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摘 要

膨胀节又名补偿器，或伸缩节。它是安装在壳体或者管道上，为了补偿因温度差与机械振动所引起的附加应力的一种挠性构件。它具有质量轻、结构紧凑、补偿量、抗疲劳性能好、耐腐蚀性能好、耐高温性能好、综合性能优良等特点。

在查找了大量国内文献后，本文对波纹管膨胀节的失效案例进行分析研究，概括了一些膨胀节在设计、制造、安装、使用过程中可能发生的失效模式，并总结了膨胀节的检测方法。另外，本文针对膨胀节可能发生的一些失效原因,归纳了相应的改进建议。

本文的主要研究内容和结论如下：

（1）膨胀节的失效在设计、制造、安装、使用四个环节中均会发生，引发失效的主要原因来自设计及制造。失效模式通常包括失稳、振动失效、疲劳破坏和腐蚀裂纹。其中腐蚀引起的膨胀节失效占绝大部分。

（2）对膨胀节的检测分析方法通常包括宏观检查、微观检查（金相分析、扫描电镜、能谱分析、电子探针分析、X射线衍射结构分析）、力学性能试验（硬度测试）、化学成分分析、无损检测（磁粉检测，着色探伤检查）等。

（3）膨胀节的失效主要是因为氯化物、硫化物以及各种不同应力联合作用造成的应力腐蚀，所以尽量选用耐腐性好的材料来制造膨胀节。如奥氏体不锈钢中的316、316L、317和317L，镍基合金中的Incoloy800H、Inconel600和Inconel625。

关键词: 膨胀节 失效模式 检测方法

ABSTRACT

Expansion joints,also known as compensator, or slip joint. It is installed on the shell or pipe. It is a flexible component in order to compensate for the additional stress caused by temperature difference and the mechanical vibration. It has the advantages of light quality, compact structure, compensation dosage, good fatigue strength, good corrosion resistance, good high temperature resistance, excellent comprehensive performance, etc.

after searching a large number of domestic literature, this paper studied and analyzed the failure case of the expansion joint ,summarized the possibility of failure mode of the expansion joint which can be occurred in the process of designing, manufacturing, installation and using and and summed up the detection method of the expansion joint. In addition, this paper aimed at the failure reasons may be occuorred of the expansion joints and concluded the corresponding improvement suggestions.

The main contents and conclusions of this paper are as follows:

(1) The failure of expansion joint can be happened in the designing, manufacturing, installation, using, the main reason for the failure is in the designing and manufacturing. Failure mode usually include instability, vibration failure, fatigue damage and corrosion crack. The corrosion caused by the expansion joint failure accounted for most.

(2) Test analysis methods of the expansion joint usually include macroscopic examination, microscopic examination(metallographic analysis, scanning electron microscopy, energy spectrum analysis, electron microprobe analysis, X-ray diffraction structure analysis), mechanical property test(hardness test), chemical composition analysis, nondestructive testing(magnetic particle testing, penetrant inspection check), etc.

(3) The failure of the expansion joint is mainly due to the stress corrosion caused by the joint action of chloride, sulfide and a variety of different stress, so choosing materials of good corrosion resistant to manufacture the expansion joint, such as the 316,316 L,317,317L of the austenitic stainless steel and the Incoloy800H, Inconel600 and Inconel625 of the nickel base alloy.

Keywords: Expansion joint; Failure mode; Detection method

目 录

摘 要 II

ABSTRACT III

第一章 绪论 1

1.1膨胀节简介 1

1.1.1膨胀节概述 1

1.1.2膨胀节的类型及结构 1

1.1.3膨胀节的常用标准 2

1.1.4膨胀节的发展动向 4

1.2本文研究的目的及意义 5

1.3本文主要的研究内容 5

第二章 膨胀节的失效模式及案例分析 6

2.1膨胀节的失效原因 6

2.2膨胀节的失效模式 6

2.3膨胀节的失效案例分析 7

第三章 膨胀节的检测分析 12

3.1膨胀节的检测手段 12

3.2膨胀节的检测分析案例 13

第四章 膨胀节选材与改进 17

4.1膨胀节的常用材料 17

4.2膨胀节选用的建议 18

4.2.1膨胀节选用的建议 18

4.2.2膨胀节的制造建议 19

4.2.3膨胀节的运输建议 19

4.2.4膨胀节的安装建议 19

4.2.5膨胀节的使用建议 20

第五章 结论与展望 21

5.1 结论 21

5.2 展望 21

参考文献 23

致 谢 25

第一章 绪论

1.1膨胀节简介

1.1.1膨胀节概述

膨胀节又名补偿器，或伸缩节。它是安装在壳体或者管道上，为了补偿因温度差与机械振动所引起的附加应力的一种挠性构件。在壳体上，它通过易变形的挠性结构, 对壳体和管束间产生的膨胀变形差进行补偿, 从而达到消除壳体和管束之间温差应力的目的 ^[1]。当管道输送冷热流体时，管道的长度会随着管壁金属温度的变化发生热胀冷缩，所以在管道上安装膨胀节可以做温度补偿，位移补偿以及吸收管道震动，有效地防止管道破坏^[2]。

如今，膨胀节广泛地应用于石油化工、冶金、机械、电力以及建筑等工业行业中，这也体现出了其作为能自由伸缩的弹性补偿原件，具有性能优良，工作可靠的特点^[3]。此外，膨胀节还具有质量轻、结构紧凑、抗疲劳性能好、耐腐蚀性能好、耐高温性能好、综合性能优良等特点。相比其他类型的补偿器而言，波形膨胀节不仅占地面积小，安装简单，而且工程造价低，维修保养简单。

1.1.2膨胀节的类型及结构

膨胀节的结构形式丰富，用于容器上的膨胀节以波形（U形）膨胀节居多，另外还包括有Ω形膨胀节和C形膨胀节等。用于管道上的膨胀节包括万能式、铰链式、压力平衡式等。各种膨胀节均是以波纹管作为基本元件，然后与其他零部件组合而成的。波纹管膨胀节的热补偿性能基本上由柔性元件波纹管所决定，所以，膨胀节的性能，基本上取决于波纹管的性能。波纹管的性能主要包括了强度、刚度、耐压能力、补偿能力和疲劳寿命等。其中，波纹管膨胀节的弹性变形能力决定了其补偿性能。补偿能够吸收拉伸、压缩、横向移动、弯曲变形以及它们的组合变形量^[4]。

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