预应力波纹管的断裂故障分析

     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,不锈钢金属波纹管断裂性质为疲劳断裂。

     结合实际情况,从以下几个方面对波纹管的断裂原因进行分析: 

     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。

     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。

    预应力金属波纹管在进行试验时,波谷会产生相对较大的应力,当应力**过波纹管的屈服较**,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,这也是波纹管断裂发生在**波纹与*二波纹连接的波谷处的原因之一。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,波纹管断裂应该起源于波纹管内外表面缺陷处,即发生晶界腐蚀或点蚀的位置,此处较为薄弱,再加上所受外力**过材料屈服强度时,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,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,这些情况都会引起波纹管组件产生一定的附加应力。当这些应力的叠加作用**过金属波纹管本身的疲劳强度时,也可能引起其疲劳断裂。