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预应力金属波纹管断裂的原因分析

时间:2018-08-23   来源:预应力金属波纹管断裂   作者:预应力金属波纹管   点击:

  预应力金属波纹管断口局部可见疲劳特征,从管壁内外两侧起源,疲劳扩展区所占比例较大,扩展区疲劳弧线和疲劳条带清晰可见,条带细密,说明预应力金属波纹管在试验过程中受到的交变载荷比较小。根据以上特征推断,预应力金属波纹管断裂性质为疲劳断裂。结合实际情况,从以下4个方面对预应力金属波纹管的断裂原因进行分析

  预应力金属波纹管断裂的原因分析

1、材质分析

  通过微观检查,在断口源区未发现明显冶金缺陷,经过能谱分析,材料各项元素指标合格,预应力金属波纹管断裂与材质关系不大。但是对于lCrl8Ni9Ti不锈钢来说,虽具有优良的抗氧化酸均匀腐蚀性能,但是其耐点蚀性能较差,在其组织中经常存在大量坚硬而又棱角分明的碳氮化钛夹杂,所以一般不推荐用该钢加工制作薄壁钢管、薄钢带等产品。

  

2、腐蚀情况分析

  通过对试验前后预应力金属波纹管内外表面微观检查发现,该类预应力金属波纹管内外表面均存在不同程度的晶界腐蚀和点蚀。对于奥氏体钢而言,晶界附近容易形成贫铬区,导致晶界区电位下降,而晶内仍保持钝态,这样晶界晶内就形成微电池而产生晶界腐蚀,晶界腐蚀的存在,大大降低材料的力学性能,而且难以发现。

  预应力金属波纹管表面本身有一层钝化膜,当钝化膜某一点发生破坏时,破坏区下的金属基体与表面未破坏区形成腐蚀电池,钝化表面为阴极,活化表面为阳极,腐蚀向纵深发展形成点蚀。金属构件发生点蚀,与金属构件表面结构的不均匀性有关№J。

  

3、预应力金属波纹管受力情况分析

  预应力金属波纹管在受到外压作用下,预应力金属波纹管波谷处的曲率半径增加,波峰处的曲率半径减小,使得应力分布有所不同,但总的趋势是波谷处应力较大。预应力金属波纹管在进行试验时,波谷会产生相对较大的应力,当应力超过预应力金属波纹管的屈服极限时,预应力金属波纹管在交变载荷的作用下很容易发生破坏,使得预应力金属波纹管在波谷处很容易断裂,这也是预应力金属波纹管断裂发生在第一波纹与第二波纹连接的波谷处的原因之一。

  

4、断口微观形貌分析

  断口具有典型的双向起源疲劳断裂特征,这与预应力金属波纹管内外表面均存在不同程度的晶界腐蚀和点蚀情况是分不开的。断裂源区一般取决于材料应力集中的大小及材料强度的高低。当材料局部区域存在缺陷时,会使缺陷处的强度大幅度降低,易成为裂纹的起源位置,预应力金属波纹管断裂应该起源于预应力金属波纹管内外表面缺陷处,即发生晶界腐蚀或点蚀的位置,此处最为薄弱,再加上所受外力超过材料屈服强度时,预应力金属波纹管便会开裂。

  此外,预应力金属波纹管在试验过程中,承受由空气压力变化而产生的交变应力、热应力以及振动应力,预应力金属波纹管组件在装机试验过程中,有可能存在安装精度不够而出现偏差,连接元件未拧紧而出现松动等情况,在发动机工作时,这些情况都会引起预应力金属波纹管组件产生一定的附加应力。当这些应力的叠加作用超过预应力金属波纹管本身的疲劳强度时,也可能引起其疲劳断裂。

  由此可见,预应力金属波纹管断裂模式为疲劳断裂;预应力金属波纹管内外表面均存在不同程度的晶界腐蚀和点蚀是预应力金属波纹管疲劳断裂的主要原因。

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