金屬波紋管機械密封以其的性能在機械密封行業中使用越來越多。
對于這種管材,主要有擠壓成型和焊接成型兩大類。與焊接金屬波紋管機械密封相比,擠壓成型金屬波紋管機械密封具有工作時應力分布均勻;焊縫少;不易有沉積物聚積等優點。它不需要輔助密封,多用在高溫或腐蝕介質場合中。在這種環境中長期使用,必將對金屬波紋管性能產生很大的影響。因此有必要對金屬波紋管結構形式進行研究,為金屬波紋管的設計提供更多的理論依據。
擠壓成型金屬波紋管是由奧氏體不銹鋼薄板擠壓變形而成。在機械密封中常用非對稱截面的成形金屬波紋管,非對稱型金屬波紋管相鄰的波峰和波谷曲率半徑不同。當金屬波紋管受到軸向壓力時波峰的曲率半徑減小、波谷的曲率半徑增大,應力沿金屬波紋管斷面較為均勻。

進行金屬波紋管密封結構的計算時,需要確定金屬波紋管的剛度。但是簡單而又可靠的符合實際應用的金屬波紋管剛度的解析計算方法還沒有,只足借助于各種經驗公式和圖表計算的近似結果。
由于金屬波紋管結構以及受力都具有軸對稱性,因此在計算過程中,對模型進行如下等效或簡化:不考慮材料缺陷,材料各向同性,不考慮殘余應力和厚度減薄的影響,尺寸按表l取值,將模型等效為軸對稱模型。進行簡化后不會影響計算結果,同時提高了計算速度。
單層金屬波紋管的有限元計算值和實驗值比較接近,而雙層金屬波紋管有限元計算值和實驗值有一定的差距,說明單層金屬波紋管的有限元計算模型能夠比較真實地模擬金屬波紋管的實際情況。同時剛度曲線近似為直線,說明在金屬波紋管發生塑性變形之前,始終工作在彈性階段。
在波峰和波谷階段,金屬波紋管在徑向位置應力的分布有很大的變化。預緊時波谷和波峰處均會產生較大的應力,而且波谷處的應力比波峰的耍大,疲勞破裂也常在這里發生。而在波紋平坦部分中部,應力比較小。這主要是因為位移載荷導致的經向應力值比較小。預緊后,金屬波紋管在外壓的作用下,金屬波紋管的波谷處的曲率半徑增加,波峰處的曲率半徑減小,使得應力分布又有所不同,但總的趨勢,即波峰波谷處應力較大是不變的。只是波谷的應力較前者有所減小,波峰處的應力增加。金屬波紋管有局部的應力超過了屈服極限,本文只是考慮了金屬波紋管在彈性范圍內的應力,所以局部屈服不在分析范圍內。
沿徑向的應力分布:預緊時波峰、波谷的應力較大,平坦的中部應力較小。而且波谷處的應力大于波峰的應力。在加壓以后,波峰處的應力增大,波谷處的應力有所減小,但還是高于其他位置。因此金屬波紋管的疲勞裂紋破壞經常發生在應力較大的波峰波谷處。