传感器底杯按压力、温度、位移三类工况选料:腐蚀环境上 SUS316L+钝化,一般工业上 304+电解抛光,轻量非强腐上 5052-O+阳极。耐压靠壁厚均匀与底部大圆角,气密靠引出孔翻边根部 R≥2t、末道间隙收到 1.0t。高径比>1 的深件必须多道次并安排中间光亮退火,壁厚<0.2mm 不在本线承接。

一、传感器壳的三类工况画像

传感器壳的失效几乎都源于工况错配,先按压力、温度、位移三类的介质与载荷画像,再谈选材与道次,比直接画图纸更省试模次数。

压力类以压力变送器底杯、压力表机芯壳为代表,内腔承压 0.1–60MPa 不等,介质常带水、油或弱腐蚀气体。壁厚均匀性决定爆破余量,底部圆角过小会在保压时从圆角处起裂。

温度类覆盖热电偶/热电阻护套壳、油温/水温传感器壳,长期在 −40℃ 至 300℃ 区间循环。材料要兼顾热膨胀与耐氧化,316L 在 300℃ 仍稳,304 上限约 250℃ 需评估。

位移类以电感/磁致伸缩位移传感器外管、液位计浮筒壳为主,载荷低但要求直线度与口部平面度。壁部纵向失稳会卡滞磁环,故间隙与压边力要控稳。

结论:承压件先看介质腐蚀性定 316L 或 304,温度件先看上限温度,位移件先看直线度——工况画像决定后续一切参数。

压力变送器底杯的内腔常需承受周期打压,图纸标注爆破压力 3 倍工作压力是常见门槛。若底杯用 304 一次深拉到位,圆角 R 取 2t 时保压 10 万次后圆角微裂比例明显上升,改为 R≥3t 后基本消除。

温度类护套壳在 200℃ 以上反复升降时,若用冷作硬化未退火的 304,晶界应力松弛不均,口部易翘曲超差。安排一次 1050–1100℃ 保护气氛光亮退火可把残余应力降到可接受区间。

位移类外壳对同轴度要求高,管坯壁厚 0.8mm 时,若末道单边间隙放到 1.2t,壁厚差会到 0.1mm 以上,磁环行程卡顿。收到 1.0t 整形间隙后壁厚差回到 0.04mm 内。

流量计小腔是压力与位移之间的过渡类:腔体小(内径常 8–25mm)、要求内壁无台阶便于转子流动,故深拉后必须整内壁。这类件高径比常到 1.1,需 3 道+退火,引出孔在末道后翻边成型。

选型时还要看安装方式。螺纹连接壳的口部要留扳手位与密封锥面,法兰连接壳的法兰厚度≥1.5t 才不变形。这些结构特征决定毛坯展开尺寸,错判会让整批多耗料 8%–12%。

二、工况→材料与道次映射表

把工况直接落到材料与道次,是减少来回评审最快的方式。下表给出三类典型件的可承接基线,超出则按实际送检确认。

工况类型 推荐材料与状态 高径比/道次 后处理要点 气密/耐压指标
压力变送器底杯(弱腐) SUS304 电解抛光 0.6–1.0,2–3 道 末道间隙 1.0t 整形 保压 1.5 倍、氦检漏≤1e-7 Pa·m³/s
腐蚀介质传感器壳 SUS316L 钝化 0.5–1.2,2–3 道 钝化膜厚≥0.5μm 盐雾 480h 无红锈、气密 0.3MPa
轻量位移/液位壳 铝 5052-O 阳极 0.5–0.9,2 道 阳极 8–12μm 常压气密、直线度≤0.2mm/100mm
流量小腔(一般工业) SUS304 电解抛光 0.8–1.1,3 道+退火 引出孔翻边 R≥2t 水压 0.6MPa 保压 5min 无渗漏

材料状态是映射表的关键一列。316L 在含氯环境点蚀当量高,钝化后耐盐雾 480h 以上无红锈;304 用于一般工业水压、气压足够,电解抛光降表面粗糙度也利于气密贴合。

5052-O 抗拉 170–215MPa、延伸≥20%,深冲性能优于 H32/H34。H32/H34 只做中浅拉,直接深拉易在底部圆角开裂,故轻量件一律用 O 态再阳极氧化 8–12μm。

道次随高径比上升而增多:中深件(0.5–1)常 2–3 道,深件(>1)需 3 道以上且中间安排光亮退火。304 首道拉深系数 m 取 0.52–0.60、再拉 0.70–0.78,总拉深比控制在 2.0–2.8。

结论:映射表是接单初筛工具。介质腐蚀性强→316L 钝化;要轻→5052-O 阳极;深件别省退火,否则再拉必裂。

引出孔位置也影响道次。孔若落在法兰变形区,应在拉伸后冲孔;若落在直壁且距口部<2t,用翻边一次成形比后续补孔更省,但翻边系数要>0.7 防裂。

修边余量按件高 3%–10% 预留:浅件取 3%–5%,深件取 8%–10%。一刀切留 10% 会多耗料 5% 以上,按高度分级预留是降本第一步。

三、引出孔翻边与气密的设计注意

引出孔是传感器壳气密的最薄弱环节,翻边根部圆角、孔边距与末道间隙三者同时到位,氦检漏才能稳定到 1e-7 量级。

翻边根部 R 建议≥2t,壁厚 0.6mm 件 R 不小于 1.2mm。R 过小翻边时材料受拉超过延伸率,根部微裂就是漏气通道。孔边距壳体直壁根部应≥2t,太近会与底部圆角变形区干涉。

末道间隙收到 1.0t 或负间隙整形,是压出致密贴合面的关键。间隙偏大时壁部纵向失稳、口部翘曲,法兰平面度超 0.1mm 就会在密封圈处渗漏。

气密测试常用氦质谱或水压保压:水压取 0.3–0.6MPa 保压 5min 无渗漏为合格;氦检漏漏率≤1e-7 Pa·m³/s 用于高可靠工况。测试前法兰面粗糙度应≤Ra1.6。

结论:引出孔翻边 R≥2t、孔边距≥2t、末道间隙 1.0t,三者齐了气密才稳;平面度超 0.1mm 一律返整形。

翻边与补孔要二选一。壁厚<0.5mm 且孔边距<2t 时翻边开裂风险高,改「深拉主体+激光/CNC 补孔」更稳,补孔后再去毛刺避免毛刺刺破密封圈。

电解抛光对 304/316L 都有效,表面 Ra 从 0.8 降到 0.2 以下,既利于气密贴合也便于清洗。腐蚀环境 316L 钝化膜厚≥0.5μm,盐雾 480h 无红锈才放行。

压力件的壁厚均匀靠道次分配。首道单边间隙 1.0–1.2t 让材料充分流动,末道收到 1.0t 整形定壁。若全程用 1.2t,壁厚差会累积到超差,保压时薄处先裂。

温度循环件还要考虑热残余应力。300℃ 工况下 304 与 316L 线膨胀系数约 17×10⁻⁶/℃,若壳与内部芯体材料膨胀差大,反复循环会在翻边根部萌生疲劳纹。设计阶段就让芯体留 0.1–0.2mm 热隙可大幅降风险。

四、装机验证清单

装机前的验证清单把图纸参数转成可检项目,避免到客户端才暴露气密或尺寸问题。下面四项逐项过,漏一项就可能整批返工。

几何尺寸:用三坐标测口部直径、底深、直壁直线度(≤0.2mm/100mm)、法兰平面度(≤0.1mm)。底部圆角 R 用样规比对,<3t 的件重点复测圆角裂风险。

材料与状态:核对炉批号对应 316L/304/5052-O,O 态件要确认退火状态;深件查中间退火记录,无退火记录的再拉件直接判不合格。

气密与耐压:按映射表指标做水压保压或氦检漏,记录漏率数值而非只写合格。压力件加做 1.5 倍工作压力保压,温变件做 −40 至 200℃ 三循环后复测。

后处理确认:电解/钝化/阳极膜厚实测,316L 钝化≥0.5μm、5052-O 阳极 8–12μm;翻边孔去毛刺、无根部微裂(目视+5倍放大镜)。

结论:装机验证四项是硬门槛——尺寸、材料状态、气密耐压、后处理膜厚,任一项无实测记录不发货。

验证发现的共性问题有两处:一是翻边孔毛刺被忽视,装机后刺破 O 圈;二是深件漏了退火记录,再拉裂纹率从 1% 跳到 12%。清单把这两类提前卡住。

边界要写清:壁厚<0.2mm 的微深拉不在本线;汽车覆盖件、大油箱、大电池托盘不承接;无深拉/退火设备时只接浅中拉伸+来图代工,深拉外协并标注。

追溯性记录是验证的收尾环节。每批留样 3 件封存 12 个月,炉批号、道次顺序、退火曲线、气密数值全部绑定批次号。客户端出现漏率异常时,凭批次号可反查是材料还是工艺偏移。

选型与工艺衔接:传感器壳的选材与道次是后续工艺的输入,深件多道与退火安排见工艺篇,材料取舍见选型篇。

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