金属波纹膨胀节质量控制,金属波纹膨胀节规格型号

('金属波纹膨胀节质量控制盛水平;梁琳【摘要】金属波纹管膨胀节使用中,既要有较高的承压能力,又要有良好的柔性,此外还应具备一定的稳定性和疲劳寿命,因此,其设计、制造、试验等不能等同一般的压力容器和管件等刚性结构,有其本身的独特性和复杂性.根据TSGD2001-2006、TSGZ2004-2007、TSGD7002-2006等相关规范和GB/T12777-1999标准,阐述了金属波纹管膨胀节设计、制造、检验控制要点和型式试验等内容.【期刊名称】《管道技术与设备》【年(卷),期】2009(000)005【总页数】5页(P33-36,51)【关键词】膨胀节;质量控制;型式试验【作者】盛水平;梁琳【作者单位】杭州特种设备检测院,浙江杭州,310003;中国特种设备检测研究院,北京,100013【正文语种】中文【中图分类】TH165.40引言1955年，美国的一批在使用、设计和制造膨胀节方面有经验的公司发起成立“膨胀节制造商协会”，并于1958年编制《EJMA》[1]标准之后不断完善，帮助用户正确选择和使用膨胀节，使管道和容器设备安全可靠。从目前各国标准内容看，大部分都是以美国EJMA标准为基础，国内根据国情和行业情况，结合国内的科研、设计和生产实践以及用户的使用经验，编制了GB/T12777-1999《金属波纹管膨胀节通用技术条件》[2]，规定了金属波纹管膨胀节的定义、分类、要求、试验方法、检验规则、标志及包装、运输、贮存等。该标准适用于安装在管道中其挠性件为整体成形无加强U形、加强U形和Ω形波纹管的圆形膨胀节的设计、制造和检验，并于2000-3-1实施，压力容器用膨胀节的设计、制造和检验亦可参照使用。根据《特种设备安全监察条例》和TSGD2001-2006《压力管道元件制造许可规则》[3]，国内对压力管道元件制造实行许可证制度，制造单位应当具备生产符合要求的压力管道元件产品的能力，并按TSGZ2004-2007《特种设备制造、安装、改造、维修质量保证体系基本要求》[4]建立并有效实施产品制造质量保证体系(包括质量手册、程序文件或管理制度、作业指导书等)，且制造单位首次制造或增项制造的金属波纹管膨胀节应按TSGD7002-2006《压力管道元件型式试验规则》[5]进行型式试验。从波纹管部件、膨胀节总成及质量体系几方面提出U型多层金属波纹管膨胀节的制造质量控制[6]。文中阐述了金属膨胀节设计、制造、检验控制要点。1设计控制设计控制包括设计输入、设计输出、设计评审、设计更改等环节，设计应满足安全技术规范的要求等。目前，波纹膨胀节制造单位均执行GB/T12777及参照执行美国EJMA标准，产品样本是根据模具尺寸、设计压力、设计温度、层数、壁厚、波根直径、波距、波高、波数等计算波纹性能，如刚度、应力计算，强度校核及在给定疲劳寿命下补偿量计算。波纹管设计按GB/T12777附录A进行，但不能忽视结构件(立板、端环、端板、铰链板、万向环)的设计，其设计按GB/T12777附录B进行。关于波纹膨胀节分类和型式，产品样品中应按GB/T12777处理，各种膨胀节型式的表述包括结构、能否承受波纹管压力推力和可吸收的主要位移三方面内容，膨胀节产品型式由膨胀节型式、波纹管型式和膨胀节端部连接型式3个要素组成，膨胀节产品规格由设计压力、公称直径和设计位移3个主要要素构成，它们反映了膨胀节的尺寸、耐压能力和位移能力，这样做既便于用户(使用单位、设计单位)选用产品，又有利于规范目前行业内产品型号表示。下述问题应在产品样本中进行说明：温度对压力的修正，温度对补偿量的修正；材料的选择；波纹膨胀节选型说明，介质产生的压力推力(盲板力)，决定采用无约束膨胀节还是采用有约束膨胀节；管系支座(主固定支座、次固定支座和导向支座等)的选择，合理的设计管路系统中的支座(架)，是保证波纹管膨胀节正常发挥作用的必要条件，不同类型的波纹管膨胀节，对于管系的支座有不同的要求；波纹膨胀节安装要求，如安装时按设计要求进行预拉伸(压缩)，膨胀节有导流筒时应按膨胀节外表面标有醒目的永久性介质流向箭头安装，膨胀节装运件涂黄色油漆以表示在膨胀节安装之后、系统压力试验之前必须拆除或松开，管线不对中或波纹膨胀节受到扭转将影响波纹膨胀节的正常工作，危害最大的是主固定支架不合格，在试压时可能出现管线推倒、波纹管被拉直破坏等。波纹管、受压筒节、受力件所用材料应根据工况合理选材，尤其是波纹管所用材料应根据工作介质、环境温度、工作温度合理选材，选材失误可导致波纹管出现应力腐蚀、孔蚀失效，波纹管材料在使用过程中应尽量避免腐蚀性介质的侵蚀，主要取决于工作介质，如对于高温蒸汽热网，防止应力腐蚀造成的破坏，推荐用316L且固溶处理，对于催化、裂化高温装置用波纹管，推荐用高镍合金且进行退火或固溶处理。值得注意的是膨胀节在停用过程中更容易腐蚀，因此在停用时应尽量将水放净。样本设计不能过多地追求补偿量指标，波纹管薄壁、多层、多波，若柱失稳或平面失稳得不到控制，波纹形状发生较大的变化，脱离了原有的计算模型，位移又集中在某一个或某几个波纹上，最终将导致膨胀节很快疲劳断裂，有时虽不至于立即破裂，但它大大降低了波纹管的疲劳寿命和承受压力的能力。2制造控制2.1成形控制按成形工艺分液压成形、滚压成形、机械胀形、冲压焊接成形和沉积成形等。液压成形是波纹管的最常用成形方法，利用在管坯中的液体压力，使管坯在限制环中胀形，直到沿环向出现屈服，然后再压缩管坯到所需的长度，小直径波纹管多采用这种方法。滚压成形工艺主要用于加工大型波纹管，是依靠设在管坯中的成形轮的滚压成形，可以单波滚制成形，有的装置亦可一次成数个波纹。膨胀节制造单位应按产品样本设计参数来选择波纹管模具，并考虑塑性变形后回弹，以确保波纹管波形几何尺寸。多层波纹管各层管坯的套合间隙，对于公称直径不大于1500mm的波纹管，不应大于0.8mm；对于公称直径大于1500mm的波纹管，不应大于1.5mm；套合时各层管坯间纵向焊缝位置应沿圆周方向均匀错开，各层管坯间不应有水、油、泥土等污物，多层波纹管直边段端口应采用氢弧焊或滚焊封边，使端口各层熔为整体。2.2部件控制波纹管成形用的薄板卷制管坯只允许有全焊透的对接型纵向焊缝，不允许有环向焊缝，管坯纵向焊缝条数满足GB/T12777，各相邻纵向焊缝间距不应小于250mm，多层波纹管的管坯单层厚度一般都小于2mm，通常为0.3mm、0.5mm、0.8mm及1.0mm，管坯纵向焊缝应采用自动氩弧焊或等离子焊方法施焊。对于薄壁管坯，其焊接缺陷主要是外部缺陷，如烧穿、未焊透、过烧、咬边等，焊缝表面应呈银白色或金黄色，但若气体保护效果不好及焊接工艺参数不正确均使焊缝呈深蓝色或黑色，直接导致焊缝的力学性能下降。公称直径不大于350mm的膨胀节，其受压筒节应该用无缝钢管制造，无缝钢管应符合GB/T8163、GB/T14976等标准的要求。公称直径不小于400mm的膨胀节，其受压筒节宜用钢板卷筒焊接制造，也可用符合GB/T9711．1要求的钢管制造。卷制筒节应符合GB50235-1997中4．3的要求。2.3组装控制对于多层波纹管，为了保证波纹管与法兰或接管的焊接质量，应采用接触电阻焊，将端边熔成单层。若没有此道工序，端边熔焊存在缺陷(多数是没焊透)，很容易出现层间渗透，波纹管里面几层没有起到承压作用，仅外面一层或两层承压，承压能力不够，严重时导致波纹管发生塑性变形，出现所谓“肥肠”现象，最终使波纹管开裂。波纹管与受压筒节(短管)间的连接环向焊缝宜为全焊透波纹管壁厚的对接型焊缝，波纹管与受压筒节的连接型式宜为内插型式或外套型式，详见图1，波纹管连接环向焊缝应采用氩弧焊或等离子焊方法施焊。受压筒节的承插口和坡口面应切削加工，端管的焊接连接端对接型焊缝坡口面角度应为30°±2.5°，钝边尺寸为1～2mm，端管壁厚大于相接管子壁厚时，应按GB/T985要求削薄。(a)内插(b)外套图1波纹管与受压筒节间的连接2.4附件等控制膨胀节中拉杆、铰链板、万向环、销轴及其连接附件是承受波纹管压力推力的受力件，立板、端板、铰链板等与筒节的焊接在GB/T12777标准中没有明确焊接接头型式，但其焊接是相当重要的，若强度不够或焊接缺陷时均能引起波纹管部分失效，这可参照GB150-1998附录J进行质量控制。对于复式膨胀节以及直埋、抗弯型膨胀节，其工作波纹管可能有2个以上，如果出现装配偏差，使一个或数个波纹管不能自由移动，无法参与补偿，而参与补偿的波纹管很快会因过度疲劳而失效。若要求对波纹管进行热处理，应按有关材料标准或图样规定的热处理制度进行，热处理后的波纹管应进行酸洗、钝化处理。3检验控制膨胀节产品交货时应逐件进行出厂检验，检验目的是确保制造质量，出厂检验项目为外观检查、尺寸检查、焊接接头无损检测、压力试验、煤油渗漏试验、气密性试验。3.1外观检查管坯纵向焊缝表面应无裂纹、气孔、咬边和对口错边，凹坑、下塌和余高均不应大于壁厚的10%；波纹管连接环向焊缝表面应无裂纹、气孔、夹渣、焊接飞溅物、咬边和凹坑，余高应不大于波纹管壁厚，且不大于1.5mm；焊缝表面应呈银白色或金黄色，可呈浅蓝色；受压筒节焊缝表面应无裂纹、气孔、弧坑和焊接飞溅物。波纹管表面不允许有裂纹、焊接飞溅物及大于板厚下偏差的划痕和凹痕等缺陷，不大于板厚下偏差的划痕和凹痕应修磨，使其圆滑过渡。3.2几何尺寸检查U形波纹管波高、波距、波纹长度的标准公差等级应为GB/T1800．3-1998表1中IT18级，U、Ω形波纹管波峰、波谷曲率半径的极限偏差应为±15%的名义曲率半径，U形波纹管波峰、波谷与波侧壁间应圆滑过渡。波纹管两端面对波纹管轴线的垂直度公差应为1%的波纹管公称直径，且不大于3mm．3.3焊接接头无损检测波纹管成形之前应对管坯纵向焊缝进行着色渗透检测(只适用于管坯壁厚不大于2mm单道焊焊缝，并对管坯纵向焊缝外表面和可接近的内表面)或射线检测，波纹管连接环向焊缝应进行着色渗透检测，探伤比例与介质压力、介质状态和介质性质有关。着色渗透检测按JB4730．5-2005规定Ⅰ级合格，射线检测按JB4730．2-2005规定Ⅱ级合格。对于pd>1.6MPa(pd为设计压力)的气体介质膨胀节、pd>2.5MPa的液体介质膨胀节、可燃流体介质膨胀节、有毒流体介质膨胀节或有特定要求(如型式检验)的膨胀节，进行100%探伤；对于pd<0.1MPa的非可燃流体介质或非有毒流体介质的膨胀节，所有种类的焊缝允许不进行探伤；其余的此类焊缝进行至少10%抽样。受压筒节纵向焊缝和环向焊缝一般应进行局部射线检测，探伤长度不应小于各条焊缝长度的20%，且不小于250mm，并应包含每个相交的焊缝。抽样探伤的焊缝，若发现有不允许的缺陷时，应相应进行至少20%抽样且不少于两条焊缝的探伤；若又发现有不允许的缺陷时，则应进行100%的探伤。3.4煤油渗漏试验对于设计压力不大于0.1MPa的膨胀节以及公称直径不小于1500mm且设计压力不大于0.25MPa的膨胀节，允许用煤油渗漏试验代替压力试验来对波纹管连接环向焊缝检漏。将焊缝能够检查的一面清理干净，涂以白粉浆，晾干后在焊缝另一面涂以煤油，使表面得到足够的浸润，经至少0.5h后检查白粉上有无油渍，煤油渗漏试验时波纹管连接环向焊缝应无渗油现象。3.5耐压性能内压膨胀节的水压试验压力应按式(1)、式(2)计算，取其中的较小值，外压膨胀节的水压试验压力按式(1)计算，用于真空条件的膨胀节的压力试验可以用内压试验代替，试验压力应为1.5倍设计压差(压差值等于大气压值减真空度值)。一般应进行水压试验，在不适于水压试验的场合应进行气压试验，气压试验将系数1.5改1.1，须采取有效安全措施。(1)(2)式中：pt为试验压力，MPa；pd为设计压力，MPa；分别为在试验温度、设计温度下波纹管材料的许用应力，MPa；psc为波纹管两端固支时柱失稳的极限设计内压，MPa；分别为在试验温度、设计温度下波纹管材料的弹性模量，MPa．试验装置应保证试验时膨胀节两端固定和有效密封，波纹管以其自由长度处于直线状态，水压试验介质应为清洁的自来水([Cl-]<25ppm，1ppm=10-6)，气压试验介质应为干燥洁净的压缩空气；试验时应缓慢升压，达到规定试验压力后保压至少10min(气密性试验也一样)。试验压力下目视检查膨胀节，试验压力下膨胀节应无渗漏，结构件应无明显变形，波纹管应无失稳现象。对于无加强U形波纹管，水压试验压力下的最大波距变化率大于15%，对于加强U形波纹管和Ω形波纹管，水压试验压力下的最大波距变化率大于20%，即认为波纹管已失稳，这一点是与压力容器、压力管道不一样的地方。3.6气密性试验对于可燃流体介质、有毒流体介质、真空度高于0.085MPa或对渗漏有特殊要求的膨胀节应进行气密性试验，气密性试验应在水压试验合格后进行，当压力试验采用气压试验方法时可不进行气密性试验，气密性试验压力等于设计压力，气密性试验时膨胀节应无漏气现象，可以用皂泡法对焊缝检漏，小直径膨胀节可以浸入水槽内检漏。3.7疲劳性能(型式试验要求)波纹管应有符合要求的疲劳性能。在规定试验位移循环次数的疲劳试验中，波纹管应无穿透壁厚的裂纹。试验位移循环次数应为Ks4.3倍设计疲劳寿命值。其中，Ks为应力系数。对于无加强U形波纹管，Ks值取1.01Ct和1.25中的较大值；对于加强U形波纹管，Ks值取1.25；而对于d1形波纹管，Ks值取1.33Ct，Ct为温度修正系数。做过疲劳试验的膨胀节不能用于交货。3.8合格判定出厂检验中，有一项或几项检验结果不合格时，应在该标准允许范围内对缺陷进行返修。管坯纵向焊缝同一部位缺陷允许补焊一次，成形后的波纹管缺陷不允许补焊；波纹管连接环向焊缝同一部位缺陷允许补焊两次；受压筒节焊缝同一部位缺陷补焊次数不宜超过两次。返修的膨胀节只对不合格项目进行重新检验，重新检验时，有一项不合格的膨胀节即判为不合格品。4型式试验4.1覆盖范围适用的公称压力和公称尺寸满足TSGD7002-2006，适用的与样品具有相同的波纹管型式(无加强U形、加强U形、Ω形波纹管)；适用的位移补偿量范围：x/Lb≤x/Lb.4.2主要检验项目这些项目有约束型金属波纹管膨胀节耐压(压力)试验及气密性试验；金属波纹管膨胀节疲劳试验、平面失稳试验、柱失稳试验、爆破试验和刚度试验。耐压(压力)试验及气密性试验样品(试样)必须包括制造单位申请的约束型膨胀节，每个品种至少一件(与申请的产品具有相同的波纹管形式)，样品(试样)的耐压(压力)试验及气密性试验可以在制造单位进行。耐压(压力)试验及气密性试验中，缓慢升压至规定的试验压力后，保压时间至少为10min，按GB/T12777评定。采用单式轴向型金属膨胀节疲劳试验、柱失稳试验或爆破试验时，其公称直径DN≥200mm，设计疲劳寿命应当大于等于1000次，并且尽可能抽取较高设计压力的金属波纹管膨胀节。一般情况下，选择带法兰的波纹管膨胀节，按给定的样品(试样)设计压力和设计轴向位移补偿量(或设计当量值)进行疲劳试验，试验的过程中，压力的波动值应不大于试验压力的±10%，位移速率应不大于25mm/s，实测位移允许偏差为±0.5%，达到规定的循环次数波纹管应无穿透壁厚的裂纹。柱失稳试验可以采用爆破试验代替，而且应当优先进行爆破试验，样品(试样)两端应固定和有效密封，波纹管处于自由长度和直线状态，达到规定的试验值无渗漏为合格。GB/T12777-1999取消了刚度试验和失稳试验两个型式试验项目，因为波纹管刚度试验结果都己证明标准给出的理论初始轴向弹性刚度公式有很好的精度，失稳试验与子午向屈服-破裂试验一样，都是用来验证标准给出的有关设计计算公式的破坏性试验项目，按GB/T12777-1999这些公式进行设计，波纹管在使用中是不会出现失稳现象的。4.3合格判定型式检验样品在压力试验或疲劳试验中，如果波纹管耐压性能或疲劳性能未达到该标准规定要求，则判为不合格。如果由于制造质量原因而使外观检查、尺寸检查、焊接接头无损检测、压力试验等项目未符合该标准规定要求，允许进行返修，返修的样品只对不合格项目进行检验。重新检验时即使有一项不合格即认为型式检验不合格。参考文献：[1]EJMA8thEdition．ExpansionJointManufacturersAssociation，2003．[2]GB/T12777—1999金属波纹管膨胀节通用技术条件．[3]TSGD2001—2006压力管道元件制造许可规则．[4]TSGZ2004—2007特种设备制造、安装、改造、维修质量保证体系基本要求．[5]TSGD7002—2006压力管道元件型式试验规则．[6]矫建义．U型多层金属波纹管膨胀节的制造质量控制．管道技术与设备，2000(4)：12-13；16．',)