王升林 冯震 刘士杰 马晓秋 王慧

焊接结构对某型金属波纹管使用寿命的影响分析

王升林1冯震1刘士杰2马晓秋2王慧2

（1 北京航天动力研究所,北京，100076；2 北京航天动力研究所，低温液体推进技术实验室，北京，100076）

针对某补偿器波纹管出现的疲劳泄漏问题，开展了焊接结构对波纹管使用寿命的影响分析研究。首先，利用微结构分析的方法研究焊接结构形貌特性，并分析裂纹扩展机理，建立焊接结构的有限元模型；然后，利用子模型方法，对不同厚度焊缝的工作应力进行了计算分析，并提出波纹管焊接结构优化方案；最后，基于计算结果和疲劳寿命理论，对原始、改进波纹管焊接结构抗疲劳能力进行了分析。结果表明：1）原始焊接状态下，波纹管上封头连接环处易出现焊接缺陷，厚、薄焊缝处最大应力分别为462.84MPa和816.81MPa，超出了材料的疲劳极限，是波纹管低周疲劳破坏的主要原因；2）理想无焊接缺陷状态下，该型波纹管上封头连接环焊缝区的最大应力大约为260MPa，安全系数约为2；3）改进型波纹管连接环焊缝焊趾区最大应力为113MPa，安全系数约为4。本文的研究可为金属类波纹管的焊接结构优化和耐久性分析提供参考。

焊接结构；金属波纹管；裂纹扩展；使用寿命；仿真分析

0 前言

金属焊接波纹管是某环境控制系统补偿器的关键部件之一，它直接影响了补偿器的工作可靠性，决定了卫星中环境控制系统温控调节的成败。疲劳是焊接结构的一种典型失效模式，但目前关于波纹管类产品的焊缝、焊接工艺的分析理论还不完备，焊接结构使用寿命的评估方法还不健全。……