[科普中国]-金属软管

金属软管的发展简史

最初，人们用兽皮缝合成管状的结构，以适应生产斗争之需要。经过了相当长的时期，到十七世纪末叶，荷兰的万·德尔盖金兄弟制成了纵向缝合的帆布软管，在当时的消防业务中被广泛采用。后来，随着橡胶在国际市场上的出现及其硫化工艺的发展，胶管和用金属丝或麻绳等织物铠装的胶管问世了。但是，工程上一些蒸汽、热风类的高温介质’液氢，液氧、液氦类的低温介质；汽油、煤油、酸、碱等腐蚀性的介质，若用胶管来输送，当然不行。特别是在高温条件下，它的安全可靠性就更难保证了。

因此，人们渐渐地把注意力集中到金属管方面，改变金属管的儿何形状，使其内外表面产生相应的波纹。这样，它既具有同胶管一样的挠性，同时，又具有耐高温、耐低温、耐老化、耐腐蚀性能。于是，作为金属软管本体的金属波纹管就这样产生了。

1855年，德国最先发表了制造波纹管的专利。它是利用当时已有的制造首饰的原理来制造波纹管的。三十年以后，法国的E·Levavas seur与德国的H·Witzenmann合作研制新型金属波纹管，于1885年8月获得了法国和德国的专利权。这是用截面为s形的金属带在专用设备上绕制而威的螺旋波纹管，它们用橡胶带、棉织物或石棉绳填垫在相邻两匝的咬口处，以利于波纹管内腔的密封。

1894年，这类波纹管的结构得到了改进：人们用两根金属带按不同直径，向相反方向卷绕。这样，金属带在受力状态下达到相互平衡，克服了自发展开的弊病。

1929年，在波纹管的结构上进行了又一次技术革命，即彻底解决了波纹管由于弯曲时填垫橡胶带或石棉绳的凹槽发生不均匀变化而丧失密封性能的问题，从而开辟了波纹管发展的广阔前景。人们用钢和铜锌合金材料制成了整体波纹管，即用无缝的或有焊缝的管材制成的波纹管，它依靠波纹侧壁的弹性变形来保持一定的可压缩性或可拉伸性l同时，保证可靠的密封。

从二十世纪五十年代开始，双层、三层、多层的波纹管，特别是极薄壁不锈钢材波纹管发展得很快。为了满足使用要求，人们采用焊接，电铸、机加、液压和机械旋压等各种工艺方法来制造波纹管。最小公称通径为2毫米，最大公称通径可达400~500毫米，甚至有通径为10米的巨形波纹管。波纹数最少1～2个，最多可达连续几百、几千，甚至几万个。

从波纹管作为金属软管本体的重要意义来讲。金属波纹管的发展，也就意味着金属软管的发展。随后，人们在波纹管外表面包覆上橡胶、塑料或者尼龙等材料，铠装由金属丝或金属带所构成的网套，变换各种各样的
接头形式·为适应各种使用条件下的不同要求创造了多种形式的金属软管。1

原理管道的安装应力

在复杂的管路系统中，常常出现由于空间位置条件的限制，造成安装工作上的种种困难：成型的管子装不上去；弯过去、正过来，凑合装上去的管子，将不可避免地产生局部的冷校正。根据管子通径和现场的具体情况不同，冷校正量从几毫米至几十毫米，有的达数百毫米。实践证明，该量越大，其内应力也就越高，这些残留在管路系统中的安装应力，无疑地是极大隐息。

某型号发动机中的一段轴承润滑油导管，在实际运行中多次发生断裂事故，就是因为安装应力过高所致。

由于可以随意弯曲并在额定弯曲半径条件下弯曲所产生的内应力极小，所以，它能给安装工作带来极大的方便，对管路系统的安全运行也起着一定的保障作用。这是某些管路系统必须使用金属软管的主要原因。

补偿管道位置

由于装卸模具的需要，硫化机上的活动缸将作向上和向下方向的运动。紫铜蛇形管往复运动多次之后，就会发生疲劳断裂，虽然修复后还可以继续使用，但停车修复会造成时间损失。橡胶管虽然具有良好的柔软特性，抗疲劳能力也很强，但在承压、耐温、抗老化等方面又是薄弱环节，一般使用几个月以后，也无法再继续下去。金属软管良好的综合性能在此得到充分地体现。在一般工业领域中，除压力、温度之外，还常常存在着一些如疲劳、腐蚀、振动、压迫、冲击等苛刻的条件，在这样的情况之下，用来补偿管道的位置移动是最合适的了。

吸收振动

某巨型建筑，大厅内空调是由固定在地下室的6FWB机组提供的。机组振动通过连接管道这个桥梁，一直传到地面大厅内，噪音值达45dB。在这样的环境中，人们总觉得有一种不适之感。改进设计后，在连接管道上串接了金属软管，不仅吸收了部分由机组振动所产生的噪音，管系中流体脉动所产生的噪音也被吸收了不少，此时，地面大厅内噪音值仅为33dB，大大地改善了厅内的环境。

能够吸收振动，它不仅可以提高系统疲劳破坏的能力，还可以达到降低噪音之效果。某些管路系统采用金属软管，原因就在于此。

结构金属软管大体上由波纹管、网套及接头三大部分构成。波纹管是金属软管的本体，起着挠性的作用；，网套起着加强、屏蔽的作用；接头起着连接的作用。对不同的使用要求，它们之间相互连接的方式各不相同：波纹管、网套与接头三部分以焊接的形式连接，叫做焊接式；以机械夹固的形式连接，叫做机械夹固式，除此，还有把上述两种方法联用的，叫做混合式。

金属软管产品包括输吸油胶管、蒸气胶管、喷砂胶管、输吸酸碱胶管、食品胶管、吹氧胶管及各种异型胶管等。广泛应用于机械、化工、石油、冶金、食品等行业。

耐压金属软管的压力范围是多少：软管的压力范围一般为PN0.6―32.0Mpa。最高达42.0MPa。 金属软管是软管安装在压力管路中的主要承压件，同时对波纹管起护套作用，根据管道中的压力大小及应用场所，可选择一层或多层的不锈钢丝或钢带进行编织。1

特点由于制作软管主要零件的材料是采用奥氏体不锈钢，因而保证了软管优良的耐温性和耐蚀性，软管的工作温度范围极广，为 -196—600 ℃，使用的软管按管道所通介质的腐蚀性选择适用的不锈钢牌号，即可保证软管的耐蚀性。

1．金属软管整体采用1Cr18Ni9Ti不锈钢材料制成，具有较强的耐腐蚀能力。

2．软管管体为薄壁不锈钢管体液压成形，具有较强的柔韧性、伸缩性、弯曲和抗振能力强、编织网套的加强保护、使之具有更高的承压能力。

3．软管两端的连接还可制成除螺纹、法兰标准之外的其他连接方式，方便连接和使用。

4．该产品不仅适于与旋转接头的配套，而且广泛用于多种流体介质输送的软性连接。

耐腐蚀、耐高温、耐低温（-196℃~+420℃)，重量轻、体积小、柔软性好。广泛用于航空、航天、石油、化工、冶金、电力、造纸、木材、纺织、建筑、医药、食品、烟草、交通等行业。

1、金属软管节距之间灵活软管，弯曲半径小。

2、金属软管有较好的伸缩性，无阻塞或僵硬。

3、金属软管单位重量轻、口径一致性好。

4、金属软管柔软性、重复弯曲性、挠性好。

5、金属软管耐腐蚀性、耐高温性好。

6、金属软管防鼠咬、耐磨损好，防止内部电线受到磨损。

7、金属软管耐弯折、抗拉性能、抗侧压性强。

8、金属软管柔软顺滑、易于穿线安装定位。

9、金属软管配套的软管接头多，容易同仪器设备连接。2

分类穿线软管穿线金属软管（英文名称：Metal Conduit）材质为304不锈钢或301不锈钢，用作电线、电缆、自动化仪表信号的电线电缆保护管，规格从3mm到150mm。超小口径的金属软管（内径3mm-25mm）主要用于精密光学尺之传感线路保护、工业传感器线路保护，具有良好的柔软性、耐蚀性、耐高温、耐磨损、抗拉性。

波纹软管金属软管是工程技术中重要的连接构件，由波纹柔性管、网套和接头结合而成。在各种输气、输液管路系统以及长度、温度、位置和角度补偿系统中作为补偿元件、密封元件、连接元件以及减震元件，应用于航空航天、石油化工、矿山电子、机械造船、医疗卫生、轻纺电子、能源建筑等各领域。金属软管的最新国家规范为《波纹金属软管通用技术条件》（GB/T14525-2010），于2011年10月1日起实施。

波纹金属软管（简称波纹管）是现代工业管路中一种高品质的柔性管道。它主要由波纹管、网套和接头组成。它的内管是具有螺旋形或环形波形的薄壁不锈钢波纹管，波纹管外层的网套，是由不锈钢丝或钢带按一定的参数编织而成。软管两端的接头或法兰是与客户管道的接头或法兰相配的。

波纹管在美洲习惯称作波形管（Corrugated Tube）或波纹囊（Corrugated Box），在欧洲一般称作金属囊（德Metallbulgen，英Metal Bellows）。这种命名来源于老式的手工操作的鼓风气囊，在我国俗称它为“皮老虎”。1

波纹金属软管从结构上来看，金属波纹管的培料有带材和管材两钟，它们都可以成型出环形波纹管和螺旋形波纹管。只是因为带材成型的波纹管总是有一定长度的钎焊或熔焊的搭扣 和接头，这些地方常常积聚有工作介质的残渣，并沉淀有清洗试验和工作介质中的机械杂质污染内腔。因此，它的使用可信赖度要相对差一些。环形波纹管是若干圆环膜片外缘与若干凹面向心的半圆环相切接，内缘与若干凹面背心的半圆环相切接的特殊几何形状的管子。它的坯料以管材为主，这类波纹管具有挠性大、弹性好、制造简单、刚性小等特点。适宜用来制作承受一般工作压力，对挠性要求较高的大、中通径的金属软管。螺旋形波纹管是一定长度的绕簧状的膜片外缘与绕簧状的凹面向心的半圆环相切接，内缘与绕簧状的凹面背心的半圆环相切接的特殊几何形状的管子。这类波纹管具有强度高、刚性大、制造简单等特点，适宜用来制作对挠性要求一般，强度要求较高的高、中压力，中、小通径的金属软管。

波纹金属软管大体上由波纹管、网套及接头三大部分构成。波纹管是金属软管的本体，起着挠性的作用；网套起着加强、屏蔽的作用；接头起着连接的作用。对不同的使用要求，它们之间相互连接的方式各不相同：波纹管、网套与接头三部分以焊接的形式连接，叫做焊接式；以机械夹固的形式连接，叫做机械夹固式；除此，还有把上述 两种方法联用的，叫做混合式。

网套：网套是由相互交叉的若干股金属丝或若干绽金属带按一定顺序编织而成的，以规定的角度套装在金属波纹管的外表面，起着加强和屏蔽的作用。网 套不仅分担金属软管在轴向、径向上静负荷，还在流体沿着管道流动产生脉动作用的条件下能够保证金属软管安全可靠地工作，同时，还能保证软管波纹部分不直接 地受到相对摩擦、撞击等方面的机械损伤。编织了网套的波纹管，其强度可以提高十几倍至几十倍。最高屏蔽能力可以达到99.95%。 网套的材料一般与波纹管材料相同，也有以两种材料联用的。普通金属软管仅用一层网套；特殊使用场合，也有编织两层、三层的。根据波纹管通径大小及使用要求 的不同，它常以直径为0.3~0.8毫米的线材或厚度为0.2~0.5毫米的带材来制作。线材每股4~15根，带材每锭一条。生产的钢丝网套多为 24股、36股、48股、64股的，特大通径的波纹管，还有96股、120股和144股的。网套主要编织参数除了（线材）股数、丝径，（带材）锭数、厚度以外，还有覆盖面积、编织距、编织角度等。它们都是决定金属软管性能的重要依据。1

接头：接头的作用首先是将网套与波纹管联接为一体，同时，接头又是金属软管与金属软管或其它管件、设备相联接的部件。它保证介质在管路系统中正常地工作。 接头的材料通常与波纹管、网套的材料相同，多以不锈钢为主。为降低生产成本，一些通径较大的金属软管在输送腐蚀性不强或无腐蚀性的介质时，接头可用碳钢制作；对于腐蚀性介质工作情况下的金属软管的接头，若设计上采取相应措施，避免与介质的接触，也可以采用碳钢来制作。 接头的结构形式大体上分为螺旋式、法兰盘式和快速式三大类：

1、**螺纹式：**通径为50毫米以下的金属软管的接头，在承受较高工作压力的情况下，多以螺纹式为主，当拧紧螺纹以后，两个接头上的内、外锥度面紧密配合，实现密封。锥角 一般为60度，也有用74度的。该结构密封性好，但安装时必须保证两个对接件的同心度。为了解决实际工程中经常见到的反复拆、装和不易同心等问题，也可以 将接头设计成锥面与球头的配合。

2、**法兰盘式：**通径为25毫米以上的金属软管的接头，在承受一般工作压力的情况下，以法兰盘式为主，它以榫槽配合的形式进行密封。可沿径向转动，也可沿 轴向滑动的活套法兰盘在紧固螺栓拉力的作用下连接两体。该结构密封性能良好，但加工难度大，密封面容易碰伤。在需要快卸的特殊场合，可以将固紧螺栓通过的 孔划开，制成快卸式法兰盘。

3、**快速式：**通径为100毫米以下的各种金属软管的接头，在要求快速装卸的使用条件下，一般采用快速式。它常用氟塑料或特种橡胶制成的“O”形密封圈 密封。当手把搬动一定的角度以后，相当于多头螺纹的爪指被锁紧；“O”形密封圈被压得越紧，其密封性能越好。该结构在火场、战地及其它必须快装快卸的场合 最为适宜。在几秒钟的时间内，不需配用任何专用工具，就可以对接或拆开一组接头。1

包塑软管包塑金属软管内层采用不锈钢软管或镀锌软管及特殊绝缘处理，外层采用PVC原料（抗紫外线、防老化）。

黑色、灰色 ，其它颜色可选。使用温度范围：-40℃~+160℃ 。

1、包塑软管有极佳之防水、绝缘性，抗拉性。

2、包塑软管表面采用PVC材料，且PVC塑料中添加了防火阻燃剂。

3、包塑软管结构为单扣和双扣型，增加抗拉强度、不容易折断或变形。

4、包塑软管弯曲性能好，内部平滑构造，在穿引电线电缆时容易通过。

5、包塑软管防水、防油、防腐蚀，密封性好。产品美观，结构紧密，广泛应用于精密仪器仪表配线、电力、电线、塑料、橡胶等行业的电线及电器保护。

应用领域有铁路、机车、交通系统工程、空调、各种机械、自动化控制设备、发电、化工、输配电系统、通信系统、船舶、大厦，厂房内及屋外露出部分之配线保护。

保护电线电缆以达到绝缘、防水的目的，并可增进线缆弯曲美观。3

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安装方法虽然金属软管可压缩也可拉伸，但是如果不按正确位置安装，则会很快断裂，降低使用寿命。

软管可以水平安装，也可以垂直安装或斜向安装，最理想的状态是垂直安装，同时应避免安装在车轮附近，必要时可以加装挡板。

一般可把金属软管分为3种长度：第1种是压缩长度，即把软管压缩到极限位置时的长度；第2种是安装长度，这是处于最大位移量的一半的中间位置时软管的长度；第3种是拉伸长度，软管被拉伸到最大极限时的长度。

软管安装时应将软管处于中间位置，即所谓安装长度。在此位置安装状态下，软管受到轴向载荷时可以有2个移动方向，否则若只能向1个方向移动，将会影响金属软管的强度，降低使用寿命。

在实际安装过程中，考虑到用尺子按计算结果去量软管长度再进行安装可能会影响生产效率，国外有些生产商把尺子直接装在软管上，安装完后把尺子剪掉。

1、在选用金属软管时，为便于安装请尽可能选用一端为松套法兰的金属软管。

2、施工现场进行电焊作业时应保护金属软管表面，防止焊渣和引弧烧伤金属软管。

3、严禁金属软管扭曲安装。

4、不应沿金属软管根部弯曲，不应有死弯。

5、所通介质不得对波纹管材料具有腐蚀性，介质中氯离子含量应≤25PPM

6、严格安装图示正确安装方式安装。（见安装指南）

7、严禁机械损伤法兰密封面。2

主要问题一是生产成本上升过快，原材料普遍上涨，劳动力成本上升过快，用工难、用工荒的问题非常突出，长三角、珠三角等沿海地区职工工资普遍上涨。以上两个“成本上升过快”挤压了金属软管企业的利润空间。

二是金属软管企业负担依然较重，涉企收费仍然偏多、偏高，违法违规收费依然存在。如，有的地方借乱收费缓解财政困难，有的部门利用手中权力收费谋取部门利益，有的基层执法人员违规收费谋取个人利益等。

三是去年以来，为了巩固应对金融危机的成果，我国实行稳健的货币政策，已连续12次提高银行存款准备金率，信贷规模的缩减，致使中小金属软管企业，尤其是小型和微型金属软管企业的融资难度进一步加大，大量中小金属软管企业通过民间借贷解决燃眉之急，借款利率已高达50%-100%，融资成本居高不下。2010年，我国现行的金融体系难以解决小金属软管企业融资渠道少、规模小、成本高等制约“瓶颈”问题。

四是大部分中小金属软管企业处于传统产业价值链低端，技术创新能力弱、生产经营粗放，装备水平低，专业人才短缺，缺乏自主知识产权和品牌，主要依靠“低成本、低价格、低利润”参与竞争，难以及时消化经营成本上涨因素，适应转变发展方式和调整优化经济结构的现实要求。

金属和大气中的氧气反应后会在表面形成氧化膜。在普通碳钢上形成的氧化铁继续进行氧化，使锈蚀不断扩大，最终形成孔洞。可以利用油漆或耐氧化的金属（例如，锌，镍和铬）进行电镀来保证碳钢表面，但是，正如人们所知道的那样，这种保护仅是一种薄膜。如果保护层被破坏，下面的钢便开始锈蚀。

不锈钢软管的耐腐蚀性取决于铬的含量，当铬的添加量到10.5%时，钢的耐大气腐蚀性能显著增加，但铬含量更高时，尽管仍可提高耐腐蚀性，但不明显。原因是用铬对钢进行合金化处理时，把表面氧化物的类型改变成了类似于纯铬金属上形成的表面氧化物。这种紧密粘附的富铬氧化物保护表面，防止进一步地氧化。这种氧化层极薄，透过它可以看到不锈钢表面的自然光泽，使不锈钢具有独特的表面。而且，如果损坏了表层，所暴露出的钢表面会和大气反应进行自我修理，重新形成这种"钝化膜"，继续起保护作用。4

应用金属软管产品应用：用作各种设备信号线、传输电线电缆、光纤光缆保护。

1、铠装光缆、精密光学尺、光学测量仪器、医疗仪器、机器设备用的电线保护管；

2、适用公用电话机、远传水表、门磁报警器等其它需要对电线进行安全防护的设备；

3、各种细小电线的保护管；

4、各种计算机、机器人等等的网络线保护用管。

5、太阳能设备PVC外层保护膜。2

发展前景我国是金属软管的生产和出口大国，其中，在全球销售的金属软管中，绝大部分是从我国生产并出口的，我国已经成为世界主要的金属软管供应商。虽然我国金属软管产业规模较大，但由于技术创新能力偏弱、市场结构过于单一、品牌影响力较弱等因素，许多金属软管生产企业往往缺乏核心竞争力，难以做大做强。

不锈钢软管销售额为145亿元，其中穿线不锈钢软管所占比例不足25%，不仅与国际市场软管产品结构相去甚远，也不能满足国内制造业对不锈钢软管日益增长的需求。

2010年，金属软管结构失衡就是生产的软管与需求不对路。例如：用户需要的光纤保护软管缺口很大，但镀锌金属软管却生产过剩；现代制造业急需的双扣不锈钢软管缺口很大，但低档单扣不锈钢软管却生产过剩。4