金属波纹管的性能检测

金属波纹管的性能检测

不锈钢波纹软管不同于钢管，是一种柔性管状壳体，它是通过将优质奥氏体不锈钢管坯进行机械加工成型为波纹状的一种管道，其波纹形状包括螺旋形和环形。燃气用不锈钢波纹管可分为两种，分别为连接用不锈钢波纹软管与输送用不锈钢波纹软管。前者主要用于燃气灶具和燃气表前的引入管，可取代橡胶软管，解决胶管易破损、易脱落、寿命短等问题；后者主要用于室内燃气管道的连接，可取代焊接钢管，大大减少室内燃气管路系统的接头数量，同时降低施工难度。燃气用不锈钢波纹软管作为室内燃气输送系统的重要组成部分，其安全性不容忽视。除去波纹管与灶具的连接部分易产生燃气泄漏的危险外，波纹管本身的加工质量不达标也会产生危险。本次对于不锈钢波纹软管的检测方案以国家标准《燃气输送用不锈钢波纹软管及管件》（GB/T 26002-2010）为基准，结合生产实际，确定了拉伸强度、扁平性、耐冲击性等11项指标，具体说明如下：

1.拉伸强度

拉伸强度是金属由均匀塑性变形向局部集中塑性变形过渡的临界值，也是金属在静拉伸条件下的最大承载能力。拉伸强度即表征材料最大均匀塑性变形的抗力，拉伸试样在承受最大拉应力之前，变形是均匀一致的，但超出之后，金属开始出现缩颈现象，即产生集中变形；对于没有（或很小）均匀塑性变形的脆性材料，它反映了材料的断裂抗力。符号为Rm（GB/T 228-1987旧国标规定抗拉强度符号为σb），单位为MPa。

拉伸强度材料在拉断前承受最大应力值。当钢材屈服到一定程度后，由于内部晶粒重新排列，其抵抗变形能力又重新提高，此时变形虽然发展很快，但却只能随着应力的提高而提高，直至应力达最大值。此后，钢材抵抗变形的能力明显降低，并在最薄弱处发生较大的塑性变形，此处试件截面迅速缩小，出现颈缩现象，直至断裂破坏。钢材受拉断裂前的最大应力值称为强度极限或拉伸强度。

国内测量抗拉强度比较普遍的方法是采用万能材料试验机等来进行材料拉伸强度的测定。本次测试采用如图1所示拉伸强度试验装置，在长度小于500mm的原管两端，分别和管件连接固定，从连接好的管件一端注入0.3MPa（Ⅰ型）、0.1MPa（Ⅱ型）的空气，另一端按表2所示的拉伸负荷拉伸5min，然后保持静止1min，确认无裂纹、无泄漏。其中软管的公称压力分为PN0.2(Ⅰ型)和PN0.01（Ⅱ型）。

表2 拉伸负荷单位为千牛

2.扁平性

将长度100mm的原管夹在2块铁板之间，将其中50mm压扁至外径的1/2后，目测确认原管表面无裂纹、无损伤。原管焊缝置于受力方向成90°的位置，见图2.

3.耐冲击性

耐冲击性属于钢材的物理性质，指试样抵抗冲击负荷作用的能力。单位为kJ/m2。最简单的检定材料冲击性能的试验方法就是简支梁冲击试验和悬臂梁冲击试验。它是把待测材料制成规定尺寸和形状(有缺口或无缺口长条型)的试样，用一定能量的摆锤击打，以冲断试样所消耗的功除以试样(若有缺口为缺口处)的横截面积来表示，单位kJ/m2。另外，还有很多实用性的抗冲击检验方法。比如，落锤试验，落镖试验以及如管件的坠落试验，安全帽的冲击试验等。对于燃气用不锈钢波纹管的耐冲击性检测采用如下试验方法：将原管注入0.3MPa（Ⅰ型）、0.1MPa（Ⅱ型）的气压状态下，放置在水泥地面上，从1m高处垂直落下4kg（Ⅰ型）、2kg（Ⅱ型）钢球落到管中间，确认无裂纹，无缝隙。4.弯曲性

弯曲强度是指在达到规定挠度值之前，负荷达到最大值时的弯曲应力；弯曲破坏应力是在弯曲负荷作用下，材料产生破坏或者断裂的瞬间所达到的弯曲应力。弯曲实验主要用来检验材料在经受弯曲负荷作用时的性能，在生产中常用弯曲实验来评定材料的弯曲强度和塑性变形的大小。对材料施加一弯曲力矩，使材料发生弯曲，主要有三点弯曲和四点弯曲两种形式。其中三点弯曲是使试样在最大弯矩处及其附近破坏，这种加载法由于弯矩分布不均匀，某些部位的缺陷不易显现出来，且存在剪力的影响，但由于加载

方法简单，目前在工厂的实验室中最常用的还是此种方法。

本次弯曲性实验如图3，将被覆管注入0.3MPa（Ⅰ型）、0.1MPa（Ⅱ型）的气压状态下，固定管的一端，使用表3所示直径的圆筒，弯曲180°。按图3 所示A-B-A方向1次，A-C-A方向1次，2次弯曲看作一次循环，弯曲速率控制在5次循环/min，交替进行6次循环（Ⅰ型）或8次循环（Ⅱ型）后，确认无裂纹，无泄漏，被覆层无裂纹。

表3 公称尺寸与圆筒直径

5.扭曲性

扭转失效是一种常见的钢材失效原因，当材料发生扭转时，存在作用面垂直于杆轴的力偶，材料各横截面间绕轴线做相对旋转，轴线仍为直线。扭转屈服应力是圆轴扭转屈服时横截面上切应力；扭转强度极限是指圆轴扭转断裂过程中横截面上的最大切应力。进行扭曲性试验时，对于低碳钢试件，先发生屈服，产生较大的塑性变形，最后沿横截面断开；对铸铁试件则变形很小，几乎无屈服现象，最后沿与轴线约成45度角的螺旋面断裂。扭转性试验方案如下：

将表4所示长度的被覆管注入0.3MPa（Ⅰ型）、0.1MPa（Ⅱ型）的气压状态下，固定管的一端，以管的轴线为中心，按图4所示A-B-A方向1次，A-C-A方向1次，交替合计6次90°扭曲，确认原管无裂纹，无泄漏，被覆层无裂纹。

表4 扭曲试验用被覆管长度

6.气密性

钢管气密性实验的主要目的是检查管道的强度和严密性能否达到设计要求，也对基础进行考验，以保证正常运行使用，这是检查管道质量的一项重要措施。一般的气密性试验应在液压试验合格后进行。对设计要求作气压试验的压力容器，气密性试验可与气压试验同时进行，试验压力应为气压试验的压力。碳素钢和低合金钢制成的压力容器，其试验用气体的温度应不低于5℃，其它材料制成的压力容器按设计图样规定。气密性试验所用气体，应为干燥、清洁的空气、氮气或其他惰性气体。进行气密性试验时，安全附件应安装齐全；试验时压力应缓慢上升，达到规定试验压力后保压不少于30分钟，然后降至设计压力，对所有焊缝和连接部位涂刷肥皂水进行检查，以无泄漏为合格。如有泄漏，修补后重新进行液压试验和气密性试验。

本次气密性实验方案为：在2m原管的两端，分别和管件连接固定，将连接好的管件一端堵住，从另一端注入0.3MPa（Ⅰ型）、0.1MPa（Ⅱ型）空气，保持1min，确认无泄漏。也可按图5规定放入水中检查。

7.耐压性

管道的压力等级包括两局部：以公称压力表示的规范件的公称压力等级；以壁厚等级表示的规范管件的壁厚等级。通常把管道中由规范管件的公称压力等级和壁厚等级共同肯定的能反应管道承压特性的参数叫做管道的压力等级。为简化描绘，常把管道中管

件的公称压力叫做管道的压力等级。普通状况下，管道的公称压力在对应温度下的许用压力不得超出其设计压力。

材料的许用应力是指材料的强度指标除以相应的平安系数而得到的值。材料的机械性能指标有屈从极限、强度极限、蠕变极限、疲倦极限等，这些指标分别反映了不同状态下失效的极限值。为了保证管道运转中的强度牢靠，常将管道元件中的应力限制在各强度指标下某一值，该数值即为许用应力。当管道元件中的应力超越其许用应力值时，就以为其强度已不能得到保证。因而说，资料的许用应力是肯定管道壁厚等级的根本参数。金属的焊接过程，本质上是一个冶金过程，其组织带有明显的铸造组织特征。普通状况下，铸造组织缺陷较多，资料性能也有所降落。关于有纵焊缝和螺旋焊缝的焊接收子及其元件，相关于无缝管子及其元件来说，工程上常给它一个强度降低系数(即焊缝系数)，以权衡其机械性能降落的水平。

耐压性实验中，按图6所示，在原管的两端，根据管件构造分别固定，堵住一端，从另一端缓慢注入1.6MPa（Ⅰ型）、0.8MPa（Ⅱ型）水压，保持1min，目测确认无裂纹、无渗漏。

8.耐应力腐蚀性

金属材料受周围介质的作用而损坏称为金属腐蚀。金属的锈蚀是最常见的腐蚀形态。腐蚀时，在金属的界面上发生了化学或电化学多相反应，使金属转入氧化（离子）状态。这会显著降低金属材料的强度、塑性、韧性等力学性能，破坏金属构件的几何形状，增加零件间的磨损，恶化电学和光学等物理性能，缩短设备的使用寿命，甚至造成火灾、爆炸等灾难性事故。金属在腐蚀过程中所发生的化学变化，从根本上来说就是金属单质被氧化形成化合物。这种腐蚀过程一般通过两种途径进行：化学腐蚀和电化学腐蚀。

材料在特定的腐蚀介质中和在静拉伸应力（包括外加载荷、热应力、冷加工、热加工、焊接等所引起的残余应力，以及裂缝锈蚀产物的楔入应力等）下，所出现的低于强度极限的脆性开裂现象，称为应力腐蚀开裂。应力腐蚀开裂是先在金属的腐蚀敏感部位形成微小凹坑，产生细长的裂缝，且裂缝扩展很快，能在短时间内发生严重的破坏。应力腐蚀开裂在石油、化工腐蚀失效类型中所占比例最高，可达50%。

应力腐蚀的产生有两个基本条件：一是材料对介质具有一定的应力腐蚀开裂敏感性；二是存在足够高的拉应力。导致应力腐蚀开裂的应力可以来自工作应力，也可以来自制造过程中产生的残余应力。据统计，在应力腐蚀开裂事故中，由残余应力所引起的占80%以上，而由工作应力引起的则不足20%。应力腐蚀过程一般可分为三个阶段。第一阶段为孕育期，在这一阶段内，因腐蚀过程局部化和拉应力作用的结果，使裂纹生核；第二

阶段为腐蚀裂纹发展时期，当裂纹生核后，在腐蚀介质和金属中拉应力的共同作用下，裂纹扩展；第三阶段中，由于拉应力的局部集中，裂纹急剧生长导致零件的破坏。在发生应力腐蚀破裂时，并不发生明显的均匀腐蚀，甚至腐蚀产物极少，有时肉眼也难以发现，因此，应力腐蚀是一种非常危险的破坏.

耐应力腐蚀试验条件：将原管按表3所示直径弯曲180°，然后浸泡在20%氯化钠、1%亚硝酸钠和79%蒸馏水配制的溶液中，在大气压力下将溶液的温度升至沸点，在沸腾的液体中浸泡14h后取出。将取出的管反方向弯曲180°后，注入0.3MPa（Ⅰ型）、0.1MPa （Ⅱ型）气压的状态下，确认无裂纹，无泄漏。

9.阻燃性

阻燃性是指物质具有的或材料经处理后具有的明显推迟火焰蔓延的性质。在这里材料阻止延续燃烧的程度称为阻燃性，并不是指材料不会被火烧着。这在材料使用范围选择上起指导作用，特别用于建材、船舶，车辆，家电上的材料要求阻燃性高。目前评价阻燃性方法很多，如氧指数测定法、水平或垂直燃烧试验法等。本次测试将被覆管的被覆面放置在离还原火焰（内锥）约10mm的火焰中，5s后取出，确认火焰不能持续燃烧5s以上。使用加热用燃烧器的喷灯，其出火口径10mm，喷嘴口径0.3mm，使用燃气为液化石油气，完全燃烧，火焰的长度约40mm。

10.漏点

为了检测图层表面可能存在的缺陷情况，采用电火花检漏仪进行检测。该仪器主要用来检测金属基材上的厚的非导电基体是否存在针孔，砂眼等缺陷的仪器。金属表面绝缘防腐层过薄、漏金属及漏电微孔处的电阻值和气隙密度都很小，当有高压经过时就形成气隙击穿而产生火花放电，给报警电路产生一个脉冲信号，报警器发出声光报警，根据这一原理达到防腐层检漏目的。该仪器使用很简单，一头接地，另一头是探头，（探头形式很多有碳刷型，圆圈弹簧型，平板橡胶型），仪器通过高压探头发出直流高压电，当探头经过有缺陷的涂层表面时，仪器会自动声光报警。检测仪大多分为0.5kv-35kv连续可调，用来测量不同厚度的防腐涂层。仪器大多自身配备可充电电池，方便在工地，车间使用。探刷种类很多（可分为板式探刷、扇形刷、圆形、环形探刷），为了适用不同的工作环境和工件。使用电火花检漏仪，按下列要求进行试验，无漏点为合格：

a)被覆层厚度＜1.8mm时，检漏电压为10kV；

b)被覆层厚度≥1.8mm时，检漏电压为25kV。

11.冷热循环

热循环试验是指在常压下进行试件温度循环的试验，主要目的是为了暴露产品中潜在的材料缺陷和制造质量缺陷，消除早期失效，提高产品可靠性。热循环试验一般采用高低温交变试验箱或高低温交变湿热试验箱进行试验。应注意到，市场上的温度、湿度试验箱有恒定试验箱、交变试验箱两种情况，普遍的高低温试验箱一般指的是恒定高低温试验箱，其控制方式为：设定一个目标温度，试验箱具有自动恒温到目标温度的能力，高、低温交变试验箱具有设定一条或者多条高低温变化、循环的程序，试验箱有能力根据预置的曲线完成试验过程，并且可以在最大升温、降温速率能力的范围内，精确控制升温、降温的速率。高低温湿热试验箱、高低温交变湿热试验箱也一样。交变试验箱都具有恒定试验箱的功能，但交变试验箱的制造成本较高。为简化试验条件，使用表3所示直径的圆筒，将被覆管进行弯曲180°的状态下，在气体温度70℃的环境下保持2h，常温状态下放置30min，在-15℃（PVC）或-40℃（PE）状态下放置2h，再在常温状态

下放置30min，使其不断变化，以上为一个周期循环，反复5个周期循环后，确认被覆层无裂纹，无剥落以及其他有害的缺陷。

所需实验器材及估价