エッジ溶接ベローズとは

機械業界は、過酷な動作条件に耐えられる、信頼性が高く、柔軟性があり、精密なコンポーネントを作成するという課題に常に直面しています。従来のソリューションでは不十分な場合が多く、コストのかかるダウンタイムや修理につながります。

エッジ溶接ベローズは、機械業界に革新的なソリューションを提供します。独自の設計と製造プロセスにより、エッジ溶接ベローズは、幅広い用途で優れた柔軟性、耐久性、精度を提供します。軸方向の動きから角度や横方向の動きまで、これらの革新的なコンポーネントはすべてに対応し、最も要求の厳しい環境でも信頼性の高いパフォーマンスを保証します。

エッジ溶接ベローズとは

エッジ溶接ベローズは、密閉された環境を維持しながら機械システムの動きに対応するために使用される、柔軟で耐圧性のあるコンポーネントです。これらのベローズは、通常、ステンレス鋼、インコネル、ハステロイなどの耐腐食性材料で作られた一連の薄い金属ダイヤフラムを溶接して作られています。ダイヤフラムの溶接されたエッジは渦巻きを形成し、漏れなくベローズを圧縮、伸長、曲げることができます。

エッジ溶接ベローズの主な機能は、2 つの異なる媒体または環境間のバリアを維持しながら、動きを必要とする用途で動的シールとして機能することです。高圧、極度の温度、腐食条件に耐えるように設計されているため、航空宇宙、半導体製造、極低温、真空システムなど、幅広い業界での使用に適しています。

設計要因

ダイヤフラムプレートの厚さ

プレートが薄いほど柔軟性と動きが大きくなりますが、圧力容量が制限される可能性があります。プレートが厚いほど高い圧力に耐えられますが、柔軟性は低下します。一般的なダイヤフラムの厚さは 0.002 ～ 0.060 インチ (0.051 ～ 1.524 mm) の範囲で、最も一般的なのは 0.005 ～ 0.015 インチ (0.127 ～ 0.381 mm) です。

ダイヤフラムプレート形状

一般的な形状には、円形、長方形、正方形のプレートがあります。円形プレートは均一な応力分散を提供し、高圧用途に適しています。長方形と正方形のプレートは横方向の動きに対して優れた安定性を提供しますが、角で応力が集中する可能性があります。

プレートの形状は、ベローズの渦巻きプロファイルにも影響します。渦巻きが深いほど軸方向の動きが大きくなり、渦巻きが浅いほど横方向の動きの安定性が向上します。

溶接形状

最も一般的な溶接形状は突合せ溶接で、隣接するプレートの端を直接溶接します。これにより、強力で漏れのないシールが実現します。

特定の用途では、ステップ溶接や重ね溶接などの他の溶接形状が使用される場合があります。ステップ溶接は応力集中を軽減するのに役立ち、重ね溶接はより厚いプレート材料の使用を可能にします。

シール面バランス

シール面 バランスとは、エッジ溶接ベローズのシール面にかかる圧力の分散を指します。バランスの取れた設計では、ベローズの内側に作用する圧力がシール面全体に均等に分散されます。これにより、漏れや早期摩耗につながる可能性のある、1 つの領域への過度の圧力が防止されます。

圧力が均等に分散されないアンバランスな設計では、シール面の特定の領域で接触力が大きくなる可能性があります。これにより、摩耗が加速し、シール面が歪み、シール効果が低下する可能性があります。

エッジ溶接ベローズの種類

ネストされたリップルベローズ

ネスト リップル ベローズは、内側と外側の折り目が交互になった一連のネストされた渦巻きが特徴です。この設計により、優れた柔軟性が得られ、大きな軸方向の動きが可能になります。ネスト リップル ベローズは、真空システムやバルブなど、高い圧縮比を必要とするアプリケーションでよく使用されます。

クレセントベローズ

三日月形ベローズは、ユニークな三日月形の渦巻き形状をしています。この設計は、軸方向と横方向の柔軟性のバランスが取れているため、中程度の角度とオフセットの動きが求められる用途に適しています。三日月形ベローズは、シール シャフト接続部やポンプ カップリングによく使用されます。

平板ベローズ

名前が示すように、平板ベローズは平らなダイヤフラム プレートから構成されています。このシンプルな設計により、優れた安定性が得られ、動きの要件が制限される用途でよく使用されます。平板ベローズは通常、他のタイプよりも柔軟性が低くなりますが、圧力と温度の性能に優れています。

シングルスイープベローズ

シングルスイープベローズには、一方向にのみスイープする渦巻きがあり、カップのような形状を形成します。この設計により、垂直面では安定性を保ちながら、一平面では大きな横方向の動きが可能になります。シングルスイープベローズは、ポンプコネクタや排気ジョイントなど、横方向の大きなオフセットを必要とする用途で使用されます。

トーラスベローズ

トーラス ベローズは、部分的にトロイダル形状の渦巻きを特徴としています。この独自の形状により、角度と横方向の柔軟性が優れているため、トーラス ベローズは、位置ずれやオフセット要件が高い用途に最適です。一般的な用途には、配管システムのジンバル ジョイントやフレキシブル コネクタなどがあります。

動きの種類

軸方向の動き

軸方向の動きとは、ベローズの中心軸に沿った圧縮と伸長を指します。このタイプの動きにより、ベローズは直線変位を吸収したり、熱膨張を補正したり、2 つのコンポーネント間の密閉された柔軟な接続を提供したりすることができます。

角度移動

ベローズが曲げ力を受けると、中心軸に対して角度をつけて曲がり、角度運動が発生します。エッジ溶接ベローズは、接続されたコンポーネント間の角度のずれを吸収できるため、部品が完全に揃っていない場合でもスムーズに操作できます。

横方向の移動

横方向の動きは、オフセットまたは横方向の動きとも呼ばれ、ベローズの一方の端が、中心軸に対して垂直な方向に、もう一方の端に対して移動します。このタイプの動きにより、エッジ溶接ベローズは横方向のずれを補正したり、せん断力に対応できる柔軟な接続を提供したりできます。

エッジ溶接ベローズの製造工程

材料の選択

エッジ溶接ベローズを製造する最初のステップは、適切な材料を選択することです。材料の選択は、動作環境、必要な強度と柔軟性、封じ込められるまたは排除される媒体との適合性などの要因によって異なります。エッジ溶接ベローズに使用される一般的な材料には、ステンレス鋼、チタン、インコネル、ハステロイなどがあります。

ダイヤフラムスタンピング

材料が選択されると、精密金型を使用して、選択された材料のシートから個々のダイヤフラムが打ち抜かれます。打ち抜き工程により、必要な輪郭や特徴を含む各ダイヤフラムの基本形状が作成されます。

掃除と準備

ダイヤフラムをベローズに組み立てる前に、スタンプ工程で残った汚れ、油、残留物などを完全に除去する必要があります。その後、洗浄したダイヤフラムを必要な順序で積み重ね、端を適切に揃えて溶接の準備を行います。

畳み込み形成

エッジ溶接ベローズに柔軟性を与える渦巻きを形成するために、積層されたダイヤフラムは外縁に沿って溶接されます。この溶接プロセスは通常、レーザー溶接、電子ビーム溶接、TIG 溶接などの高度な技術を使用して実行されます。溶接パラメータは、材料特性を損なうことなく、強力で漏れのないシールを確保するために慎重に制御されます。

ベローズコア溶接

渦巻き部が形成された後、ダイヤフラムの内側のエッジが溶接され、密閉された耐圧コアが形成されます。コアに使用される溶接の種類は、材料と性能要件によって異なりますが、精度が高く熱入力が最小限であるため、レーザー溶接と電子ビーム溶接が一般的に選択されます。

エンドフィッティングへの溶接

エッジ溶接ベローズをより大きなアセンブリに統合するには、ベローズの端にエンド フィッティングを溶接します。これらのエンド フィッティングはフランジ、チューブ、またはカスタム形状にすることができ、ベローズを他のコンポーネントに接続する手段となります。

リークテスト

製造工程の最終段階はリーク テストです。エッジ溶接されたベローズ アセンブリはそれぞれ、圧力の完全性と気密性を検証するために厳格なリーク テストを受けます。このテストでは通常、ヘリウムなどのトレーサー ガスでベローズを加圧し、感度の高い検出装置を使用して漏れがないか確認します。リーク テストに合格したベローズ アセンブリのみが使用可能とみなされます。