金屬膨脹節是一種用于管道系統中的補償器件，其工作原理是基于熱學原理和材料力學原理。當管道在運行過程中，由于溫度變化會引起管道的熱脹冷縮，從而產生管道的變形和應力，而金屬膨脹節可以通過自由伸縮來補償管道的熱脹冷縮，從而減少管道的應力和變形。

金屬膨脹節的主要構成部分為波紋管和法蘭，波紋管是由若干個波紋狀薄壁金屬管組成，波紋管的薄壁結構能夠使其具有較高的彈性和柔韌性，從而能夠實現自由伸縮。而法蘭則用于連接膨脹節和管道系統，其具有固定波紋管和承受管道壓力的作用。

當管道發生熱脹冷縮時，金屬膨脹節就會根據波紋管的柔性自由伸縮，從而吸收管道的熱脹冷縮量，減小管道的應力和變形。當管道恢復到原始溫度時，金屬膨脹節也會根據波紋管的彈性恢復到原始長度，保證了管道系統的正常運行。同時，金屬膨脹節還可以緩解管道系統中的振動和噪音，保護設備的安全，延長管道的使用壽命等。

綜上所述，金屬膨脹節的工作原理是基于熱學原理和材料力學原理，利用波紋管的柔性和彈性來實現管道的自由伸縮，從而補償管道的熱脹冷縮，緩解管道應力和變形，保證管道系統的正常運行和安全。