見問題：

（1）波谷的劃傷。螺旋波紋管槽出現(xiàn)徑向拉深槽或整個槽被切成一層的現(xiàn)象，稱為劃傷。由于機(jī)械旋壓成形的本質(zhì)是模具工作面與管坯外表面的滑動摩擦，在成形過程中波紋管表面不可避免地會產(chǎn)生劃傷。

（2）凹坑的形成。螺旋波紋管在機(jī)械旋壓成形過程中出現(xiàn)了一些凹坑。這些凹坑可能出現(xiàn)在一個波浪上，也可能出現(xiàn)在幾個或幾十個波浪上，其原因主要有以下兩個方面：

（3）管坯料本身的缺陷：鋼管坯主要采用厚壁無縫鋼管軋制或冷軋。厚壁無縫鋼管在冶煉以及粗加工過程中，由于存在氣孔或夾渣現(xiàn)象，在紡絲后會產(chǎn)生隱蔽的痕跡、裂紋等隱患。螺旋波紋管形成后，出現(xiàn)凹坑狀。在運(yùn)輸過程中，有時會出現(xiàn)管坯壓凹引起的凹坑。

（4）成型工藝過程中的問題：生產(chǎn)準(zhǔn)備不當(dāng)，特別是油漆工藝不達(dá)標(biāo)或環(huán)境不干凈，油漆層厚度不均勻，油漆滴落后形成硬結(jié)；漆膜不干燥的管坯堆積在一起，形成管坯表面沿軸向凸出漆痕，用油漆沾污，用油漆沾木屑，甚至用油漆刷毛都可能造成坑。

由于冷拔工藝和螺旋成型工藝，無縫波紋管加工周期很長，同時成品率很低。且波紋管內(nèi)外壁存在剝層、氧化物、裂紋、銹斑、劃傷、凹坑、尖銳凸起、過酸洗等缺陷。無縫波紋管由于工藝復(fù)雜性，最總的價格往往會很高。但在有縫管未發(fā)展的年代，高壓的金屬軟管只能用無縫波紋管。但無縫波紋管加工周期長，生產(chǎn)成本高，在國內(nèi)市場應(yīng)用不是很廣泛。

3 有縫波紋管的發(fā)展和性能特點(diǎn)

有縫金屬軟管在初期，由于焊接能力的問題，只能應(yīng)用在低壓領(lǐng)域。后期隨焊接技術(shù)的提升，激光焊接及自動焊接技術(shù)領(lǐng)域的突破，有縫金屬軟管解決根本問題，得以廣泛應(yīng)用。

有縫金屬軟管主要通過帶材卷制，然后通過自動焊接，再進(jìn)行波紋管成型。目前國內(nèi)有縫波紋管加工設(shè)備均是連體設(shè)備，即帶材卷制，焊接，波紋管成型加工時連成一體，直接可以有帶材加工為波紋管。

帶材通過鋼鐵煉制，板的平面度、厚度均勻性均比同類管料能做到更高的水平。一般波紋管為聚氨酯或水壓成型，以環(huán)形波紋管為主，成型以后，需進(jìn)行固熔處理，用于消除材料卷制、焊接以及成型帶來的應(yīng)力，材料進(jìn)行穩(wěn)定化處理。

目前有縫金屬軟管通徑范圍為DN6～DN800，DN4由于卷圓工藝問題無法生產(chǎn)加工。承受壓力方面由我公司生產(chǎn)的DN6金屬軟管最高可以達(dá)到40MPa，爆破壓力可以達(dá)到120MPa不破裂。

由于有縫金屬軟管為板材卷制而成，且沒有經(jīng)過多道拉伸和熱處理、酸洗工藝，只要工藝控制完善，波紋管內(nèi)壁不會存在雜質(zhì)、黃斑等問題。

4 尾聲

目前金屬軟管由于其性能的特殊性，技術(shù)方面的研究日見成熟，在管道安裝領(lǐng)域得到了廣泛地應(yīng)用和推廣。