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波纹管

波纹管

波纹管是一个具有多个横向波纹的、薄壁、圆柱形折皱壳体，它能在外部压力或自身弹力的作用下进行伸缩，并起辅助密封作用。波纹管于1900年在美国一家公司被设计制造。波纹管结构简单、弹性好、耐压性强、密封性好、变形小，适用范围广。在工业生产中，一般用作管道连接和防震补偿等，例如在液压机械中，波纹管可用于传递液态介质；在汽车制造中，波纹管可以用作排气管的柔性连接部件；在航空航天领域，波纹管可用于火箭发动机的推进管道和燃油管路。

发展历程

最初的波纹管是人们用兽皮缝合成管状的结构，经过相当长的时期，到十七世纪末叶，荷兰的万·德尔盖金兄弟制成了纵向缝合的帆布软管，1885年勒瓦尔（Levavssewr）和威兹曼（Witzenmann）在巴黎附近吕埃尔（Ruevl）地区的戎歇尔（Jonhere）工厂试制成功了“互相连接的金属管”。世界第一次出现了柔性金属管，这种柔性金属管还不是波纹管。但金属材料经特殊加工和几何形状的变化可以成为柔性管的理论与实践，为波纹管的诞生奠定了基础。真正意义上的第一个波纹管是于1900年由美国 BADGER公司在马萨诸塞州坎布里奇工厂设计制造的。

第一个金属波纹管是在1920年制成，所用材料是钢和托姆巴克（tombac）。这种波纹管（又称膜盒）仍不能用于管道波纹补偿器的制作。直到1952年采用不锈钢材料制作的单层和双层波纹管获得成功，才开始了波纹管式伸缩节的发展。1995年美国膨胀节制造商协会（EMJA）成立和1958年该协会技术委员会制定了第一个EMJA标准后，使得世界各工业发达国家的波纹管在波纹管理论研究、生产工艺技术和波纹管试验技术上都有了高速发展。

中国波纹管研制始于20世纪50年代，几乎与日本同时起步，但日本金属波纹管行业很快形成专业化、商品化，而中国金属波纹管的专业化、商品化则进展缓慢，波纹管早期在中国被称为膜盒，做为敏感元件或弹性密封元件最早被用在仪器仪表、特殊阀门和压调器上。

20世纪60年代初，中国为满足航天事业发展的需要，中国运载火箭技术研究院一分院和首都机械厂研制成功了管道用波纹管，其它各工业领域为满足本系统产品配套的需要，也相继开始自行研制金属波纹管，其中南京晨光机器厂、船舶工业部的七二五所和上海异型钢管厂生产的波纹管具有代表性。1967年中国第一条金属软管和小型波纹管专业生产线建成，除满足本系统单工产品配套需要外，还向民用市场开放。20世纪80年代初，中国波纹管工业开始了快速发展，出现了一批中小型波纹管制造企业，部分大型军工企业也开始建造波纹管的专用生产线。

1985年中国有关高校、研究院所和金属波纹管厂家组织成立了中国压力容器安全膨胀节专业委员会，1994年又组建了中国石油化工设备工业协会，并组建专家小组，1995年为推动金属波纹管力学研究，组建了中国力学安全金属波纹管及管道力学专业委员会。上述这些专业委员会和工业协会的成立在波纹管、膨胀节的理论研究、设计计算、试验技术、制造工艺、标准规范、事故分析和安全使用等方面开展了大量工作，取得了显著成绩，奠定了中国金属波纹管、金属伸缩节步入国际先进行列的基础。金属波纹管规格已从从DN50mm发展到到DN12000mm；波纹管壁厚从0.5mm到70mm，采用整体成形的制造工艺。2023年中国从事金属波纹管、金属补偿器生产的厂家达到二百多个，是世界上生产波纹管最多的国家。

基本原理

波纹管的工作原理是一种基于波纹片弹性变形原理，波纹管由波纹管壳体和波纹片构成，波纹管壳体一般采用不锈钢或其他金属材料制作，内部嵌有一层波纹片。波纹片则是波纹管的主要弹性元件，其可以根据外界压力的变化，实现波纹管的膨胀和收缩，从而起到缓冲和保护作用。

基本构造

波纹管的结构可分为：管外径、管内径、波厚、波深、波距、波纹圆弧半径、外圆弧半径、内圆弧半径、工作长度、自由长度及压缩角。

波纹管外径是指波纹部分最外边缘的直径；波纹管内径是指波纹部分最内边缘的直径；波纹管波厚是指外波纹部分轴向面上的最大宽度；波深是指波纹管波纹壁中性层由最外边缘到最内边缘的距离；相邻两波纹顶点之间平行于波纹管对称轴的距离为波距；波纹管波纹圆孤部分的璧中性层半径叫作波纹圆弧半径；外波纹圆弧半径叫作外圆弧半径；内波纹圆弧半径叫作内圆弧半径；波纹管波纹部分的轴向总长度叫作波纹管的工作长度，也叫作有效长度的；波纹管两端之间的轴向总长度叫作波纹管的自由长度；波纹管内外波纹圆弧公切线与波纹管直径方向间的锐夹角叫作压缩角；

为了设计计算又规定了：压力有效面积、压力有效直径、容积有效面积、容积有效直径、安全位移包括压缩安全位移和拉伸安全位移。

波纹管在任意位移下所受的集中力改变量与同此改变量相平衡所需要的均布压力变化量之比值叫作波纹管的压力有效面积；对应于压力有效面积的直径叫作压力有效直径；由波纹管位移而引起的波纹管容积变化量与位移变化量之比值叫作容积有效面积；对应于容积有效面积的直径叫作容积有效直径；波纹管由不受外力的自由状态起，到不产生规定的塑性变形时的最大位移量为安全位移；波纹管被压缩时的最大位移量叫作压缩安全位移，又称为最大允许压缩位移；波纹管被拉伸时的最大位移量叫作拉伸安全位移，又称为最大允许拉伸位移。

波纹管的端部结构可分为：AA型、BB型、AB型、AD型、BD型。其中AA型波纹管的两端均为外配合；BB型波纹管的两端均为内配合；AB型波纹管端为外配合，另一端为内配合；AD型波纹管一端为外配合，另一端是封闭的底端；BD型波纹管一端为内配合，另一端是封闭的底端；BD1型波纹管一端为内配合，另一端是带有扩大的封闭底端。内外配合指沿波纹管开口端的内圆柱面或外圆柱面配合。

波纹管的波纹形状可分为：U型、C型、S型、Ω型、尖角型、方型及阶梯型。

特殊环境下用的膨胀节金属波纹管是由一个波纹管和两个结构件组成，它通过波纹管的柔性变形来吸收管线的轴向位移（同时也可吸收一部分横向位移），其两端与管道相连，其中接管中间的拉杆是保证伸缩节在运输以及安装过程中波纹管的刚性支承，安装完毕后必须松下电器固定螺栓。波纹管的结构可分为下面四个部分：

1. 外壳层：是波纹管的最外层，通常由复合高分子材料、不锈钢材料等制成，具有耐腐蚀性和耐磨性，能够保护内部结构免受外界环境的侵蚀和损伤；

2. 波纹层：是波纹管的核心部分，由多层波纹形成，增加了管道的柔性、可弯曲性，使其能够承受热胀冷缩和振动等变形；

3. 衬里层：衬里层位于波纹层的内部，用于提供额外的保护和防腐蚀功能，常采用聚四乙烯（PTFE）或其他耐腐蚀材料制成，能够有效抵御化学介质的侵蚀，并减少摩擦损失。

4. 管端接插件：管端接头用于连接耐磨不锈钢波纹管与其他管道或设备。常见的接头类型包括法兰接头、螺纹接头和卡接头等，确保波纹管与系统的可靠紧密连接。

基本分类

波纹管的种类较多，具体分类的方法也较多，总体上按照其材料属性可分为：金属类和非金属类两种。不同的分类如下。

液压成型波纹管又称无缝波纹管，是将特定的液体加压后泵入到模具中，使圆柱形管坯在直径方向上变形，同时施加轴向力使成型模具压紧，从而得到环形波纹。焊接波纹管是把有某种型面的薄膜片内外边缘相互交替焊在一起而制成。沉积波纹管是利用电沉积或化学沉积原理，将金属沉积在波纹管的原始模型坯上，然后去掉模型坯则可得到波纹管；用电沉积原理而制造出的波纹管叫作电沉积波纹管，用化学沉积原理而制造出的波纹管叫作化学沉积波纹管。深波纹管是指波纹管的外径为内径1.5倍以上的；浅波纹管是指波纹管的外径为内径1.5倍以下的。

生产工艺

金属波纹管生产工艺

金属波纹管的制造属于极薄壁管材深加工技术范畴，不但要达到高的尺寸精度，还要满足所要求的各种性能，它涉及材料的精密塑性加工、精密焊接、真空光亮热处理、精密剪切等多种工艺和技术，这些工艺和技术都影响着波纹管的性能和质量，除波纹管设计因素之外，很大程度上依赖于制造工艺，先进的制造工艺是提高波纹管质量、性能的重要保证。金属波纹管成形是波纹管制造的核心，它决定着波纹管的整个制造工艺流程。金属波纹管成形工艺主要有液压成形、机械胀形、滚压成形、橡胶成形、焊接成形等，各种成形工艺都有其固有的优点。

机械胀形：可加工大直径、大波高的波纹管，加工设备及成形工艺简单，加工效率高，所加工的波纹管壁厚变化小，波纹表面进行了强化，提高了其强度和弹性性能，但分块凸模之间有间隙，成形的波纹管表面上残留明显的直线段和棱角。

机械滚压成形：可加工大直径、大波高的波纹管，但加工质量不稳定，受操作人员技术水平的影响较大，所加工的波纹管壁厚变化小，波纹表面进行了强化，提高了其强度和弹性性能，但成形过程中每个波都是沿周向逐渐成形的，存在局部应力及表面硬化不均的现象。

橡胶成形：由于橡胶的流动性能好，使材料受力均匀，在设置有型腔模具胎的情况下，贴模良好，容易保证零件的正确几何形状，而且胀形过程中的摩擦力有利于材料表面硬化层的形成。受橡胶压缩性能的影响波高受到一定的限制，成形的波纹管表面质量取决于模型腔的光洁程度。由于橡胶模和管坯之间的摩擦力大，只有采用轴向压缩成形的方法才可有效避免壁厚变化大的情况。

机械旋压成形：加工效率高，易于实现自动化，但不适合加工大波高的波纹管；模具结构复杂，磨损严重；可以加工通径为 φ１００ｍｍ的波纹管，但通常只适合加工通径 φ６０ｍｍ以下的螺旋波纹管；所加工的波纹管壁厚变化极小，波纹表面得到强化，提高了其强度和弹性性能，但成形过程中模具的工作面与管坯料外表面呈滑动摩擦，波纹管外表面的划伤、凹坑、倒波、皱褶很难避免。随着技术的进步，诞生了圆环组合模具，模具和波纹管表面为滚动摩擦，但模具结构复杂，尤其是加工大波高波纹管的模具。

非金属波纹管生产工艺

液压成形：工艺过程简单，可加工大直径、大波高的波纹管，但成形模具或装置较复杂，对液压机吨位要求较高，需要防止液体渗漏，并且成形质量受压力波动的影响大。由于材料在无摩擦状态下成形，传力均匀，能使材料在最有利的受力条件下变形，所得零件表面光滑，质量好，但壁厚变化较大，波纹表面不能得到很好的强化。由于管坯不能很好地贴模，液压成形通常都无型腔模具，成形质量不稳定，并且成形过程中常因内压不足出现波峰塌陷等不符合要求的情况。单波多次成形能够加工较长的波纹管，设备调整灵活，适用范围较广，但效率较低；多波一次成形的生产效率高，但装置结构复杂，且需专用设备，产品规格变换困难，加工的波纹数受限制。

长期的生产实践证明，刚性模成形工艺中的机械胀形和机械滚压成形均能实现大波高波纹管的生产且所加工波纹管的壁厚变化不大，波形尺寸稳定，但容易产生波形表面划伤等质量问题。橡胶成形能实现轴向压缩补偿变形区的材料，壁厚变化不大，波形尺寸稳定，但不能实现大波高波纹管的生产；液压成形能实现大波高波纹管的生产且波纹管表面不容易产生划伤等表面质量问题，生产效率高，尤其是多波一次成形，但波纹管壁厚变化较大且波形尺寸不稳定。

性能指标

技术术语

波纹管的性能指标主要有：公称位移、公称刚度、公称压力、残余变形及失稳。

公称位移是指波纹管在力、力矩、压力作用下产生变形，其偏离原始位置的量。包括轴向位移（波纹管的轴向伸缩量）、横向位移（端口平面平行错位的量）及角位移（轴线弯曲的量），一般位移泛指这三种。公称位移是产品技术文件给定值，通常是设计计算值。

公称刚度是指波纹管产生单位位移变形时所需要的力或力矩（又称抗力或反力矩)；不同位移形式有不同的刚度。公称刚度是产品技术文件给定值，通常是设计计算值。

公称压力是产品技术文件给定值。

残余变形又称永久变形，是指波纹管在力、力矩或压力作用下产生位移，当力、力矩或压力卸除后，波纹管不恢复原始状态的变形。残余变形通常是用波纹管不能恢复到原始位置的量来表示的，又称零位偏移量。轴向伸缩残余变形量是用波纹管原始长度的变化量来表示的。残余变形是用来判定波纹管弹性性能和变形能力的参数。

失稳是指波纹管在力和压力作用下产生的一种失效现象，失稳包括平面失稳和柱失稳两种状态。平面失稳是指波纹形面翘曲、变形、波纹歪斜不垂直轴线、波距不均衡改变等现象；柱失稳是指波纹管轴线突然发生总体弯曲现象。失稳是用来判定波纹管耐压能力和变形能力的判据之一。常用波距最大变形不均匀性来表示。

对于通用类波纹管规格系列的技术要求：

a）内径（公称通径）应符合中国标准GB/T1047规定，特殊需要由承制方和定购方商定；

b）公称刚度直接采用设计计算值，允许用实测值修定：

c）公称位移直接采用设计计算值，允许用实测值修定；

d）公称压力按中国标准GB/T1048规定的设计，特殊需要由承制方和定购方商定。

通用类波纹管的特点是对工作适应温度、位移量及在力和压力作用下的密封性和稳定性指标有严格

的要求。

对于敏感类波纹管规格系列技术要求及规格系列：

a）内径符合中国标准GB/T321规定的R40，特殊情况由承制方和定购方商定；

b）公称刚度允许偏离设计计算值土20%，允许用实测值修定；

c）公称位移不超过设计计算最大允许位移的75%（压缩位移）；

d）公称压力不超过设计计算最大耐压力的80%（内压）；

e）接口直径可按配合需要由承制方和定购方商定。

敏感类波纹管的特点是对灵敏度或刚度及位移后的残余变形量等指标有较高要求。

敏感类波纹管常用规格系列（选取部分列表）见下图。

制造材料

波纹管的使用性能与波纹管制造材料有很大的关系，同一种材料由于各批之间化学成分的差异会

使产品的使用性能有很大不同。由于对波纹管使用性能不断提出新的要求，如高弹性、高强度、强耐压能力、高温使用环境、耐介质腐蚀能力等，不断有新的材料被用来制造波纹管。常见材料见下图：

工作温度范围

波纹管允许的工作温度范围，通常取决于制造材料的工作温度范围，常见材料的工作温度范围见下表：

外观要求

波纹管的内外表面在标准照明条件下应无视觉可见的、明显能引起应力集中的、对强度、寿命有影响的尖锐压坑、压痕、划伤、裂纹等缺陷（轻微模具压痕除外）；无视觉可见的锈斑蟳、氧化皮、大片水渍、颜色不均等缺陷。波纹管的外观形状在标准照明条件下，应无视觉可见的轴线与波纹环形平面不垂直、波距不均、波纹歪斜等缺陷。

焊缝要求

有焊缝的波纹管，当母材壁厚小于2mm时，射线检测焊缝缺陷等级应为GB16749—1997中附录B规定的合格级，且焊缝断裂强度应大于等于母材断裂强度95%。当母材壁厚不小于2mm时，射线检测焊缝缺陷等级应不低于JB4730.2—2005中5.1.4规定的IⅡ级。

纵焊缝在母材厚度小于等于0.4mm时，相邻焊缝间距大于等于150mm，母材厚度大于0.4mm时，

相邻焊缝间距大于等于250mm；拼接焊缝条数应符合下表中的规定。

焊缝拼接质量为：焊缝熔宽应达到（3~5）倍的板材厚度、焊缝应无裂纹、夹杂、气孔、双坑和对口错边等缺陷，在大于0.5mm厚度的板材，焊缝的凹陷深度和余高应小于等于板厚的20%及焊缝的额色要与母材基本一致，不允许有黑色严重氧化现象。管坯纵焊缝质量应在波纹管成型之前进行着色渗透探伤或射线探伤，其中着色透探伤只适用于管坯母材壁厚不大于2mm的单道焊缝；着色渗透探伤时不允许存所有的裂纹等线状显示、四个或四个以上边距小于1.5mm的成行密集圆形显示、任一150mm焊缝长度内五个以上直径大于1/2管坯母材壁厚的随机散布圆形显示。

波纹管端焊缝质量要求：a）波纹管端焊缝出现的凸凹、锯齿等缺陷，高度不得大于母材厚度；长度总和不得大于环焊缝周长的10%；b）焊缝断面熔深成球形，球直径应大于3倍的板材厚度；c）焊缝的颜色要与母材基本一致，不允许有黑色严重氧化现象。

几何尺寸

波纹管几何尺寸必须符合设计图样要求，波纹管配合尺寸允许偏差见下图。

波纹管轴向公称刚度允许偏差：是指波纹管试验刚度对公称刚度的偏差，具体见下图

敏感类波纹管公称轴向位移：指波纹管在达到公称轴向位移后，其自由长度的残余变形百分率应符合下图表的规定，以确保波纹管在弹性范围内工作。

通用类波纹管公称轴向位移：指通用类波纹管在达到公称轴向位移后，其波距最大变形不均匀性百分率应小于等于15%。

密封性

根据波纹管工作介质的不同对波纹管的密封性要求分为气密性和无渗漏性两种。密封性试验允许在工艺过程中进行，其中气密性试验不准用其他试验代替；对要求必须保证气体介质或危险、有毒有害的介质工作时不发生泄漏，波纹管必须做气密性试验，必要时由承制方和定购方提出泄漏率指标，试验气体压力大于等于公称压力，不得有泄漏或超过泄漏率指标的现象出现。对有真空度要求的波纹管，应进行真空气密性试验。对要求保证液体介质工作时不发生泄漏的波纹管，必须做无渗漏性试验，试验气体压力如下：公称压力小于等于0.25MPa，用公称压力作试验压力；公称压力大于0.25MPa，小于0.6MPa，用0.25MPa作试验压力；公称压力大于0.6MPa，用0.5MPa作试验压力：无渗漏性试验允许用气密性试验代替。

过载压力

过载压力：指波纹管在过载试验压力作用下，必须保证密封性和无失稳现象发生。敏感类波纹管在过载试验压力为1.25倍的公称压力时，必须保证密封性和无视觉可分辨的平面失稳和柱失稳现象；通用类波纹管在过载试验压力下，必须保证密封性和不发生失稳现象。过载试验压力按公式P=1.5p*σ1/σ2调整计算；p为波纹管公称压力，σ1为波纹管材料在试验温度下的许用应力，单位为MPa;σ2为波纹管材料在设计温度下的许用应力，单位为MPa。其加压前后最大波距变化率应符合下表中的规定。

用户不得使瞬时超载压力大于上述试验压力的规定值。

波纹管工作寿命

波纹管在保证使用性能的条件下其工作寿命指标在如下范围内选定。敏感类波纹管可靠度为0.99，可靠工作寿命范围30000次～300000次；通用类波纹管的设计疲劳寿命，参照机械行业中国标准《JB 6169-2006 金属波纹管》中附录B给定的方法计算，许用疲劳寿命范围≤30000次。

关键技术

设计

波纹管的几何形状比较简单，但波纹管的设计比较复杂，涉及到几何非线性（几何形状发生变化）、材料非线性（指产生弹性、塑性变形)等。中国还没有一种理论计算公式被广泛应用，普遍应用的一种工程设计公式是美国膨胀节制造商协会（简称EJMA)标准中的计算公式。EJMA标准的计算公式对波纹管结构进行了较大的近似和简化。该公式只能解决一般工程应用上的部分问题，对设计精度要求高的金属波纹管，需要应用更先进的设计方法。应用工程设计法设计，需要制造波纹管样件进行多次性能试验，反复修改设计，逐步优化，产品的研制周期会比较长。应用有限元分析技术代替传统的设计手段，可以在设计阶段进行模拟，及时发现问题，缩短设计、研制周期，提高设计精度，提高金属波纹管的性能及设计水平。

应用领域

波纹管的常见的波纹截面形状基本上有U型、C型、Q型和S型等，其中，C型波纹管的刚性大，但敏感度较差，且非线性误差大，因此通常用于密封或隔离器件。Q型和S型波纹管结构主要使用在工作内压较高、工作位置较小的场所，如用在高压阀门等。而U型波纹结构则主要使用在较大工作内压和较大移动的工作环境，且在中国已得到了普遍的使用。

用于金属波纹膨胀节，金属波纹膨胀节的核心零件是波纹管，通过波纹管的可变形性和耐压密封性来进行抽向、横向和角位移，并承受系统的流体压力，其它零件均为结构件，起导向、支撑、连接、导流等作用。普遍用在石油化工行业、高压输变电行业、能源、海洋、航空航天等领域，用来补偿因温度和压力波动造成的轴向、横向和角位移。

波纹管可以有效承受各种弯曲和扭曲、吸收管体的振动和位移，广泛应用于下列领域：

1. 液体输送领域：波纹管广泛应用于输送水、油、乙醇、乳制品、药品等环境中，其优势主要在于其弹性和柔性，可适应不同情况下的变化。有些波纹管还可以进行高温蒸汽输送。

2. 气体输送领域：波纹管用于气体传输，可适应多种气体，包括低温、常温和高温气体，在输送过程中可以避免外界的振荡和噪音。

3.制造业领域：波纹管在制造业中也有广泛应用，例如生产纸板的机器以及其他复杂的工业机器中的连杆、轴承、阀门等。

4. 热水系统领域：在热水系统的生产中，波纹管不仅可以输送热水，还可以防止管道爆裂。

5. 建筑领域：波纹管在建筑领域中的应用非常广泛，主要应用于连接不同的管道或防止管道震动，也可以作为防水层使用。

6. 化学工业和冶金领域：化学工业和冶金工业使用波纹管来输送各种液体和气体，此外还用于生产电力设备和提取石油。

7. 医疗卫生领域：在医疗卫生方面，波纹管主要用于输送生物设备或污染溶液，例如输送贵金属、药品和穿刺液体。

8. 交通运输领域：波纹管主要用于液压系统中的连接，适用于船舶、火车、汽车等运输行业。

发展趋势

金属波纹管的工作条件越来越复杂，对其性能要求愈来愈高，传统工程设计方法已经很难满足高精度、高效率的设计要求。有限元分析、工程设计和试验相结合能够满足金属波纹管高性能、高准确度、高效率设计要求。研制应用于重要领域的金属波纹管和提高、改进金属波纹管材料及工艺、金属波纹管设计技术、金属波纹管寿命及批产工艺稳定性是未来的发展方向和趋势。其中沈阳仪表科学研究院对金属波纹管的科研项目已达到了十余项。中国从事金属波纹管技术研究的科研院所、高等院校和企业有数十个，在组合电器波纹膨胀节、压力容器膨胀节、高温高压金属波纹管、转炉用吹氧软管设计、制造、试验和产品开发等方面取得较大的突破，部分技术和产品达到国际先进水平。应用有限元软件进行金属波纹管的精确设计正在逐步的发展，其中美国金属波纹管制造工程公司American美国银行、USBellowsINC、Expansionjointsystem.INC等应用有限元软件进行了金属波纹管精确设计，德国金属波纹管制造公司WitzenmannGmbH也应用有限元软件进行了金属波纹管精确设计，韩国的S.W.Lee、伊朗德黑兰大学的Gh.Faraji、瑞典的G.I.Broman、日本的SatoshiIgi和HiroshiKatayama等人分别对波纹管成形过程、动力学特性、机械性能、疲劳寿命等多个方面进行了比较深入的研究。中原地区的学者和研究人员也在波纹管性能分析方面做了大量研究，取得了显著成果。暨南大学刘人怀对变壁厚U形波纹管给出了精确的数值解；上海大学朱卫平等人对于波纹管全弯曲问题进行了研究；南京工业大学李永生、陈晔等，南京航空航天大学王心丰，北京航空航天大学王建军等专家学者均在波纹管稳定性以及失稳问题方面做了大量研究；浙江工业大学的卢志明等应用弹塑性有限元法估算波纹管疲劳寿命，北京航空航天大学于长波、王建军等采用非线性有限元方法和应变一寿命曲线分析多层U形波纹管疲劳寿命。随着焊接技术和装备的发展，有缝极薄壁管材应用的越来越多，国外多数企业都应用有缝管材，中国也正在向这个方向发展。制造极薄壁有缝管材的工艺方法有带材轮廓成形、纵缝连续焊接；带材或板材卷圆成形、周期性焊接。制造极薄壁无缝管材的工艺方法有轧制工艺；变径、变薄拉深工艺；变径、钢球旋压变薄拉深工艺；轧制、钢球旋压变薄拉深工艺。

标准规范

波形参数公差

中国的国家标准《GB/T12777—2008》关于波纹管波形参数公差要求：GB/T12777一2008中U形波纹管波高、波距、波纹长度的公差等级为GB/T1800.3中的IT18级，其偏差为IT18/2（具体数值见下图表1）；波纹管直边段直径公差为H12/h12；U形波纹管波峰、波谷曲率半径的极限偏差应为±15%的波纹名义曲率半径；Ω形波纹管波纹平均半径的极限偏差和圆度公差应为±15%的波纹名义曲率半径。

.美国膨胀节制造协会的标准《EJMA—2010》中关于波高的制造公差、波距的制造公差、波纹管内径公差见下图；

对于Ω形波纹管波纹应满足公式：0.8≤a/2b≤1.2, 其中a、b两个符号的意义如下图：

英国的BSEN13445-3:2009中要求：单层壁厚不大于0.5mm时，波高的偏差不应超过自身的±5%，单

层壁厚大于0.5mm时，波高的偏差不应超过自身的±8%；波纹的波峰半径和波谷半径的偏差应不大于基础尺寸的10%。

无损检测要求

1、中国标准GB/T12777—2008中规定：（1）.渗透检测法只适用于波纹管管坯厚度不大于2mm的单道焊接接头，渗透检测时不应存在下列显示：所有的裂纹等线状显示、4个或4个以上边距小于1.5mm的成行密集圆形显示、任一150mm焊接接头长度内5个以上直径大于1/2管坏壁厚的随机散布圆形显示。

（2）.管坏壁厚小于2mm时，射线检测合格等级应为GB16749一1997中附录B规定的合格级。管坯厚度不小于2mm时，射线检测合格等级应不低于JB/T4730.2一2005规定的Ⅱ级。

（3）.波纹管与受压筒节连接环向焊接接头应进行100%渗透检测，检测结果应符合b.的要求。

（4）.圆形受压筒节纵向焊接接头和环向焊接接头一般应进行局部射线检测。检测长度不应小于各条焊接接头长度的20%，且不小于250mm，并应包含每一相交的焊接接头。合格等级应不低于JB/T4730.2—2005规定的Ⅲ级。

2、中国标准《GB16749—1997》规定：（1）.波纹管对接焊焊缝应进行100%射线检测，其纵焊缝在波成形前、环焊缝在波成形后检测。对于板料分瓣拼焊半波整体冲压的经向拼接焊缝（纵焊缝），在波纹管成形后进行复查，复查长度不少于各焊缝长度的20%，且不小于300mm。

（2）.波纹管对接焊缝和角焊缝、多层波纹管两端直边部分的端接焊表面或滚焊层断口表面、缺陷修

磨表面，应进行100%渗透检测。渗透检测按GB4730规定进行，其焊缝检查结果应满足：不允许存在裂纹、针孔、分层和线性缺陷；不允许在同一直线上存在4个或4个以上、间距在1.6mm以下的圆点状缺陷；不规则分布的圆点状缺陷在任意150mm焊缝长度内不超过5个，单个缺陷直径应小于波纹管有效壁厚的一半，且不大于1.5mm;（3）.管坏壁厚小于2mm时，射线检测合格等级应为GB16749一1997中附录B规定的合格级。管坯厚度不小于2mm时，射线检测合格等级应不低于JB/T4730.2一2005规定的Ⅱ级。

美国标准EJMA—2010中给出多种检测方法，但没有验收标准。射线检测：用于检测成形前的纵向焊缝。除非买方有要求，没有必要规定波纹管的纵向焊缝进行射线检测。可采用渗透检测方法来检验。

英国BSEN13445-3:2009中规定：

（1）.渗透检测

管坯卷制的纵向对接焊缝应按下列要求进行检测：波纹管管坯成形前100%目视检查；成形后按照下图表2的要求进行无损检测。当波纹管进行批量焊接时，应抽样进行检测，抽查量不少于10%，并且不少于1个，抽样应贯穿波纹管的整个制造过程。

（2）.射线检测

当进行射线检测时，应符合欧盟标准EN13445-5:2009,6.6.3.2条款要求，其中EN13445-5:2009表6.6.4-1应按下列内容进行修正：气孔直径不大于0.4ep，每100mm范围内不超过5个。不允许存在细长空腔、夹渣、未熔合、未焊透；咬边不大于0.1ep，需光滑过渡；收缩沟槽不大于0.1ep，需光滑过渡。

（3）环向连接焊缝

环向连接焊缝应满足第5部分的要求。搭接接头应根据EN13445-5：2009中的要求进行磁粉检测或渗透检测，并进行100%泄漏检测（见EN13445-5：2009，附录D）。

ASME2010强制性附录26规定：

（1）所有膨胀节的柔性元件应进行目测检测，不允许有缺口、裂缝、材料皱折或墩厚、焊接溅出物等

易造成局部应力集中的有害缺陷存在；对怀疑的表面区域应进一步进行液体渗透检测。

（2）成形前应对所有波纹管的对接焊缝内外表面进行100%液体渗透检测；成形后，对尽可能触及和看见的成形后的焊缝表面应重复做液体渗透检测；对接焊缝应全焊透。

（3)液体渗透检测应按附录8要求进行；检测中发现的线性显示，当尺寸大于t/4且不小于0.25mm，则认为是缺陷。其中t为成形前波纹管的最小壁厚。

（4）波纹管与焊接端之间的环向连接焊缝应进行100%液体渗透检测。

美国机械工程师协会标准ASMEB31.3—2010附录X规定：

（1）.波纹管上的纵焊缝应在成形前经100%射线检测，或当材料厚度≤2.5mm且为单道焊时，用液体渗透法检查内外表面怕；成形后，所能检查到的焊缝内外表面应重复做液体渗透检测，对接焊缝应全焊透。

（2）.射线照相检查验收标准应按表341.3.2，液体渗透检测验收标准则不允许有裂纹、咬边和未焊透。

（3）.波纹管与管道等的环向连接焊缝应进行100%液体渗透检测。