国内波纹管加工发展及其特点

张益明，余 凌，吴泽日

（宁波星箭航天机械有限公司，浙江 宁波 315153）

金属软管起源于19世纪初欧洲，缘于橡胶软管在工业应用的局限性，例如，有工程蒸汽、热风类高温介质、液氢、液氧、液氦类低温介质、汽油、煤油、酸、碱等腐蚀性介质如用软管输送，难以实现。特别是在高温条件下，其安全性和可靠性更加难以保证。人们逐渐把注意力转向金属管。通过改变金属管的几何形状，使其内外表面产生相应的波纹，使其具有与橡胶管相同的柔韧性，还具有耐高温、耐低温、耐老化、耐腐蚀。现在金属波纹管在航天、航空、石油化工、核电火电、油储码头、能源建筑等各领域均得到广泛应用。

金属软管是以波纹管为核心元件的输送各种流体的管路元件，波纹管的性能优劣直接决定金属软管的使用寿命。我国波纹管产业始于20世纪70年代左右，由于焊接技术落后，国家只能立项优先发展无缝极薄壁管产业，以极薄壁管为胚料，通过机械成型和液压成型两种方式，加工波纹管。无缝极薄壁管的发展，带动了金属软管发展，特别是高压气管的发展。

21世纪初期，随国内自动氩弧焊、激光焊接技术的发展，通过板材卷制焊接成管，再加工成波纹管的技术得到有效发展。有缝波纹管初期由于焊接技术局限性，只局限于低压管路。后期随着焊接技术的有效提升，特别是国外日本、欧美的技术引进，有缝金属软管发展迅猛，从质量、价格及生产效率均赶超了无缝金属软管。

金属软管产业发展到今天，我国金属软管应用的相关领域，均已制定标准规范，我公司为波纹金属软管国家标准起草单位之一，参与起草GB/T14525-2010《波纹金属软管通用技术条件》，我们航天航空领域也主要依据该国家标准。

本文主要介绍波纹管性能特点以及相应种类金属软管的性能特点。

1 金属波纹管的定义及分类

金属波纹管是一种轴对称波纹管壳，是一种具有横向波纹的圆柱形金属薄壳。其主要特点是在载荷作用下能产生一定的位移，从而使波纹管几何形状变形，载荷特性变为非线性。金属波纹管与普通金属光滑管相比较，具有一定挠性。

金属波纹管按波形方式分为螺旋波形波纹管和环形波形波纹管，按管体分为无缝波纹管和有缝波纹管。

2 无缝波纹管的发展和性能特点

无缝波纹管顾名思义即为无缝钢管加工而成的波纹管，目前国内常用波纹管内孔尺寸分别为4、6、8、10、12、14、18、20、25、32几种规格，其中壁厚DN4的为0.15mm，其余为0.2mm。一般DN4-DN14通径为螺旋管，DN18-DN 32为有环形波纹管和螺旋波纹管。

我国现有的无缝波纹管由上海宝钢集团技术研制开发薄壁管，通过Φ65的棒料，穿孔后，采用钢管冷拔技术，将壁厚拉伸变薄，每加工一道，需要热处理一次，最后将钢管加工壁厚为0.2mm和0.15mm。薄壁管再通过波纹管成型技术，加工成为波纹管。钢管在冷拔时，如果进度稍微偏心，就容易造成管壁厚薄不均匀的现象。

目前，国内螺旋波纹管主要通过机械旋压式成型，螺旋波纹管的机械旋压成形不同于车削螺纹，是一种非切削加工，属于冷挤压范畴。成形模分为三部分：成形模、成形模和中间垫片。这两个工作模分别称为成形模和成形模。成形模的工作面实际上是由各向同性曲线的一定级数形成的曲面。所述成型模具的工作面是由一个投影圆构成的曲面，其直径等于成型后波纹管波纹的底直径。这三个隔称为上隔、中隔和下隔。上下垫片的一端是平的，另一端加工成螺距螺纹。中间间隔的两端分别加工成带螺距的螺纹。一端与上垫片相同，另一端与下垫片相同。管坯进入旋转模具后，由于模块和垫片的作用，轴向和径向的管坯受到一定的挤压，产生塑性变形，逐渐成所需的螺旋波纹从挤压成型模片波纹管后，立即进入塑料成型，所以塑料模具打开和成型模切尾连接必须光滑。为保证在此过程中不产生划伤，成形模厚度的设计尺寸总是大于成形模厚度的设计尺寸。螺旋面螺距的确定，取决于波纹管的波纹高度。

螺旋成型易产生一些常见问题：

（1）波谷的划伤。螺旋波纹管槽出现径向拉深槽或整个槽被切成一层的现象，称为划伤。由于机械旋压成形的本质是模具工作面与管坯外表面的滑动摩擦，在成形过程中波纹管表面不可避免地会产生划伤。

（2）凹坑的形成。螺旋波纹管在机械旋压成形过程中出现了一些凹坑。这些凹坑可能出现在一个波浪上，也可能出现在几个或几十个波浪上，其原因主要有以下两个方面：

（3）管坯料本身的缺陷：钢管坯主要采用厚壁无缝钢管轧制或冷轧。厚壁无缝钢管在冶炼以及粗加工过程中，由于存在气孔或夹渣现象，在纺丝后会产生隐蔽的痕迹、裂纹等隐患。螺旋波纹管形成后，出现凹坑状。在运输过程中，有时会出现管坯压凹引起的凹坑。

（4）成型工艺过程中的问题：生产准备不当，特别是油漆工艺不达标或环境不干净，油漆层厚度不均匀，油漆滴落后形成硬结；漆膜不干燥的管坯堆积在一起，形成管坯表面沿轴向凸出漆痕，用油漆沾污，用油漆沾木屑，甚至用油漆刷毛都可能造成坑。

由于冷拔工艺和螺旋成型工艺，无缝波纹管加工周期很长，同时成品率很低。且波纹管内外壁存在剥层、氧化物、裂纹、锈斑、划伤、凹坑、尖锐凸起、过酸洗等缺陷。无缝波纹管由于工艺复杂性，最总的价格往往会很高。但在有缝管未发展的年代，高压的金属软管只能用无缝波纹管。但无缝波纹管加工周期长，生产成本高，在国内市场应用不是很广泛。

3 有缝波纹管的发展和性能特点

有缝金属软管在初期，由于焊接能力的问题，只能应用在低压领域。后期随焊接技术的提升，激光焊接及自动焊接技术领域的突破，有缝金属软管解决根本问题，得以广泛应用。

有缝金属软管主要通过带材卷制，然后通过自动焊接，再进行波纹管成型。目前国内有缝波纹管加工设备均是连体设备，即带材卷制，焊接，波纹管成型加工时连成一体，直接可以有带材加工为波纹管。

带材通过钢铁炼制，板的平面度、厚度均匀性均比同类管料能做到更高的水平。一般波纹管为聚氨酯或水压成型，以环形波纹管为主，成型以后，需进行固熔处理，用于消除材料卷制、焊接以及成型带来的应力，材料进行稳定化处理。

目前有缝金属软管通径范围为DN6～DN800，DN4由于卷圆工艺问题无法生产加工。承受压力方面由我公司生产的DN6金属软管最高可以达到40MPa，爆破压力可以达到120MPa不破裂。

由于有缝金属软管为板材卷制而成，且没有经过多道拉伸和热处理、酸洗工艺，只要工艺控制完善，波纹管内壁不会存在杂质、黄斑等问题。

4 尾声

目前金属软管由于其性能的特殊性，技术方面的研究日见成熟，在管道安装领域得到了广泛地应用和推广。