不锈钢U型管发生爆裂主要源于材料缺陷、加工应力及环境腐蚀的共同作用。
其中,材料缺陷包括原材料质量缺陷,含杂质(如中频炉料)或成分不均(碳含量过高、铬镍不足),导致局部应力集中成为裂纹起点。焊接工艺失控,比如焊缝未焊透、虚焊削弱连接强度;氮气保护不足使焊缝氧化脆化;过度打磨导致焊缝过薄(扩口时应力集中)。
还有冷加工残余应力,弯管处外缘残留高幅值拉应力(尤其变形量>15%时),叠加腐蚀介质后诱发开裂。
环境腐蚀主要表现为应力腐蚀开裂,如氯离子富集,换热介质中Cl⁻浓度>2ppm时,弯管段在残余拉应力下发生晶间腐蚀;温度梯度,U型管两直段膨胀差产生附加热应力(>200℃时风险剧增)。以及疲劳与冲击载荷,流体脉动引发高频震动,弯管外侧承受交变应力;水锤效应造成瞬时压力冲击(超设计承压能力)。
还有就是设计安装风险,比如结构设计缺陷,排气阀缺失导致气蚀,或壁厚选型不足(高压工况下环向应力超标)。安装应力叠加,回填不实引发管道位移,弯管处承受横向弯矩。
因此预防爆管就得控制材料、弯管工艺、焊接质量和环境防护。
核电换热器等严苛场景需进行U型管应力腐蚀复现试验(按ASME标准)。