Soldado en los bordes fuelle Son conjuntos metálicos flexibles fabricados mediante la soldadura de diafragmas metálicos delgados por sus bordes para crear una estructura similar a un acordeón. Estos componentes sirven como sellos dinámicos y conectores flexibles en sistemas mecánicos, que permiten el movimiento al tiempo que mantienen una barrera hermética que evita las fugas.
Cada fuelle consta de una serie de diafragmas metálicos soldados en sus bordes interior y exterior. Pares de placas de diafragma anulares (normalmente una macho/convexa y una hembra/cóncava) se sueldan entre sí por su diámetro interior y luego se unen por el diámetro exterior para formar el fuelle completo. Esto crea un componente de una sola pieza, hermético y capaz de realizar movimientos elásticos en direcciones axial, lateral y angular.
Tipos de configuraciones de fuelles
Configuración estándar de una sola capa
El diseño más común de fuelles soldados por los bordes utiliza una sola capa de diafragmas soldados. Cada convolución consta de un par de diafragmas soldados entre sí, lo que proporciona un equilibrio entre flexibilidad, capacidad de presión y rentabilidad para la mayoría de las aplicaciones.
Configuración de doble capa (multicapa)
Los fuelles de doble capa incorporan dos capas concéntricas de diafragmas en lugar de una sola. Este diseño mejora significativamente la capacidad de presión y la vida útil sin aumentar el grosor de cada capa. Las capas comparten la carga y proporcionan redundancia: si una capa se agrieta, la otra mantiene la estanqueidad.
Diseño de ondas anidadas
Esta configuración presenta placas de diafragma con contornos idénticos que se encajan entre sí al comprimirse. El diseño encajado permite una carrera máxima en una longitud compacta, a la vez que se logra una baja constante elástica y una distribución uniforme de la tensión en todo el fuelle.
Configuración de diafragma plano
Algunos fuelles utilizan diafragmas de anillo plano en lugar de formas contorneadas. Si bien son más rígidos y permiten una menor carrera que los diseños anidados, los fuelles de diafragma plano ofrecen características de resorte muy lineales y pueden soportar presiones más altas en ciertas aplicaciones.
Fabricación de fuelles soldados por los bordes
La fabricación de fuelles soldados por los bordes requiere una fabricación de precisión y técnicas de soldadura especializadas:
- Estampado de diafragma: Se estampan o cortan con láser láminas delgadas de metal (normalmente de 0.001 a 0.010 pulgadas de espesor) para formar diafragmas circulares con formas macho y hembra complementarias diseñadas para crear el perfil de convolución deseado.
- Proceso de limpiezaLos diafragmas se someten a una limpieza ultrasónica para eliminar los contaminantes antes de la soldadura, lo que garantiza una calidad óptima de la soldadura y evita futuras fugas.
- Soldadura de bordesLos pares de diafragmas macho y hembra se alinean con precisión y se sueldan en el diámetro interior utilizando soldadura TIG (GTAW), soldadura láser o soldadura por haz de electrones bajo magnificación; un proceso llamado soldadura microscópica debido al pequeño tamaño de la soldadura y a la delgadez de los materiales.
- Ensamblaje de convoluciónVarias unidades de convolución se apilan y sueldan entre sí en el diámetro exterior para formar el núcleo continuo del fuelle, a menudo utilizando espaciadores extraíbles para garantizar un espaciado y una alineación uniformes.
- Accesorio de ajuste finalLos extremos de los fuelles se sueldan a bridas o accesorios según se requiera para la aplicación final, como bridas Conflat para sistemas de vacío o piezas de sellado para los extremos. sellos mecánicos.
- Prueba de fugasLos conjuntos completos se someten a espectrometría de masas de helio o a pruebas de caída de presión para verificar el sellado hermético, logrando tasas de fuga tan bajas como 1×10^-10 std cc/seg He.
Materiales de fuelles soldados por los bordes
- Aceros inoxidables (serie 300)Los aceros inoxidables 304L, 316L y 347 ofrecen una excelente resistencia a la corrosión, buena soldabilidad y mantienen la ductilidad a bajas temperaturas.
- Acero inoxidable endurecible por precipitación AM350Proporciona una alta resistencia a la tracción y dureza cuando se trata térmicamente, y se utiliza comúnmente en sellos mecánicos y aplicaciones de alta presión que operan hasta 600-700 °F.
- Aleaciones de níquel (serie Inconel)Inconel 625 y 718 se utilizan en entornos de alta temperatura y alta presión, manteniendo su resistencia a temperaturas superiores a 1000 °F al tiempo que resisten la corrosión y la oxidación.
- Aleaciones de HastelloySeleccionado por su extrema resistencia a la corrosión causada por productos químicos y ácidos agresivos, particularmente valioso en el procesamiento químico donde el acero inoxidable se corroería.
- TitanioEl titanio de grado 1 o 2 ofrece una construcción ligera con una excelente relación resistencia-peso y una resistencia superior a la corrosión, ideal para aplicaciones aeroespaciales, de semiconductores y médicas.
- MonelEsta aleación de níquel-cobre proporciona una excelente resistencia a la corrosión por cloruros y al agua salada, lo que la hace valiosa para equipos marinos y oceanográficos.
Características mecánicas y de rendimiento
- Flexibilidad y accidente cerebrovascularLos fuelles soldados por los bordes pueden comprimirse hasta su altura máxima (totalmente aplanados) sin sufrir daños, ofreciendo relaciones de carrera a longitud del 85-90%. Los diseños de convolución múltiple pueden comprimirse hasta solo el 10-15% de su longitud extendida.
- Tasa de primaveraLa constante elástica se puede ajustar con precisión modificando el grosor del diafragma o el número de convoluciones. Esta baja y predecible constante elástica los hace ideales para sensores de presión y juntas mecánicas donde se requiere una transmisión de fuerza mínima.
- Capacidad de presiónA pesar de sus paredes delgadas, los fuelles con soldadura perimetral pueden soportar vacío hasta una presión diferencial superior a 1000 psi. El diseño contorneado del diafragma distribuye las tensiones de forma eficaz, si bien las juntas soldadas siguen siendo el factor limitante para las presiones máximas de funcionamiento.
- Rango de temperaturaLas temperaturas de funcionamiento oscilan entre criogénicas (-252 °C/-423 °F) y superiores a 538 °C (1000 °F) para los materiales estándar. Algunos diseños de aleación de níquel soportan hasta 982 °C (1800 °F) durante periodos cortos.
- Ciclo de vidaLos fuelles soldados por los bordes, diseñados correctamente, superan el millón de ciclos de flexión, y las aplicaciones de precisión alcanzan varios millones de ciclos cuando operan dentro de los parámetros de diseño.
- estanqueidadSu construcción totalmente soldada logra un sellado hermético con tasas de fuga de 1×10^-10 std cc/seg He o mejores, cumpliendo con los estándares de ultra alto vacío críticos para aplicaciones de semiconductores y aeroespaciales.
Aplicaciones comunes de fuelles soldados por los bordes
- Aeroespacial y defensaSe utiliza en sensores de altitud, acumuladores de sistemas de combustible, reguladores de presión, unidades de medición de combustible para motores a reacción y sistemas de propulsión de naves espaciales donde las fluctuaciones extremas de temperatura y la alta fiabilidad son esenciales.
- Sistemas semiconductores y de ultra alto vacíoComponentes esenciales en robots de manipulación de obleas, vástagos de válvulas de vacío, actuadores lineales y pasamuros de vacío donde el mantenimiento de condiciones de ultra alto vacío y limpieza es fundamental.
- Dispositivos médicosSe encuentra en bombas de fármacos implantables, componentes de corazones artificiales, equipos láser quirúrgicos y sistemas de diagnóstico por imágenes que requieren biocompatibilidad y sellado hermético.
- Vacío y procesamiento industrial: Común en conjuntos de hornos de vacío, válvulas selladas con fuelles para fluidos tóxicos/corrosivos, manómetros y transductores para medios agresivos y celdas de carga.
- Sellos mecánicos: Cumplen una doble función como resorte y sello secundario en bombas y compresores, ideales para aplicaciones de alta temperatura donde las juntas tóricas de elastómero fallarían, eliminando los problemas de bloqueo dinámico de las juntas tóricas.
- Instrumentación y sensoresSe utiliza en sensores de presión diferencial, compensadores de volumen y sensores de aceleración donde el área efectiva predecible y la constante elástica son cruciales para la precisión de la medición.
¿Cuál es la diferencia entre fuelles soldados por el borde y fuelles conformados?
| Característica | Fuelles soldados por bordes | Fuelles formados |
|---|---|---|
| Método de construcción | Diafragmas individuales soldados en los bordes. | Tubo único hidroformado o formado mecánicamente |
| Flexibilidad | Muy alta; puede comprimirse hasta alcanzar una altura sólida. | Limitado por paredes más gruesas; no puede comprimirse completamente |
| Tasa de primavera | Bajo y ajustable con precisión | Más alto y menos ajustable |
| Relación carrera-longitud | Compresión de hasta un 85-90%. | Compresión típica del 30-50%. |
| Opciones de material | Amplia gama que incluye aleaciones exóticas. | Limitado a materiales dúctiles y moldeables |
| Rango de temperatura | Criogenia hasta 1800 °F con aleaciones apropiadas | Generalmente entre -40 °F y 500 °F |
| Capacidad de presión | Alta resistencia con un diseño adecuado; hasta más de 1000 psi | Moderado; se necesitan paredes gruesas para alta presión |
| Ciclo de vida | Suele superar el millón de ciclos. | Normalmente entre 100,000 y 500,000 ciclos |
| estanqueidad | Hermético; cumple con los estándares UHV | Bueno, pero con potencial para microfisuras. |
| Costo Inicial | Mayor para pequeñas cantidades | Menor precio por unidad en grandes volúmenes |
| Personalización | Altamente personalizable | Limitado; requiere nuevas herramientas |
| Mejores aplicaciones | Sistemas críticos de alto rendimiento | Usos de alto volumen y servicio moderado |
