（平高集团有限公司 河南平顶山 467000）
摘要：波纹管是一种能有效地起到补偿轴向变形的挠性元件，常用在压力管道上，用于补偿管道因热胀冷缩和压力的变化产生的膨胀，降低管道承受的轴向应力，避免管道损坏。通过相关原因分析和实验模拟，分析波纹管螺杆断裂原因和机理。结果表明，螺杆材料具有较强的应力腐蚀敏感性，在装配时紧固螺母没有松开，没有预留足够的变形量，螺杆长时间的受拉、收缩和上下错位变形，引起应力腐蚀断裂。
关键词：波纹管;螺杆;断裂;应力腐蚀
1.断裂原因分析
1.1裂纹宏观形貌
图4是裂纹根部电镜照片，可以看到裂纹根部存在腐蚀产物，表面存在应力变形痕迹。图5为裂纹端部电镜照片，裂纹端部为沿晶开裂，裂纹内部存在大量腐蚀产物。对裂纹内部的夹杂物进行分析，发现其为Fe、Cr的氧化物。
由于螺杆两端螺栓拧紧，会受到两端错动形成的复杂应力，有拉应力，压力和剪切力，同时还会有螺杆加工时形成的残余应力，综合力和外界的腐蚀环境形成应力腐蚀的条件。裂纹为树枝状的扩展，裂纹内部有腐蚀产物，碳化物分布在晶界上，这样晶界成为了薄弱点，碳化物和母材间的电位差也会促使裂纹向纵深扩展。裂纹的根部有变形痕迹，具有沿晶特征，因此可以基本判定该裂纹为应力腐蚀裂纹。
2.试验分析断裂原因
为了进一步验证螺杆断裂的原因，可以通过试验手段模拟螺杆在工作时的应力腐蚀环境，通过沸腾的氯化镁应力腐蚀试验和硫酸-硫酸铜晶间腐蚀试验加速腐蚀的方法来检验螺杆材料的抗应力腐蚀能力。将螺杆加工成如下图6所示的试验式样(单位mm)。
图6 待腐蚀试样加工尺寸图
2.1氯化镁应力腐蚀试验
2.1.1试验方法
1.用半径为8mm的压头将试样弯成U型后，除油、用水洗净，完成后将试样放在干燥器中待用；
2.微调MgCl2溶液浓度（浓度为42%），保证沸腾溶液温度在143±1℃，待溶液温度稳定后，放入试样并开始计时，产生裂纹后终止试验并记录试验所进行的时间和裂纹部位[2]。对试样打磨，观察裂纹形貌。
2.1.2 试验结果
图7 裂纹金相形貌，50× 图8 侵蚀后的金相形貌,200×
把试样进行打磨处理，观察裂纹形貌。见图7，试样表面受弯部位形成沿厚度和纵深方向的裂纹，断裂路径呈典型的树枝状，这些裂纹都是由弯曲部位受拉面起始并逐渐向厚度方向延伸，这些裂纹特征是典型的由应力引起的裂纹形貌[3,4]。
试样腐蚀处理后观察，见图8。可见，这些裂纹扩展具有特别显著的沿晶界特征，主要是沿晶界路径断裂。表明晶界结合力减弱，在拉应力和氯离子的共同作用下，试样表面产生的裂纹沿晶界迅速扩展。这些裂纹特征为典型的应力腐蚀裂纹，结合试样断裂时间及裂纹形貌，可判定202不锈钢螺杆具有较大的应力腐蚀敏感性[5]。
3 结论
通过上述相关原因分析和实验模拟，结果表明，断裂螺杆材料本身具有较强的应力腐蚀敏感性，在装配时紧固螺母没有松开，没有预留足够的变形量，螺杆长时间的受拉、收缩和上下错位变形的综合作用下，引起应力腐蚀断裂。因此在后续产品中变更材料，改进装配工艺确保产品运行安全。
4 参考文献
[1]潘建农金属材料及热处理知识[M]. 2009.
[2]朱光强, 桂春, 刘鸿运,等. 奥氏体钢传热管在42%氯化镁溶液(沸)中的应力腐蚀试验[J]. 压力容器, 2010, 27(2):15-18.
[3]黄小平, 崔宏斌, 石德新,等. 压弯组合应力下高强钢表面裂纹形貌变化规律实验研究[J]. 哈尔滨工程大学学报, 2001, 22(3):22-25.
[4]刘喜明, 连建设. 1Cr18Ni9Ti钢应力腐蚀裂纹产生原因[J]. 金属热处理, 2000(2):44-45.
[5]金维松, 郎宇平, 荣凡,等. EPR法评价奥氏体不锈钢晶间腐蚀敏感性的研究[J]. 中国腐蚀与防护学报, 2007, 27(1):54-59.
作者简介：张建宝，男，硕士，从事配网箱柜体结构设计及波纹管成型工艺研究，
论文作者:张建宝,杨子奇,李步楼
论文发表刊物:《电力设备》2019年第8期
论文发表时间:2019/9/15
标签：裂纹论文; 应力论文; 螺杆论文; 试样论文; 形貌论文; 原因论文; 敏感性论文; 《电力设备》2019年第8期论文;