Mieszki metalowe to kluczowe elementy konstrukcyjne wykorzystywane przy produkcji kompensatorów. Dzięki swojej elastyczności pozwalają one przejmować i neutralizować siły działające na rurociągi, znacząco ograniczając ryzyko powstawania naprężeń i uszkodzeń konstrukcji.

Prawidłowo zaprojektowany i wykonany mieszek kompensatora powinien wytrzymać około tysiąca cykli pracy, co stanowi wartość przyjętą w obliczeniach projektowych. W praktyce jednak żywotność ta może ulec skróceniu – szczególnie w przypadku przeciążeń przekraczających granicę plastyczności materiału lub przy niewłaściwym doborze podpór i elementów stabilizujących kompensator.

Rodzaje mieszków metalowych

W przemyśle stosuje się dwa główne typy mieszków metalowych:

• mieszki formowane,
• mieszki spawane.

Każdy z tych rodzajów charakteryzuje się inną technologią produkcji, właściwościami mechanicznymi oraz kosztami wytwarzania.

Mieszki formowane

Mieszki formowane powstają z rur metalowych w procesie głębokiego tłoczenia, z wykorzystaniem technologii takich jak:

• formowanie na zimno (walcowanie),
• hydroformowanie,
• elektroformowanie.

W przypadku hydroformowania materiał (zazwyczaj stal nierdzewna) poddawany jest wysokiemu ciśnieniu wewnętrznemu, które nadaje mu kształt określony przez formę. Proces ten pozwala uzyskać mieszek o wysokiej powtarzalności wymiarowej i gładkiej powierzchni fali.

Hydroformowane mieszki kompensatorów mają jednak grubsze ścianki i większą sztywność, co ogranicza ich elastyczność oraz żywotność zmęczeniową. Ich zaletą jest natomiast niższy koszt jednostkowy przy produkcji seryjnej – mimo wysokich kosztów początkowych oprzyrządowania.

Elektroformowane mieszki powstają z kolei przez galwaniczne nanoszenie metalu na trzpień w kształcie mieszka, który po zakończeniu procesu jest usuwany chemicznie lub mechanicznie. Pozwala to uzyskać niezwykle cienkie ścianki (nawet do 25 µm) i bardzo precyzyjną geometrię, co ma zastosowanie m.in. w instrumentacji precyzyjnej i przemyśle lotniczym.

Mieszki spawane

Mieszki spawane są konstruowane poprzez łączenie ze sobą szeregu cienkościennych pierścieni (fal) za pomocą mikroskopowego spawania.
Proces ten jest kosztowniejszy w produkcji jednostkowej, lecz nie wymaga drogich form i pozwala stosować różnorodne materiały, w tym:

• stale wysokowytrzymałe,
• stopy egzotyczne (np. Inconel, Hastelloy),
• a nawet tytan.

Ich największą zaletą jest doskonała charakterystyka pracy i duża elastyczność, natomiast wadą – obniżona wytrzymałość w strefach spoin, wynikająca z wpływu wysokiej temperatury procesu spawania.

Materiały stosowane w produkcji mieszków

Dobór materiału zależy od rodzaju technologii produkcji:

• mieszki formowane – wymagają materiałów o dużym wydłużeniu, np. stal nierdzewna, mosiądz, brąz,
• mieszki spawane – mogą być wykonywane z materiałów trudno odkształcalnych, np. stopy niklu, tytanu, molibdenu,
• mieszki elektroformowane – powstają z metali galwanicznych, takich jak nikiel lub miedź.

Każda z technologii ma swoje ograniczenia – dlatego wybór odpowiedniego typu mieszka uzależniony jest od zakresu ciśnień roboczych, temperatury pracy oraz wymaganego zakresu przemieszczeń kompensatora.

Zastosowania mieszków metalowych

Mieszki metalowe znajdują zastosowanie nie tylko w kompensatorach rurowych, lecz także w wielu innych dziedzinach techniki. Ich zdolność do szczelnej pracy przy zmiennych obciążeniach sprawia, że są wykorzystywane jako elementy kompensujące, uszczelniające lub przenoszące siły w różnych urządzeniach.

Najczęstsze zastosowania:

• Kompensatory rurowe – pochłanianie drgań, przemieszczeń i rozszerzalności cieplnej w rurociągach wysokotemperaturowych.
• Uszczelnienia mechaniczne – stosowane w pompach, zaworach i siłownikach, gdzie mieszek pełni rolę sprężyny i elementu uszczelniającego.
• Manometry i czujniki ciśnienia – odseparowanie agresywnych mediów od części pomiarowych.
• Przerywacze próżniowe – zapewnienie szczelności układów wysokiego napięcia przez izolację strefy iskrzenia.
• Ogniwa obciążeniowe – ochrona tensometrów przed działaniem czynników zewnętrznych.
• Sprzęgła precyzyjne – kompensacja niewspółosiowości w napędach serwomotorów i silników krokowych.
• Układy wydechowe – kompensacja drgań i rozszerzalności cieplnej w systemach spalinowych.
• Zastosowania medyczne i kosmiczne – m.in. w pompach mikrodozujących, akumulatorach hydraulicznych, czujnikach wysokości czy zbiornikach cieczy w systemach orbitalnych.

Mieszki metalowe stanowią nieodzowny element wielu systemów przemysłowych. Ich odpowiedni dobór i precyzyjne wykonanie decydują o niezawodności całego układu – od kompensatorów rurociągowych po urządzenia pomiarowe i napędowe.

Dobór technologii – spawanie, hydroformowanie lub elektroformowanie – zależy od wymagań aplikacji: zakresu temperatur, ciśnień, częstotliwości cykli oraz rodzaju medium.
Niezależnie od wybranej metody, kluczowe znaczenie ma jakość wykonania, zgodność z normami EJMA oraz kontrola materiałowa, które gwarantują długą żywotność i bezpieczną eksploatację mieszków w najbardziej wymagających warunkach przemysłowych.