隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展和各學(xué)科間相互滲透，金屬軟管被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造，石油化工，儀器儀表和各類工程。近三十年來，它已經(jīng)擴(kuò)展應(yīng)用到航天，航空，核電，造船，電子和新型建筑業(yè)等工業(yè)部門，成為近代工程技術(shù)中不可缺少的配件，起到了重要的作用。
中國五十年代初才出現(xiàn)最原始的金屬軟管，它是以帶材纏繞的波紋管為本的。但是它發(fā)展的很快，經(jīng)過五十年左右的時(shí)間，就走過了其他國家近一百年來走過的路程。目前，我們已經(jīng)能夠產(chǎn)生一些達(dá)到國際先進(jìn)水平的金屬軟管。但由于技術(shù)交流和標(biāo)準(zhǔn)化問題，不少技術(shù)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)人員對現(xiàn)代金屬軟管的結(jié)構(gòu)特性，性能指標(biāo)等不明確，導(dǎo)致許多應(yīng)該使用新型金屬軟管的場合仍然使用那些結(jié)構(gòu)較為陳舊的金屬軟管、橡膠管和塑料管。在世界范圍內(nèi)，金屬軟管仍屬于一個(gè)年輕的行業(yè)。
金屬軟管的發(fā)展簡史
在現(xiàn)代工業(yè)中金屬軟管占據(jù)著非常重要的地位，那么，它是如何發(fā)展起來的呢？
最初，人們用獸皮縫制成管狀結(jié)構(gòu)，適應(yīng)生產(chǎn)和斗爭的需要。經(jīng)過很長時(shí)間的發(fā)展，到十七世紀(jì)末，荷蘭的萬·德爾蓋兄弟用帆布制成了縱縫的軟管，在當(dāng)時(shí)的消防服務(wù)中廣泛應(yīng)用。后來，隨著橡膠在國際市場的出現(xiàn)和硫化工業(yè)的發(fā)展，用金屬絲或麻繩織物鎧裝的膠管問世了。然而，一些蒸汽爆破工程，高溫介質(zhì)類；液態(tài)氫，液態(tài)氧，液體氦低溫介質(zhì)類；汽油，煤油，酸，堿等腐蝕性介質(zhì)......如果用膠管運(yùn)輸，當(dāng)然不行。特別是在高溫環(huán)境中，安全性和可靠性難以保證。
因此，人們逐漸關(guān)注起金屬管，改變金屬管的幾何形狀，使其內(nèi)部和外部表面產(chǎn)生相應(yīng)的波紋。這樣，它不僅具有和膠管一樣的撓性；同時(shí)，又具有耐高溫，耐低溫，耐老化，耐腐蝕性等性能。因此，作為金屬軟管本體的金屬波紋管就產(chǎn)生了。
1855年，德國是最先發(fā)表了制造波紋管的專利。這種波紋管是利用現(xiàn)有的珠寶制造原理來制造的。三十年后，法國的E·Levavasseur與德國的H·Witzenmann合作研發(fā)了一種新的金屬波紋管，在1885年8月獲得了法國和德國的專利權(quán)。這是用截面為s形的金屬帶在專用設(shè)備上繞制而成，它們用橡膠帶，棉布或石棉繩填墊在咬的相鄰兩匝的咬合處，以便于波紋管內(nèi)腔的密封。
1894年，波紋管的結(jié)構(gòu)得到了改進(jìn)；人們用兩個(gè)金屬根據(jù)不同直徑，向相反的方向繞。在這種方式中，金屬帶的受力狀態(tài)達(dá)到相互平衡，克服了自發(fā)展開的缺點(diǎn)。
1929年，波紋管結(jié)構(gòu)上又進(jìn)行了一次技術(shù)革命，完全解決了由于彎曲槽填充的橡膠帶或石棉繩發(fā)生不均勻變化而上市密封性的問題，開辟了波紋管廣闊的發(fā)展前景。人們用鋼和銅鋅合金材料制成整體波紋管，這是由無縫波紋或有焊縫的管道制成的波紋管，它利用波紋側(cè)壁的彈性變形來保持一定的可壓縮性或拉伸性能；同時(shí)，保證密封可靠。
從二十世紀(jì)五十年代開始，雙層，三層，多層的波紋管，特別是極薄壁不銹鋼波紋管發(fā)展很快。為了滿足使用要求，人們采用焊接，鑄造，機(jī)械，液壓和機(jī)械旋壓等各種工藝方法制造波紋管。最小公稱直徑為2毫米，最大公稱直徑達(dá)400 ~ 500毫米，甚至有直徑是10米的巨型波紋管。波紋數(shù)至少1 ~ 2個(gè)，最多高達(dá)幾千甚至上萬。
從波紋管作為金屬軟管本體的重要意義而言，金屬波紋管的發(fā)展，也意味著金屬軟管的發(fā)展。
隨后，人們在波紋管外層包裹上橡膠、塑料或尼龍等材料，鎧裝有金屬絲或金屬帶構(gòu)成的網(wǎng)套，變換各種接頭形式，為滿足不同使用條件創(chuàng)造了各種形式的金屬軟管。
目前，金屬軟管的類別有：專有的輸氣軟管、輸液軟管、波導(dǎo)軟管、屏蔽軟管、真空絕熱軟管和長度、溫度或角度的補(bǔ)償管等。在許多國家，金屬軟管的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，系列化。能夠使用或必須使用金屬軟管的場合越來越多。它將成為現(xiàn)代工業(yè)各個(gè)領(lǐng)域不可或缺的重要配件。
金屬軟管的結(jié)構(gòu)特征
金屬軟管基本上是由波紋管、網(wǎng)套和接頭三部分構(gòu)成。波紋管金屬軟管的本體，起著撓性的作用；網(wǎng)套起著加強(qiáng)，屏蔽的作用；接頭起著承上啟下的作用。它們之間相互連接的方式不同：波紋管、網(wǎng)套和接頭三部分以焊接的方式相連，稱為焊接式；以機(jī)械夾固方式連接，稱為機(jī)械夾固式；另外，將兩種方法聯(lián)用，稱為混合式。
波紋管
波紋管在美國稱作波形管或波紋囊，一般在歐洲稱為金屬囊。這種命名來自老式的手工操作的鼓風(fēng)氣囊，在中國被稱為“皮老虎”。
它是一種具有橫向波紋的圓筒形薄壁殼體，在軸向拉力或壓力作用下，可以延長或縮短；如果給它一個(gè)橫向力彎曲它，則可以沿軸線的平面得到相應(yīng)的位移。因?yàn)樗梢栽谔匦越咏F(xiàn)性和有效面積幾乎不變的情況下產(chǎn)生相當(dāng)大的位移，因此，被廣泛應(yīng)用于各種技術(shù)領(lǐng)域。
波紋管的性能取決于它的結(jié)構(gòu)形式，而結(jié)構(gòu)形式根據(jù)制造方法不同而異：電鑄法可以獲得壁厚均勻和高精度的波紋管；焊接方法可以獲得彈性優(yōu)良的波紋管；機(jī)械旋壓法可以獲得公稱直徑大的波紋管；機(jī)加切削法可以得到作彈性支承的波紋管；液壓法可獲得綜合性較好的波紋管。
目前，除了用于儀器儀表中的測量元件、彈性元件、敏感元件以外，廣泛應(yīng)用于金屬軟管本體的波紋管，主要是通過焊接成型、機(jī)械旋壓成型和液壓成型三種成形方法。它們螺旋形和環(huán)形兩大類，共八種。
螺旋形波紋管，這種類型的的波紋管壁厚0.15 ~0.50毫米，直徑2 ~ 100毫米。環(huán)形波紋管，這種波紋管壁厚度一般為0.15 ~ 1毫米，直徑為6 ~ 500毫米；特殊使用場合，可以制成壁厚為10毫米，直徑為4000 ~ 5000毫米大型波紋管，以單層為主，也有雙層、三層或多層的結(jié)構(gòu)形式；通常以不銹鋼材料為主，也有用碳鋼，銅，鋁，鈦，銅鋅合金，銅鎳合金等金屬材料制造的。
金屬軟管
從結(jié)構(gòu)上看，金屬波紋管的培材有帶材和管材的兩種，它們都可以生產(chǎn)環(huán)形波紋管和螺旋波紋管。只是因?yàn)閹Р某尚蔚牟y管具有一定長度的釬焊或焊接接頭，這些地方常常積聚有工作介質(zhì)的殘?jiān)�，和機(jī)械雜質(zhì)沉淀污染內(nèi)腔。因此，它的使用可信賴度相對差一些。
環(huán)形波紋管是若干環(huán)形膜片外緣與若干凹面向心的半圓環(huán)相切接，內(nèi)緣與若干凹面背心的半圓換相切接的特殊幾何形狀的管子。
這種波紋管具有撓性大，彈性好，制作簡單，剛性小等特點(diǎn)。適用于制作抗壓力，對撓性要求較高、直徑較大的金屬軟管。
螺旋形波紋管是一定長度的的繞簧狀膜片內(nèi)緣與繞簧狀的凹面背心的半圓環(huán)相切接的特殊幾何形狀的管子。這種波紋管具有強(qiáng)度高、剛度大、制作簡單的特點(diǎn)，適合于撓性要求一般，強(qiáng)度要求較高的高、中壓力，中、小通徑的金屬軟管。
網(wǎng)套
網(wǎng)套是由幾股金屬線或多個(gè)分離的金屬帶按特定的順序編織而成的，以規(guī)定的角度套裝在金屬波紋管外表面，起加強(qiáng)和屏蔽作用。
網(wǎng)套不僅分擔(dān)金屬軟管在軸向和徑向上的凈負(fù)荷，還在流體沿管道流動(dòng)產(chǎn)生脈動(dòng)作用的條件下可以保證金屬軟管安全可靠地工作，同時(shí)，也保證軟管波紋部分不直接受到相對摩擦、沖擊等方面的機(jī)械損傷。編織了網(wǎng)套的波紋管其強(qiáng)度可提高十幾倍至幾十倍。最高的屏蔽能力可達(dá)99.95%。網(wǎng)套材料同一般的波紋管材料一樣，也有兩種材料聯(lián)用的。普通金屬軟管只有一層網(wǎng)；特殊場合，也有編織兩層，三層的。根據(jù)波紋管的直徑大小和不同的使用要求，常以直徑為0.3 ~ 0.8毫米的線材或0.2 ~ 0.5毫米的帶材來制作。線材每股4 ~ 15根，帶材每錠一條。目前生產(chǎn)的鋼絲網(wǎng)套為24股，36股，48股，64股，大直徑波紋管還有有96股，120股和144股的。網(wǎng)套主要編織工藝參數(shù)除了（線材）股數(shù)m，鋼絲直徑φ（帶材），錠數(shù)m，厚度δ外，還有覆蓋區(qū)面積A，編織距T0，編織角度φ等。它們是決定金屬軟管性能的重要依據(jù)
接頭
接頭的作用首先是將網(wǎng)套和波紋管連接成整體，同時(shí)，接頭又是金屬軟管與金屬軟管或其他管件和設(shè)備連接的組件。它確保了介質(zhì)在管道系統(tǒng)中的正常運(yùn)行。接頭材料通常與波紋管網(wǎng)套的材料相同，以不銹鋼為主。為了降低生產(chǎn)成本，一些大直徑金屬軟管輸送腐蝕性不強(qiáng)或非腐蝕性介質(zhì)時(shí)，可用碳鋼接頭；腐蝕性介質(zhì)條件下，若果金屬軟管接頭在設(shè)計(jì)上采取相應(yīng)的措施，避免與介質(zhì)接觸，也可以使用碳鋼接頭。接頭一般分為螺旋式，法蘭式和快速式三類：
螺紋式 金屬軟管的直徑小于50毫米的金屬軟管接頭，在工作壓力高的情況下，多以螺紋式為主，當(dāng)擰緊螺紋后，兩個(gè)接頭上的內(nèi)外錐面密切配合，實(shí)現(xiàn)密封。一般的錐角為60度，也有用74度的。該結(jié)構(gòu)具有良好的密封性能，但安裝必須確保這兩個(gè)對接部分的同心度。為了解決實(shí)際工程中反復(fù)的拆裝和不易同心等問題，也可以設(shè)計(jì)成錐面與和球頭的配合。
法蘭式 金屬軟管直徑超過25毫米的軟管接頭，在一般的工作壓力下，以法蘭式為主。它以榫槽配合的形式密封�？裳貜较蛐D(zhuǎn)，也可以沿軸向滑動(dòng)的活套法蘭盤在緊固螺栓拉力的作用下連接。該結(jié)構(gòu)密封性能好，但加工難度大，密封面容易擦傷。在需要快速拆卸的特殊場合，可以將緊固螺栓通過的孔劃開，制成快卸式法蘭盤。
快速式 金屬軟管直徑在100毫米以下的軟管接頭，在要求快速裝卸的條件下，一般使用快速式。常用氟塑料或特種橡膠制成“O”形密封圈密封。當(dāng)手把扳動(dòng)一定角度后，相當(dāng)于多頭螺紋的爪指被鎖緊；“O”形密封圈壓得越緊，密封性能越好。該結(jié)構(gòu)在火場，戰(zhàn)地和其他需要快速拆卸的場合最合適。在幾秒鐘內(nèi)，不用任何特殊工具配合，就可以對接或拆卸一組接頭。
當(dāng)然，管螺紋連接、錐管螺紋連接是最常用的連接形式，人們都很熟知，在這里就不作介紹了。
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