Cosa sono i soffietti saldati ai bordi

L'industria dei macchinari affronta sfide costanti nella creazione di componenti affidabili, flessibili e precisi che possano resistere a condizioni operative difficili. Le soluzioni tradizionali spesso risultano insufficienti, causando costosi tempi di fermo e riparazioni.

I soffietti saldati sui bordi offrono una soluzione rivoluzionaria per l'industria dei macchinari. Con il loro design e processo di fabbricazione unici, i soffietti saldati sui bordi offrono flessibilità, durata e precisione superiori per un'ampia gamma di applicazioni. Dal movimento assiale a quello angolare e laterale, questi componenti innovativi possono gestire tutto, garantendo al contempo prestazioni affidabili anche negli ambienti più esigenti.

Cosa sono i soffietti saldati ai bordi

I soffietti saldati ai bordi sono componenti flessibili e a tenuta di pressione utilizzati per adattarsi al movimento nei sistemi meccanici mantenendo un ambiente sigillato. Questi soffietti sono costruiti saldando insieme una serie di sottili diaframmi metallici, solitamente realizzati in materiali resistenti alla corrosione come acciaio inossidabile, Inconel o Hastelloy. I bordi saldati dei diaframmi formano delle convoluzioni, consentendo ai soffietti di comprimersi, estendersi e flettersi senza perdite.

La funzione primaria dei soffietti saldati a bordo è quella di fungere da tenuta dinamica in applicazioni che richiedono movimento mantenendo al contempo una barriera tra due diversi media o ambienti. Sono progettati per resistere ad alte pressioni, temperature estreme e condizioni corrosive, il che li rende adatti all'uso in un'ampia gamma di settori, tra cui aerospaziale, produzione di semiconduttori, criogenia e sistemi a vuoto.

Fattori di progettazione

Spessore piastra diaframma

Le piastre più sottili consentono maggiore flessibilità e movimento, ma possono limitare la capacità di pressione. Le piastre più spesse possono sopportare pressioni più elevate, ma riducono la flessibilità. Gli spessori tipici del diaframma vanno da 0,002 a 0,060 pollici (da 0,051 a 1,524 mm), con il più comune tra 0,005 e 0,015 pollici (da 0,127 a 0,381 mm).

Forma della piastra del diaframma

Le forme comuni includono piastre circolari, rettangolari e quadrate. Le piastre circolari forniscono una distribuzione uniforme dello stress e sono adatte per applicazioni ad alta pressione. Le piastre rettangolari e quadrate offrono maggiore stabilità per il movimento laterale ma possono avere concentrazioni di stress più elevate agli angoli.

La forma della piastra influisce anche sul profilo di convoluzione dei soffietti. Le convoluzioni più profonde consentono un maggiore movimento assiale, mentre le convoluzioni più superficiali forniscono una migliore stabilità per il movimento laterale.

Forma di saldatura

La forma di saldatura più comune è la saldatura di testa, in cui i bordi delle piastre adiacenti vengono saldati insieme direttamente. Ciò fornisce una tenuta forte e a tenuta stagna.

Altre forme di saldatura, come le saldature a gradini o le saldature a sovrapposizione, possono essere utilizzate per applicazioni specifiche. Le saldature a gradini possono aiutare a ridurre le concentrazioni di stress, mentre le saldature a sovrapposizione consentono materiali di piastre più spessi.

Equilibrio del viso del sigillo

Faccia di sigillo l'equilibrio si riferisce alla distribuzione della pressione sulle superfici di tenuta dei soffietti saldati a bordo. In un design bilanciato, la pressione che agisce all'interno del soffietto è distribuita uniformemente sulla superficie di tenuta. Ciò impedisce una pressione eccessiva su una qualsiasi area, che potrebbe causare perdite o usura prematura.

I design non bilanciati, in cui la pressione non è distribuita uniformemente, possono causare forze di contatto più elevate su determinate aree della faccia di tenuta. Ciò può causare usura accelerata, distorsione della faccia di tenuta e riduzione dell'efficacia della tenuta.

Tipi di soffietti con bordi saldati

Soffietti ondulati nidificati

I soffietti ondulati nidificati presentano una serie di convoluzioni nidificate con pieghe alternate verso l'interno e verso l'esterno. Questo design offre un'eccellente flessibilità e consente un movimento assiale significativo. I soffietti ondulati nidificati sono comunemente utilizzati in applicazioni che richiedono elevati rapporti di compressione, come nei sistemi a vuoto e nelle valvole.

Soffietto a mezzaluna

I soffietti a mezzaluna hanno un profilo di convoluzione a forma di mezzaluna unico. Questo design offre un equilibrio di flessibilità assiale e laterale, rendendoli adatti per applicazioni con requisiti di movimento angolare e offset moderati. I soffietti a mezzaluna sono spesso utilizzati in connessioni di alberi di tenuta e giunti di pompaggio.

Soffietti a piastra piana

Come suggerisce il nome, i soffietti a piastra piatta sono costruiti da piastre a diaframma piatte. Questo semplice design fornisce una buona stabilità ed è spesso utilizzato in applicazioni con requisiti di movimento limitati. I soffietti a piastra piatta sono in genere meno flessibili di altri tipi, ma offrono eccellenti capacità di pressione e temperatura.

Soffietto a spazzata singola

I soffietti a singolo sweep hanno convoluzioni che si muovono in una sola direzione, creando una forma a tazza. Questo design consente un movimento laterale significativo in un piano, garantendo al contempo stabilità nel piano perpendicolare. I soffietti a singolo sweep sono utilizzati in applicazioni che richiedono un elevato offset laterale, come nei connettori delle pompe e nei giunti di scarico.

Soffietto a toro

I soffietti torici presentano convoluzioni con una forma toroidale parziale. Questa geometria unica fornisce un'eccellente flessibilità angolare e laterale, rendendo i soffietti torici ideali per applicazioni con elevati requisiti di disallineamento o offset. Le applicazioni comuni includono giunti cardanici e connettori flessibili nei sistemi di tubazioni.

Tipi di movimento

Movimento assiale

Il movimento assiale si riferisce alla compressione e all'estensione del soffietto lungo il suo asse centrale. Questo tipo di movimento consente al soffietto di assorbire spostamenti lineari, compensare l'espansione termica o fornire una connessione sigillata e flessibile tra due componenti.

Movimento angolare

Il movimento angolare si verifica quando il soffietto è sottoposto a una forza di flessione, che ne causa la flessione a un angolo rispetto al suo asse centrale. I soffietti saldati a bordo possono adattarsi al disallineamento angolare tra i componenti collegati, consentendo un funzionamento regolare anche quando le parti non sono perfettamente allineate.

Movimento laterale

Il movimento laterale, noto anche come offset o movimento trasversale, comporta lo spostamento di un'estremità del soffietto rispetto all'altra in una direzione perpendicolare all'asse centrale. Questo tipo di movimento consente ai soffietti saldati a bordo di compensare il disallineamento laterale o di fornire una connessione flessibile in grado di gestire le forze di taglio.

Processo di fabbricazione dei soffietti con bordo saldato

Selezione dei materiali

Il primo passo nella produzione di soffietti con saldatura a bordo è la selezione del materiale appropriato. La scelta del materiale dipende da fattori quali l'ambiente operativo, la resistenza e la flessibilità richieste e la compatibilità con i media contenuti o esclusi. I materiali comuni utilizzati per i soffietti con saldatura a bordo includono acciaio inossidabile, titanio, inconel e hastelloy.

Stampaggio del diaframma

Una volta selezionato il materiale, i singoli diaframmi vengono stampati da fogli del materiale scelto utilizzando matrici di precisione. Il processo di stampaggio crea la forma di base di ogni diaframma, inclusi eventuali contorni o caratteristiche richiesti.

Pulizia e preparazione

Prima che i diaframmi possano essere assemblati in un soffietto, devono essere puliti a fondo per rimuovere sporcizia, olio o residui dal processo di stampaggio. I diaframmi puliti vengono quindi impilati nell'ordine desiderato, con i bordi correttamente allineati in preparazione per la saldatura.

Formazione della convoluzione

Per formare le convoluzioni che conferiscono flessibilità ai soffietti saldati a bordo, i diaframmi impilati vengono saldati insieme lungo i bordi esterni. Questo processo di saldatura viene in genere eseguito utilizzando tecniche avanzate come la saldatura laser, la saldatura a fascio di elettroni o la saldatura TIG. I parametri di saldatura vengono attentamente controllati per garantire una tenuta forte e a tenuta stagna senza compromettere le proprietà del materiale.

Saldatura a soffietto

Dopo che le convoluzioni sono formate, i bordi interni dei diaframmi vengono saldati insieme per creare un nucleo sigillato e a tenuta di pressione. Il tipo di saldatura utilizzato per il nucleo dipende dal materiale e dai requisiti di prestazione, con la saldatura laser e a fascio di elettroni come scelte comuni per la loro precisione e il minimo apporto di calore.

Saldatura ai raccordi terminali

Per integrare i soffietti saldati a bordo in un assieme più grande, i raccordi terminali vengono saldati alle estremità dei soffietti. Questi raccordi terminali, che possono essere flange, tubi o forme personalizzate, forniscono un mezzo per collegare i soffietti ad altri componenti.

Prova di tenuta

L'ultimo passaggio del processo di produzione è il test di tenuta. Ogni gruppo soffietto saldato a bordo è sottoposto a rigorosi test di tenuta per verificarne l'integrità della pressione e la tenuta stagna. Questo test in genere comporta la pressurizzazione del soffietto con un gas tracciante, come l'elio, e l'utilizzo di apparecchiature di rilevamento sensibili per verificare eventuali perdite. Solo i gruppi soffietto che superano il test di tenuta sono considerati pronti per l'uso.