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（2）焊后内外缘直径不变时R/T=1.186，焊缝熔深略深，接头强度有所改善，可用于承受载荷较小的焊接波纹管，此时K/T =0（图6b）。
（3）R/T=1.5时，焊菇头部成型饱满，接头强度佳，可以用于承受较大动、静载荷，这也是国内外标准、规范所广为推荐的。焊后外缘直径变小、内缘直径变大，K/T =0.65（图6c）。
图7是根据体积不变原理绘制的K/T-R/T理论曲线和实测数据（以圆点表示），K/T称为熔陷系数，R/T称为截面系数[6]。当R/T=1.5时，K/T=0.654，即K=0.654T，这时对应的端头露出量h=3.272T。一般的，端头露出量h取3～4 倍膜片厚度为宜。h过小时，膜片端头露出尺寸小、熔陷高度不足，将导致熔深浅、焊菇宽度小、焊缝强度不足;h过大时，过大的膜片端头外露量使夹具的散热效果降低，焊缝成型变坏，容易呈波浪形甚至造成焊瘤。
当焊接波纹管的内、外径确定后，膜片的内、外径应相应的减少或增加熔陷高度余量2K。以R/T=1.5时为例：外径D膜片=D波纹管+1.3T;内径d膜片=d波纹管-1.3T。
进行逆向工程时，若忽略了熔陷余量而以测绘的焊接波纹管内、外径d波纹管、D波纹管作为膜片内、外径，即D膜片=D波纹管、d膜片=d波纹管，将会使膜片边宽不足，影响夹具设计、端头露出量h等，导致焊缝成型不足、接头强度降低等隐患。
3 接头尺寸及评价标准
标准JB/T 8723—2008《焊接金属波纹管机械密封》中对焊菇的形状、尺寸的要求为：①焊菇两凸边R应对称;②单层波片的焊菇宽度W=（2.2～3）T（图8a）;③双层波片的焊菇宽度W=（4.2～5）T（图8b）。单层和双层波片的焊接波纹管示例，如图9所示。
图9 单层和双层波片的焊接波纹管示例 文献[7]中，对内、外缘焊菇尺寸的规定为2.5～3.5倍的膜片厚度[7]，如图10所示。
焊菇宽度测量方便，焊后不需破环试样即可使用通用量具测量，对重要产品甚至可以逐条焊缝全数测量，在焊接波纹管生产过程中得到了广泛的应用。表1中ISO 2553：2013示意图所描述的熔深，则需切割镶样后测量，只能抽样进行。焊菇直径在2.5～ 3倍的膜片厚度范围内时，焊缝性能是最佳的。当焊菇直径比给定的小时，在焊缝的外圆周上会产生很大应力，同时在焊缝根部应力会增加。在承受循环交变载荷时，焊缝会开裂而导致波纹管破坏。当焊菇直径大于最佳值时，熔合线上外部的应力集中效应更加明显。由于焊缝外部和根部应力集中的叠加，易于在焊趾位置附近发生破坏[8]。
以膜片材质为AM350不锈钢、厚度0.1 mm+0.1 mm的端接接头为例，采用真空电子束焊接工艺，电压40 kV、电流1.2 mA（以下案例均与此相同），在焊接内缘时，膜片装在夹具中，倾斜45°后旋转进行焊接。由于电子束热源与膜片接头位置不对称，靠上的膜片边缘熔化的多一些，导致焊菇形状不对称，如图11和图12a所示，严重时甚至会形成焊偏、咬边等缺陷。而所谓45°角波形的焊接波纹管，其膜片内缘呈锥形，如图1b后两种波形所示。焊接时熔池部分处于垂直向上状态（图12b），焊菇成形对称，有利于提高焊缝疲劳强度。
两膜片之间的焊菇根部为尖角，相当于裂纹源，如图13左侧所示，尤其在焊接波纹管产生轴向拉伸变形时，破坏往往由此处开始。当两膜片间有微量间隙时，焊菇根部背面可以圆滑成形，避免形成尖角，如图13右侧所示，有利于提高接头的疲劳寿命[9]。
膜片边缘的冲裁毛刺是产生非预期间隙的主要原因，而可控间隙需要在膜片之间增加垫环或膜片边缘特殊成形来实现。据研究，与无背面成形的焊缝相比较，预留间隙接头的疲劳寿命可提高90%以上[9]。但由于增加间隙工艺复杂，而膜片边缘冲裁毛刺的尺寸形状难于控制，该方法并未在生产中得到广泛应用。为提高焊接波纹管疲劳寿命，应尽可能使焊接波纹管工作于压缩状态（避免产生拉伸变形），以降低焊缝应力，避免疲劳开裂。
4 结论
（1）焊接波纹管的端接接头质量控制和工装设计方面应遵循以下基本原则，以确保焊缝质量可靠性：焊菇宽度W=（2.5～3）T;端头露出量h=（3～4）T，适用于单层膜片的焊接波纹管。
（2）采取膜片内缘45°角波形面或其它措施以保证焊菇形状对称;焊菇根部的微量间隙有助于焊缝背面成形，提高焊缝疲劳强度。
（3）逆向工程时，因焊缝熔陷高度K≈0.65T，膜片内、外径应在焊接波纹管内、外径的基础上减少或增加熔陷余量2K，以确保焊后成品尺寸一致。
参考文献
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