波纹管位移应力开裂引起的失效现象

南方某天然气公司城市天然气中压管网使用的两个DN200轴向型波纹管膨胀节于2009年10月发生开裂。开裂部位为波峰位置，裂纹形状较规则。两个波纹管参数见表9-3，波纹管失效图片如图9-13至图9-16所示。

针对波纹管膨胀节的失效现象，生产制造商立即根据客户提供的产品失效图片及相关信息，进行了详细的波纹管膨胀节失效分析，内容如下：

（1）波纹管尺寸及强度

4波波纹管参数测量结果：波高37～39mm，波距30.5～31mm，层数为1层，板厚为1.82mm。

6波波纹管参数测量结果：波高38～39mm，波距30.5～31mm，层数为1层，板厚为1.82mm。

测量结果表明：波纹管参数实测数据与设计参数基本一致。

按照实际测量参数对波纹管强度进行校核，两种型号波纹管校核结果均为通过。

（2）材质化学成分分析

两种型号波纹管材料经过光谱分析，材料成分符合ASTM标准对304牌号的要求。

（3）根据波纹管的宏观开裂情况，开裂断口平直，是典型的宏观脆性断口。初步判断，裂纹不是介质引起的腐蚀开裂，因为300系列不锈钢在有腐蚀的介质中通常会产生点蚀，然后再交变应力作用下形成裂纹，而在对波纹管内外表面宏观检测中未发现点蚀迹象。又由于波纹管补偿器应用时间不长，运行介质及温度比较稳定，直埋地下的管道受环境影响产生的热位移波动较小，需求的补偿量不大，正常的疲劳破坏是不可能的。但是，沿波峰开裂的宏观裂纹又不是一次性造成的，与波纹管膨胀节承受位移交变载荷必然相关。此外，从选材上看，304不锈钢是普通300系列不锈钢，耐氯离子腐蚀的能力不强，且波纹管直埋地下，南方地区地下水位较高，波纹管外部受腐蚀介质影响的可能性也存在，这一因素会加速波纹管外部裂纹的形成，从而造成快速开裂。