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换热器膨胀节裂纹分析及修复方案江苏·常州李政某压力容器厂为生产尿素的化肥厂承制的DN900×10的一台一分加热器，投用15个月后，发现不锈钢膨胀节（304，δ8）环焊缝熔合线上开裂三处，并有不同程度的蒸气泄漏，遂停车应急修理：在裂纹处采用气刨清根，角向磨光机打磨后，采用氩弧焊焊接修复的方法，短时间内取得了一定效果，但在四个星期后，在同一部件出现了相似的缺陷，共四处裂纹，长度5—15mm泄漏蒸汽。
引起了使用单位和制造单位的高度重视。
化肥是当时农业上的紧俏物资，供不应售。
每天厂里车水马龙都有汽车排著长队购买，据粗略估计该厂每小时生产化肥24吨，每吨2000元左右，经济损失是可观的，尢为重要的是安全问题。
因此曾邀请了有关专家进行过多次论证，总得不到彻底解决。
二年内反复出现四次泄漏和现场修复，也只能是头疼医头，脚疼医脚。
长期来在领导心里是一块心病，对厂里来讲是严重的安全隐患。
2004年初又出现一处800mm长的裂纹，大量蒸气向外泄漏。
应急停产后我们查阅了设计图纸、找来了工艺人员、冷作工、焊工等有关当事人进行分析，最终找到了裂纹产生的原因，并提出切实可行的修复方案，使缺陷得到有效的诊治。
经过近三年的运行，设备安全性能良好，完全能满足生产实际的使用要求。
2、裂纹分析该设备壳程内介质为蒸汽，且在使用中，管程介质没有发生泄漏至壳程的情况。
因此，列出了下列主要相关情况进行分析研究：1．膨胀节设计的规范性。
2．追溯材料的确认和焊材的匹配性。
3．追查焊缝施焊工艺的过程控制。
4．组装工艺的合理性。
5．在设备运行中操作工艺的稳定性。
通过调查研究和复核，并查证图纸、相关的质保书及制造记录、。
掌握了如下情况：①经计算，膨胀节的设计是符合规范要求的。
②膨胀节的母材和焊材的匹配性是合理的，也得到了确认。
③在追踪焊缝施焊的过程控制中，发现施焊人员私下改变了焊接工艺，为追求焊缝成型美观和工作效率，将DU4型焊接接头的A102，φ3.2,φ4.0焊条内外各二道焊改成了φ4.0焊条内外各一道焊，彻底改变了小电流、快速焊的的工艺要求，过大的焊接参数使用过程产生晶间腐蚀在所难免，长期使用受温差、压力影响产生晶界间的裂纹也是必然的，这对焊缝性能能否符合设计要求就可想而知了。
膨胀节腐蚀问题分析及防护策略摘要：由于某些原因，在役波纹管膨胀节总会造成损坏，其中腐蚀开裂占主要部分，因为波纹补偿器的原材料是由不锈钢波纹管制成，虽说是不锈钢材质但在一定的环境下也是会发生腐蚀的，波纹补偿器腐蚀所受的应力状况较为复杂。
关键词：波纹管膨胀节,波纹元件,失效,腐蚀防护引言化工管道都会随介质温度变化而热胀冷缩，对于一些应力敏感的设备，比如大型泵、压缩机，管道伸缩引起的应力将会导致工况变化，进而破坏设备或管道。
膨胀节就是用来消除由于介质温度而引起的应力，防止管道发生较大位移。
由于它具有在有限的空间内能提供很好的柔性、隔离机械振动、节省安装空间、安装简单、性能良好等优点，已被广泛应用于石油、化工、冶金、核能等领域。
波纹管膨胀节按结构型式可分为轴向型、铰链型、自由型、拉杆型、压力平衡型五大类型，现仅简单介绍设计中常用的三种类型。
1、波纹管膨胀节可靠性分析波纹管膨胀节的的可靠性是通过设计、制造、安装、运行管理等多个环节保证的，任何一个环节的失控都会导致膨胀节寿命的降低甚至失效，即便如此，从近十几年波纹管膨胀节在供热工程中的应用实践来看，其可靠度还是很高的。
据统计，我所近十年来供给供热电行业的九千余套膨胀节中，腐蚀失效的膨胀节5套（环境腐蚀引起），管系试压失效膨胀节9套（试压时压力表失效），工作超压失稳失效的膨胀节5套，结构件焊接造成膨胀节失效1套（与制造相关），共计20套，其可靠度达到0.998。
对于民用工矿设备来说，已经相当安全可靠了。
2、供热管网用波纹管膨胀节失效原因分析2.1波纹管失效类型供热管网用波纹管膨胀节的失效在管线试压和运行期间均有发生。
管线试压时出现问题主要有三种类型：（1）由于管系临时支撑不当，或管系固定支架设置不合理，导致支架破坏，波纹管过量变形而失效；（2）由于波纹管设计所考虑的压力或位移安全裕度不够，管线试压时波纹管产生失稳变形失效；（3）膨胀节制造质量问题，此类失效以小制造厂产品居多。
金属补偿器膨胀节失效形式及原因1)波纹换热管波谷或波峰波谷过渡部位减薄开裂。
膨胀节运行中,波纹换热管波谷及其附近部位减薄开裂,造成内部泄漏是其失效的主要形式。
失效原因是在壳程折流板处波纹管的波谷与折流板管孔产生振动摩擦、磕碰,使波纹管壁减薄,以致开裂泄漏。
现在有些生产厂采用加厚折流板,使波纹管的波峰与管孔接触,以保证管与孔间隙最小,防止振动摩擦;还有的在折流板处给波纹管加套。
这些都是避免和降低这种波纹管失效形式的较好措施。
2)波纹换热管扁塌(周向失稳)。
波纹管失稳发生周向扁塌,是膨胀节另一失效形式。
这主要是由于波纹管的壁厚较薄,一般在1ｍｍ以下,其自身抗外压失稳的能力就很低。
在换热器的设计中,一般都不进行换热管的承压能力的校核和计算,所以,当壳程压力达到和超过换热管本身的临界压力时,管子就产生失稳扁塌。
标准案例中规定了波纹换热管许用外压的计算方法。
3)膨胀节轴向弯曲变形过大(轴向失稳)。
产生这种失效形式是由管程压力和温差应力的作用所致。
波纹管材料为奥氏体不锈钢,其线膨胀系数比碳钢大得多,在管程和壳程温度相同时也能产生温差应力,再有波纹管的轴向刚度很小,所以,当管程压力较大或管壁温度高于壳壁温度时,都易发生波纹换热管轴向弯曲变形过大的失效现象。
标准案例中规定的折流板无支撑跨距比ＧＢ151中规定值小,就是考虑防止换热管的轴向失稳。
4)膨胀节腐蚀断裂和整体脆化失效。
这种失效形式主要是由于介质的腐蚀造成的。
奥氏体不锈钢最易产生晶间腐蚀,当波纹管换热器用在含氯离子高和含硫化氢等介质时,就出现了波纹换热管腐蚀断裂。
实际中已发现有的换热管产生了整体脆化现象。
5)波纹管与厚壁管接头连接处开裂。
波纹换热管由波纹管和两端接头组成,接头处的环焊缝,由于焊接工艺和焊接技术水平的差异,焊缝质量难以保证,从而造成此处开裂。
关于换热器膨胀节裂纹的原因分析摘要：本文通过对某换热器膨胀节制造过程中产生裂纹的原因分析:在没有外载的情况下,膨胀节产生裂纹的主要原因是制造过程中没有很好地执行工艺,同时也说明了对膨胀节制造过程应加强质量控制的必要性。
关键词：换热器膨胀节裂纹质量控制1、引言某单位制造了一台带有膨胀节的换热器,在膨胀节与筒体连接的对接焊缝焊完后不久,即在焊缝热影响区发现了一条300mm长的贯穿裂纹。
在修补该裂纹时,裂纹又沿着周向扩展到大约960mm长。
针对该膨胀节的焊缝产生裂纹的现象,我们做了必要的试验并对可能造成裂纹产生的各个环节进行了分析。
2、试验与分析2.1 膨胀节的材料经过审查膨胀节壳体材料的质量证明书和检验记录,确定其材料为Q345R,经过具体的理化性能试验看出,原材料质量证明书上的化学成份与复验的化学成份基本相同,说明材料没有用错,但是材料的力学性能出入较大,尤其是冲击功数据。
2.2 硬度测定对膨胀节的母材及焊缝热影响区做了硬度（HB）测定,结果显示,焊缝热影响区的硬度大于母材的硬度,说明焊缝热影响区由于淬火作用而发生硬化,这使得初始裂纹顶端附近的断面韧性下降,对断裂强度影响很大。
2.3 膨胀节的压型制造该膨胀节的成型方法是用一个圆环整体压制而成。
制造工艺过程要求:先将圆环加热,翻内孔（即φ819mm的孔）,然后把下模翻转,下面朝上,冷压圆环外孔（即φ1186mm的孔）,成型后进行正火处理。
经核查,该膨胀节制造时没有完全执行制造工艺,而是先冷压,在压制过程中胎具破裂,就直接用火焰加热压制,由于火焰加热的时间及温度很难控制,压制后又没有经过正火处理,致使其产生了较大的热应力、组织应力和内应力,这些残余应力应是导致裂纹产生的主要原因。
2.4 膨胀节的焊接工艺膨胀节与筒体组焊的焊接工艺为:采用手工电弧焊,焊条为E5015（结507）、φ3.2mm,焊接电流为90～130A,焊接电压为22～28V,焊接速度控制在150～250mm/min[3]。
膨胀节失效分析与改进膨胀节又是一个比较特殊的受力结构，在使用中要求它既要有高的承压能力，又要有良好的柔性，这本身就是相对矛盾，此外，它还应具备一定的稳定性和疲劳寿命。
因此，膨胀节的设计、选材、制造、试验等不同于一般的压力容器和管件等刚性结构件，而有其本身的独特性和复杂性，它的设计必须遵循一定的规范和标准。
同时要求，凡设计、选用、制造、安装膨胀节的人员，都应当了解和掌握有关膨胀节的基础知识，以便在工程中更好的应用它。
标签：膨胀节；分析；改进；金属疲劳一.概述：空冷属于换热设备。
空冷在使用服役中，由于各种原因可能发生这样或那样的损坏和损伤，使之不能保证设备的安全运行；有时由于使用条件的变更需要对设备进行局部改造。
如果一旦如此，就更换设备，重新制造一台空冷，势必会造成极大的浪费。
有时是运行条件所不允许的。
为此，对于可以进行修理和改造，在保证设备安全运行的前提下，进行局部修理和改造还是有相当现实意义的。
空冷入口管线采用竖管结构，工艺作用十分重要。
空冷由于管程入口温度高，管程入口管段设置了一个波形补偿器。
波形补偿器（又称波形膨胀节）是现代受热管网和设备进行热补偿的关键部件之一，除了位移补偿作用之外，还同时兼有减振降噪和密封的功能。
膨胀节之所以受到工程人员的特别关注，主要是它的应用日趋广泛，航空航天、石化、化工、水利、电力、冶金和原子能等工业部门都要用到它，就是在机车、船舶等交通部门乃至高层建筑、民用大楼也少不了它。
膨胀节又是一个比较特殊的受力结构，在使用中要求它既要有高的承压能力，又要有良好的柔性，这本身就是相对矛盾，此外，它还应具备一定的稳定性和疲劳寿命。
二.国内外研究现状膨胀节的研究需要标准来进行产品设计和产品质量控制，我国五六十年代时期在石化、电力、冶金、造船、宇航等行业已有了不完整的膨胀节标准，大多是引用国外的标准，且大部分为原苏联的标准。
到了80年代，我国参照国外先进工业国家的标准，根据我国国情也陆续制订了一大批自己的标准。
不锈钢波纹管补偿器腐蚀开裂的原因分析不锈钢波纹管补偿器是一种用于管道系统中进行补偿和吸收管道变形的装置，常用于高温、高压、腐蚀等恶劣工况下的管道系统中。
不锈钢波纹管补偿器在长时间运行过程中，有可能会出现腐蚀开裂现象。
造成不锈钢波纹管补偿器腐蚀开裂的原因有以下几个方面：1.材料选用不当：不锈钢波纹管补偿器通常采用不锈钢材料，其耐腐蚀性能较好。
但由于不锈钢材料种类繁多，不同材质的不锈钢耐腐蚀性能也不同。
如果选用的不锈钢材料与管道介质的腐蚀性不匹配，会导致补偿器在腐蚀介质中发生腐蚀和开裂。
2.环境介质腐蚀：不锈钢波纹管补偿器一般应用于恶劣的工况中，如高温、高压、强酸碱等环境。
这些环境介质会对补偿器的材质产生严重的腐蚀作用，导致不锈钢波纹管补偿器表面形成氧化皮、结垢等腐蚀物质，降低其耐腐蚀性能，最终引发腐蚀开裂。
3.温差腐蚀：不锈钢波纹管补偿器在工作时，由于温度的变化而不断发生伸缩变形，这种伸缩变形会导致补偿器内部的应力不断变化，从而影响其耐腐蚀性能。
特别是在高温工况下，不锈钢波纹管补偿器的材料易受热膨胀和冷缩的影响，导致内部应力非常大，从而加速了腐蚀开裂的过程。
4.制造工艺不合理：不锈钢波纹管补偿器的制造工艺直接关系到其产品质量和腐蚀性能。
如果制造工艺不合理，比如焊接技术不过关，焊缝区域的晶间腐蚀更容易发生，从而导致补偿器腐蚀开裂。
5.使用条件不当：在使用不锈钢波纹管补偿器时，如果运行条件不正常，如过高的温度、过大的压力或使用过程中频繁的振动等，都会给补偿器的材质和结构带来额外的应力，加速不锈钢波纹管补偿器的腐蚀开裂。
综上所述，不锈钢波纹管补偿器腐蚀开裂的原因包括材料选用不当、环境介质腐蚀、温差腐蚀、制造工艺不合理和使用条件不当等因素。
为了避免不锈钢波纹管补偿器腐蚀开裂，应选择合适的不锈钢材料，并进行严格的制造和使用条件控制，确保补偿器在腐蚀性环境中的长期稳定运行。
波纹膨胀节许用疲劳寿命和损坏原因分析河北伟业波纹管制造有限公司提供一.波纹膨胀节的许用疲劳寿命补偿器中的波纹管件是在材料屈服极限的高应力状态下工作，每一次变化都不能恢复其原来的自由长度而留有残余变形，往复循环，残余变形累计到一定程度，波纹管就会发生破坏，而破坏的循环次数称之为补偿器的疲劳寿命Nc。
实际应用时，取一定的安全系数nf(倍数)。
补偿器的许用疲劳寿命[N]为[N]=Nc/nf 而nf一般为10～15 ，由于有些厂家设计选取nf值不同，实际补偿器[N]也大不相同，相差甚大。
行标“城镇供热预制蒸汽保温管技术规程”中，要求管道寿命25年以上，实际直埋管道，由于使用负荷变化，操作频率大，昼夜用量不均，这就要求制造厂家，提供的产品[N]≥1000次以上。
二.膨胀节（补偿器）补偿量的确定综上所述，膨胀节的补偿量相对不是一个定数，工作温度影响压力，同时也影响位移量。
这就要求我们设计时，必须通盘考虑许用疲劳寿命（次）、安全系数、实际的工作温度、压力和补偿器可提供的位移（补偿量）。
建议，依照CJJ34-2002（J216-2002)设计规范要求，蒸汽直埋保温管道补偿器宜按：通常工作压力/公称压力=0.75，通常工作位移/额定位移=0.70，来选择补偿器，才能确保超常规安全系数，使城镇供热管网压力管道寿命在25年以上，点应力循环次数在7000次水平。
三.热网工程中波纹膨胀节损坏的事故分析波纹膨胀节是典型低频疲劳部件（即频率<105），其波峰和波谷处于塑性高应力范围内，极易在较低的循环次数下发生疲劳破坏而失效。
蒸汽直埋管道在输送介质、气流脉冲、阀门开启、封关、分支节点、弯管阻力变化，特别是管道的汽水冲击——水锤，使之管道发生变频震动。
波纹破坏的主要原因是疲劳破坏，腐蚀破坏以及扭曲破坏：）水质处理不好，蒸汽中含有氯离子，造成不锈钢波纹点蚀或晶格腐蚀；）输送介质高压蒸汽，线速υ>/s以上，在三通、弯头、阀门处形成湍流，使之补偿器原设计的导流筒低频大幅震动而破坏，特别是大口径，大补偿量导流筒L>以上更易发生导流筒疲劳断裂，吹掉；）设计或操作失误，造成汽水冲击，爆破性水锤，严重打（震）破波纹管元件；）大口径螺旋管道，因其内应力没消除，使之恢复应力造成波纹节扭曲破坏；）安装偏转，固定墩发生滑移，应力失去平衡，也是造成波纹元件扭转（曲）变形破坏的原因之一。
