不锈钢波纹补偿器

304不锈钢波纹管泄漏原因分析 不锈钢波纹管作为一种柔性耐压管件安装于液体输送系统中，用以补偿管道或机器、设备连接端的相互位移，吸收振动能量，能够起到减振、消音等作用，具有柔性好、质量轻、耐腐蚀、抗疲劳、耐高低温等多项特点。某波纹管厂提供了热力管线中使用的波纹管泄漏部件,并提供了该管工况条件：材质为304不锈钢，管内通50～95℃的自来水，供水压力450kPa。该批不锈钢波纹管使用几个月后出现泄漏，为分析不锈钢波纹管泄漏原因，对不锈钢波纹管进行进行检验和分析。1 理化检验1.1 宏观检验对不锈钢波纹管进行外观检查，发现不锈钢波纹管泄漏处外壁锈迹明显其他部位外壁没有明显的锈蚀，有一约25mm 宽的光亮带。内壁有一明显的锈蚀带，贯穿整段钢管，见图1-3，观察发现外壁的亮带与内壁的锈蚀带基本对应。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/09/201509151555_566124_2042772_3.jpg图1 不锈钢波纹管宏观图（泄漏处）http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/09/201509151555_566125_2042772_3.jpg 图2 不锈钢波纹管宏观图（外壁光带） http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/09/201509151600_566126_2042772_3.jpg图3 不锈钢波纹管宏观图（内壁）1.2 金相观察 对不锈钢波纹管进行进行金相磨制，在徕卡Leica DMLM光学金相显微镜下观察发现，样品样品的显微组织为：奥氏体组织，部分晶内有孪晶，见图4；样品的非金属夹杂物为：A1.5，B2.5，C1.0，D0(备注：A为硫化物夹杂，B为氧化铝夹杂，C为变形硅酸盐夹杂，D为球状夹杂)。用3%硝酸酒精溶液浸蚀后观察发现不锈钢波纹管为焊接成型，见图5，焊接的热影响区域靠近基材不锈钢波纹管的晶粒明显长大，尤其内壁较明显，见图6。不锈钢波纹管内外壁均有腐蚀，内壁较外壁严重，多以沿晶腐蚀现象存在，腐蚀裂纹内填充有灰色腐蚀产物，腐蚀严重的区域基本在基材靠近焊缝区域，见图7，图8。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/09/201509151601_566127_2042772_3.jpg图4 不锈钢波纹管的显微组织（显微组织）http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/09/201509151601_566128_2042772_3.jpg图5 不锈钢波纹管的显微组织（焊缝形貌）http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/09/201509151601_566129_2042772_3.jpg图6 不锈钢波纹管的显微组织（焊缝热影响区形貌）http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/09/201509151602_566130_2042772_3.jpg图7 不锈钢波纹管的显微组织（内壁腐蚀形貌）http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/09/201509151603_566131_2042772_3.jpg图8 不锈钢波纹管的显微组织（外壁腐蚀形貌）1.3缺陷微观观察及微区成分分析 不锈钢波纹管断口经超声波酒精溶液清洗后，利用日本电子JEOL JSM-6460LV扫描电子显微镜对裂纹区域进行微镜观察，钢管内壁锈蚀区域表面覆盖有严重腐蚀产物，并且发现有腐蚀孔洞，其余钢管内表面均有不同程度的腐蚀产物存在，见图9~11，锈蚀严重区域腐蚀产物含有：C、O、Fe、Al、Si、Cr、Mn等元素，内壁腐蚀产物含有：C、O、Fe、Al、Si、Cr、Mn、Ni等元素，对样品截面观察的腐蚀产物含有：C、O、Fe、Al、Si、S、Cl、Cr、Mn、Ni等元素，见图12~13。。 http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/09/201509151603_566132_2042772_3.jpg图9 不锈钢波纹管的SEM+EDS照片（锈蚀区域微观形貌）http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/09/201509151603_566133_2042772_3.jpg图10 不锈钢波纹管的SEM+EDS照片（锈蚀区域的腐蚀孔洞）http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/09/201509151603_566134_2042772_3.jpg图11 不锈钢波纹管的SEM+EDS照片（内壁腐蚀产物形貌）http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/09/201509151603_566135_2042772_3.jpg图2 不锈钢波纹管的SEM+EDS照片（腐蚀产物形貌）http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/09/201509151603_566136_2042772_3.png 图13 不锈钢波纹管的SEM+EDS照片（EDS能谱结果）1.4化学成分分析 对不锈钢波纹管进行化学成分分析，结果见表1，结果符合标准ASTM A276-13a 不锈钢棒材和型材中304技术要求。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/09/201509151610_566138_2042772_3.png2 分析2.1微观特征分析 对不锈钢波纹管进行金相分析，不锈钢波纹管非金属夹杂物检测，B类氧化物类夹杂为2.5级，属于洁净度较差的钢材，尤其在薄壁压力容器上必须谨慎使用。对不锈钢波纹管横截面微观观察，认为不锈钢波纹管为焊接成型，并且焊接处晶粒长大，说明焊接温度偏高，尤其是内壁较为严重。对不锈钢波纹管锈蚀区域横截面微观观察，不锈钢波纹管腐蚀以内壁为重，并且多以沿晶形式从表面往基材内延伸扩展，晶界上有明显的腐蚀产物存在，具有典型的应力腐蚀特征。2.2断口特征及微区成分分析 通过对不锈钢波纹管锈蚀区域及截面腐蚀区域进行微观形貌和成分分析，不锈钢波纹管内壁腐蚀产物与截面的腐蚀产物成分除氯（质量百分比1.94%）外基本相同。大量的氯化物的检出表明,是由氯化物引起的应力腐蚀。由于波纹管的工作温度为50～95℃,在高温下,氯化物引起的应力腐蚀开裂速度是很快的。应力腐蚀的第二个必要条件是部件承受拉应力,波纹管的应力主要来自于管道内热水或水蒸气的工作压力，冷热补偿时轴向应力，加工成形时内部残余应力 。在有拉应力、腐蚀介质、温度的影响下，钢管优先在夹杂物聚集的区域产生应力腐蚀裂纹，并向基体内延伸扩展，最终导致钢管泄漏失效。3 开裂原因总结 通过对不锈钢波纹管进行化学、金相检测及断口进行宏观、微观观察分析，泄漏的原因是不锈钢焊接区域有过热现象，导致材料的局部力学性能降低，同时在有拉应力、腐蚀介质、温度的影响下，不锈钢管优先在夹杂物聚集的区域产生应力腐蚀裂纹，

[align=center][b]绪 论[/b][/align] 酸度计和电导率仪是广泛应用于科学实验、环境监测和生产环节的一种常用科学分析仪器。酸度计和电导率仪的使用和检定都离不开各自使用的溶液，而溶液的 pH 值和电导率都与温度密切相关，当温度发生变化时，pH 值和电导率会发生不同变化。在计量检定过程中我们发现对两种仪器温度补偿器的正确使用对测量结果有较大影响，而且部分仪器使用者，因对温度补偿器的原理和两者之间的区别理解不正确，使用不当，造成测得数据不准确，所以正确理解温度补偿器的原理和区别是至关重要的。[b]一、酸度计和电导率仪温度补偿器的原理 和作用1、酸度计温度补偿器的原理和作用[/b]在酸度计计量检定和使用中，我们发现 pH 值测量不准确的原因主要是未能正确使用温度补偿器造成的。下面就介绍一下酸度计温度补偿器的原理、对 pH示值的影响和产生问题的原因。对于酸度计来说，不同溶液的 pH 值的温度系数差别很大， 要将不同温度下的 pH 值折算到 25℃时的 pH 值是非常困难的， 也没有必要。所以酸度计的温度补偿器是将其电极在标定温度下得到的转换系数按能斯特公式换算到当前温度下的转换系数，从而得到当前温度下的 pH 值。其中酸度计是用电位相对测量法来测定溶液 pH 值的，其理论依据来自于能斯特方程式：[img=,616,457]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/08/201908132315502479_8185_1638093_3.png!w616x457.jpg[/img] 通过对一台 PHS-3C 型号酸度计在 25℃条件下使用标准缓冲液校准后，对同一溶液在不同温度下的 pH 值进行测量实验，得到结果如下：[img=,633,249]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/08/201908132316535212_6069_1638093_3.png!w633x249.jpg[/img] 由此表可看出温度补偿器固定在 25℃条件下时（即不启动酸度计的温度补偿器时），测量溶液的 mv 值是不随着温度变化而变化的，酸度计测得的 pH 值也永远是标定温度下的 pH 值；当酸度计启动温度补偿器时，测量溶液的 mv 值同样是不随着温度变化而变化的，但是测得的 pH 值是随温度的改变而变化的。根据实验数据我们可以发现，随着溶液温度的改变，由于溶液的 mV 值是不随温度的变化而变化的，所以被测溶液与标定溶液间的电位差也是不发生变化的，随着温度的变化实际发生变化的是每 mV 值变化量对应的 pH 值的变化量，通过公式（3）我们可以发现这就使得 K 值发生了变化，所以酸度计通过温度补偿调整转换系数K 来抵消温度变化引起的电动势差的变化。因此，为了适应各种温度状态下 pH 值的测量，酸度计中均设有温度补偿装置。[b]2、电导率仪温度补偿器的原理和作用[/b] 电导率的大小与电解质在水中的离解度及离子的迁移速度有密切的关系，而离解度及迁移速度又与溶液的温度有关。温度升高，溶液的电导率增加，反之，则电导率减小。溶液的电导率受温度的影响较大，实验数据见下表。通过对一台 DDS-307 型号电导率在溶液不同温度下进行温度补偿实验，得到结果如下：[img=,642,125]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/08/201908132319228901_8338_1638093_3.png!w642x125.jpg[/img] 由此表可以看出不进行温度补偿，同一溶液的电导率随着溶液温度的增加而不断增大，使得测量结果没有参考价值，所以电导率的测量结果一般均折算到参考温度下（参考温度：20℃或 25℃，使用 25℃时较多）。如果把电导率仪的温度补偿器关掉，则需先测出溶液的温度及该温度下的电导率，再将测得的结果换算到参考温度的电导率。公式如下：[img=,609,213]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/08/201908132320266973_5978_1638093_3.png!w609x213.jpg[/img] 通过式（4）可以看出当电导率仪不启动温度补偿器时，即温度校正系数为0.00%时，测得的电导率为溶液实际温度下的电导率，需要人工换算成参考温度下溶液的电导率值，否则测得值没有参考价值。电导率仪的温度补偿器的作用就是为了克服温度的影响，将溶液在实际温度下的电导率值转换为参考温度(一般为 25℃)下的电导率值，使得溶液在不同温度下的电导率具有可比性，以满足各行各业比对或控制指标的需要。因此，市面上越来越多的电导率仪具有温度补偿功能，在检定过程中，检定规程规定增加这一检定项目看来也是很有必要的。[b]二、酸度计与电导率仪温度补偿器使用过程中的注意事项1、酸度计温度补偿器使用中的注意事项[/b] 由于酸度计测量过程中溶液的 mV 值是不随温度的变化而改变的，实际上起到作用的是通过调节温度补偿器进而调整转换系数 K，进而改变每 mV 变化量引起的 pH 的变化量，所以在使用酸度计时需要注意的是用于标定仪器的标准参考溶液与被测溶液的温度差。[b]2、电导率仪温度补偿器使用中的注意事项[/b] 通过公式（4）我们发现，在将电导率修正为参考温度下电导率时，温度校正系数β是一个关键参数，且不同的溶液温度校正系数也不同，所以在使用温度校正系数不可调节的电导率仪时，温度校正系数会引入测量误差，所以在进行准确度要求较高的测量时，如果温度校正系数不能调整为溶液实际的温度校正系数，则应该关闭电导率仪的温度补偿功能，通过准确测量溶液温度后根据公式（4）计算出参考温度下的电导率值，或将被测溶液的温度严格控制在参考温度条件下测量，进而减小测量误差。[b]三、仪器使用中温度补偿器出现异常的快速判定方法1、酸度计温度补偿器出现异常的快速判定方法[/b] 先通过两点标定斜率，并测量第三种标准溶液示值误差合格。然后用酸度计测量第三种标准溶液在打开温度补偿器时的 pH 值及其温度，查找 JJG119-2018《酸度计检定规程》,规程中表 A.2 显示了标准溶液不同温度下对应的 pH 值，通过与测量的 pH 值进行对比，测量结果的示值误差应小于仪器对应等级的最大允许误差，否则酸度计的温度补偿器功能可能出现异常，应及时送检。[b]2、电导率仪温度补偿器出现异常的快速判定方法[img=,600,184]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/08/201908132324000098_9238_1638093_3.png!w600x184.jpg[/img][img=,598,142]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/08/201908132324411825_1524_1638093_3.png!w598x142.jpg[/img]结 论[/b] 综上所述，电导率仪温度补偿器，其作用就是为了克服温度的影响，将溶液在实际温度下的电导率值转换为参考温度(一般为 25℃)下的电导率值，使得溶液在不同温度下的电导率具有可比性。而酸度计的温度补偿器，其作用是将电极在标定温度下得到的转换系数按能斯特公式换算到实际温度下的转换系数，从而得到实际温度下的 pH 值。由此可见两种仪器的温度补偿作用是有所区别的，不能混淆，只有正确理解酸度计和电导率仪的温度补偿器对于仪器测量准确度的意义和作用，才能促进仪器的合理、正确使用，保证测量结果的准确性。同时通过文中温度补偿器出现异常的快速判定方法，使用者就可以自己合理判定温度补偿功能是否正常工作，当发现仪器温度补偿器可能存在异常时，需及时到计量检测机构对仪器进行检定。