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中科院理化所 胡剑英 罗二仓 吴张华 戴巍
摘要：焊接波纹管是近年来国内外兴起的一种新型元件，它有两突出的优点：变形量大，寿命长。利用其改进热声机械，有可能解决许多重大问题。文中介绍了焊接波纹管的结构，总结了其在热声机械中可能的几点应用，对其寿命也做了初步讨论。
1 引言
热声机械经过几十年的研究，已经获得了很大的发展，特别是近年来由于热声机械的长寿命、无污染的突出特点越来越受到了人们的关注。从最初的Sondhauss管振荡到今天的驻波、行波发动机、制冷机，从最初的Rayleigh准则到今天的线性热声理论，非线性热声学，可以说都发生了翻天覆地的变化，这使得我们完全有理由相信一个热声被广泛应用的时期即将来临。但是热声机械中也还存在着很多的问题有待解决，比方说怎样缩短谐振管，减少系统体积，使其更快的进入实用化的阶段;怎样抑制行波发动机中的热声直流，提高热声转换的效率等等。焊接 波纹管是近年来国内外兴起的一种新型元件，它一般可用来做为敏感元件、密封元件、隔离介质、管路联接以及温度补偿器等。它除了耐压、耐温、耐腐蚀、密封性好等优点外，较之传统的成形 波纹管还有两个突出的优点：变形量大，寿命长。利用焊接 波纹管的这两个特点，把它创造性的应用于热声机械，相信可以解决许多困扰热声专家们多年的问题。 波纹管是一种柔性可挠元件，从外观上来看大致可分为两种：一种是伸缩量较大的焊接 波纹管(如图1中(a)图)，一种是伸缩量较少的成型 波纹管(如图1(b)图)。他们都可以用于密封机械装置，或作为真空管路的 膨胀节，在真空、半导体、石化、仪器、医疗、航空和军事等方面都有广泛的用途。成型 波纹管为一体成型的，压缩量少、寿命短，在热声机械中除了在行波发动机环路上作为补偿热胀冷缩之用外[1]，目前还没有看到其他方面的报道。
焊接 波纹管是一种由许多以冲压方式成型的薄形中空膜片，利用精密焊接所制成的高度可弯曲及伸缩的金属管，如图2所示。其组成方式是由两成型中空膜片以同心圆的方式作内缘焊接组成膜片对，再将多个膜片对堆垒一起作外缘焊接组成波纹段，再于两端和端板金属焊接组合成 波纹管组，如此便可应外部的需要与其他运动部件一起作往复运动。图3为 波纹管沿轴线方向的剖视图。 波纹管材料的选择是很严格的，除要求耐高温、耐腐蚀之外，还要求 波纹管有足够的刚度。目前国内不少 波纹管密封制造厂家所用波片材料为1Cr18Ni9Ti或国产AM350等不锈钢，使用表明这些材料的寿命远低于进口产品，存在易失弹、易开裂或易断裂的弊端，建议采用进口材料或国产Incone1718、HastelloyC等材料[3]。制作 波纹管常用材料见表1。
波纹管的焊接技术和焊后热处理工艺对 波纹管质量起着同样关键的作用。波片在轧制且单体焊接后，一定要作时效处理，以消除内应力，增加 波纹管的弹率或刚度，使用或正在开发的焊接技术有钨惰性气体保护焊、等离子焊、电力束焊和激光焊，其中等离子焊和激光焊较为常用。
膜片厚度一般为0.1～0.2mm之间，承压能力最高可以达到8MPa，使用温度为-200℃～450℃。有关其它信息还可以参考焊接金属 波纹管机械密封标准JB/T8723-1998和焊接金属 波纹管釜用机械密封标准JB/T3124-1998[4]。 (1)减少谐振管尺寸[5]
如图4所示为带 波纹管、质量块的驻波热声系统简图。 波纹管右端为谐振管，左端为质量块，左端大容器是为平衡谐振管内的高压，防止 波纹管受压损坏的气库。文献[5]给出了此系统谐振时的频率方程：
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