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供热管道不锈钢波纹管膨胀节失效分析失效案例分析

Contents失效波纹管的基本情况1失效波纹管开裂分析2腐蚀产物和介质分析3失效波纹管失效原因分析455结论与建议

引言金属波纹管膨胀节作为现代热补偿技术已广泛应用于国民经济的各个部门，管道的热变形、机械变形、各种振动、大型贵重设备与管道间的柔性连接等都离不开波纹膨胀节。波纹膨胀节的设计制造，具有投资小、见效快等特点，使其得到广泛应用，U形波纹管膨胀节是其中最为常用的一种形式。随着波纹管膨胀节在供热管网中的大量应用和适用范围不断增加、扩展，膨胀节腐蚀失效的现象也随之增加。对已经发生失效的波纹管进行深人分析研究，确定波纹管失效的原因，对于保障热力管道的安全运行是有重大现实意义的。

1、失效波纹管的基本情况在一主供热管道发现有两个部位的波纹管出现泄漏。该管道于1989年安装，已经投入运行13年，采用外压式波纹管膨胀节，材质为1Cr18Ni9Ti。波纹管主要参数:设计压力1.6MPa,设计温度150C，额定位移量350mm,轴向刚度390N/mm,许用疲劳次数1000次，波根直径1272mm，波高64mm,波距82mm,波数5+5+5,层数5，单层厚度1.0mm，波纹管结构示意图见图1-1.

1、失效波纹管的基本情况供热管线常年供热，最高水温约120℃，日平均供水水温约90℃，供水压力约0.8MPa。每年停水检修一次，检修时间7~15天。运行参数远低于设计许用值，完全正常。在波纹管不同部位取样，其化学成分分析结果见表1-2，符合GB规定要求。图1-1外压式波纹管膨胀节结构示意图

1、失效波纹管的基本情况编号CSiMnPSCrNiTi1-1-10.050.571.540.0220.00518.228.57无1-2-10.050.441.290.0270.00618.148.57无2-1-10.080.711.370.0200.01017.918.550.492-2-10.050.571.390.0230.01317.548.240.602-3-10.100.711.160.0220.01017.038.600.662-3-20.060.561.350.0240.01217.318.350.542-3-20.110.721.180.0230.00917.268.640.633-1-10.090.891.590.0200.00917.858.780.553-2-10.080.881.420.0230.00517.878.300.423-3-10.080.561.450.0230.00917.368.000.52表1-2各段波纹管不锈钢的成分分析（质量分数，%）

1、失效波纹管的基本情况

整个被纹件膨胀节安装在管线设置的地下小室内，管线距地面高度约600m~800mm。供热管道运行介质为除钢水，波纹管外表面与运行水接触，内表面暴露在小室大气环境。设计要求小室内干燥，但在较大的雨季或雪天，难以避免小室内有路面污水流人，并导致波纹管部分浸泡在污水中。发生泄漏的波纹管外观和表面点蚀形态如图1-3所示，三个波纹管打开后在波纹管外层表面均发现有点状腐蚀斑点和腐蚀坑，腐蚀坑周边有黄色锈蚀斑。图1-3发生泄漏的波纹管外观和外表面的点蚀坑

2、失效波纹管开裂分析将泄漏的波纹管从管线上取出，按层分割开。从分隔开的波纹管每一段每一层可以看出，接触大气的波纹管内表面都有不同程度的腐蚀，大部分表面已丧失金属本色，有大量的腐蚀坑和裂纹，靠近出口端环的一组波纹管腐蚀最严重。腐蚀严重的波纹管管段从内层向外已有3层完全腐蚀透，这些部位的波纹形似”树皮”，腐蚀形态和裂纹如图2-1所示。图2-1表面腐蚀形态

2、失效波纹管开裂分析局部位置清除腐蚀产物后，可见裂纹形貌曲折分岔;部分主裂纹旁丛生许多网状裂纹，如2-2所示。两层波纹管间有棕黑色腐蚀产物和白色沉积物，内层内表面附着一层棕黄色水锈，波间局部位置有泥土及污水。图2-2裂纹形态和分叉走向

2、失效波纹管开裂分析失效波纹管裂纹断口面形态如图2-3所示，在断口表面可以观察到起裂表面的台阶形貌，这是多裂纹起源的形态特征，断口表面微观形态主要为解理断裂，在断口上可观察到明显的解理台阶、涟波和河流花样(见图2-4)，也可以观察到解理和微坑混合的准解理形态特征(见图2-5)。图2-3裂纹断口表面形态图2-4断裂的解理断口形貌图2-5断口表面的准解理特征

2、失效波纹管开裂分析抛光试样经王水腐蚀后，在显微镜下观察，发现裂纹发展均为穿晶型(见图2-6)，未发现晶间腐蚀迹象。从裂纹的微观走向和典型的分叉形态，裂纹的形成和扩展具有不锈钢应力腐蚀裂纹的一般特征。图2-6部分裂纹的微观走向·

2、失效波纹管开裂分析裂纹断口除具有解理断裂特征外，还可以观察到