2.1 失效类型
波纹管的失效在管线试压和运行期间均有发生。管线试压时出现
问题主要有三种类型：由于管系临时支撑不当，或管系固定支架设置
不合理，导致支架破坏，波纹管过量变形而失效；由于波纹管设计
所考虑的压力或位移安全富裕度不够，管线试压时波纹管产生失稳变
形失效；补偿器制造质量问题，制造厂偷工减料，5 层不锈钢私自
改为3 层或更少。
波纹管在运行期间的失效主要表现为腐蚀泄漏和失稳变形两种
形式，其中以腐蚀失效居多。从腐蚀失效波纹管的解剖分析发现，腐
蚀失效通常分点腐蚀穿孔和应力腐蚀开裂，其中氯离子应力腐蚀开
裂约占整个腐蚀失效的95％。波纹管失稳有强度失稳和结构失稳两
种类型，强度失稳包括内外压波纹管平面失稳和外压波纹管周向失
稳；结构失稳是内压波纹管补偿器的柱失稳。
2.2 设计疲劳寿命与稳定性及应力腐蚀的关系
波纹管的设计主要考虑耐压强度、稳定性和疲劳性能等三个方面的因
素。虽然国家标准和美国EJMA 标准对这几方面的计算和评定都有明
确的规定，但从多年的应用实践和波纹管失效分析中发现，标准中
给出的关于稳定性的计算和评定方法不够全面，且疲劳寿命也仅给出
了比较粗的界限范围（平均疲劳寿命在103～105 适用）。有时一个
完全符合标准要求的产品，在实际使用时也会出现一些问题。如内压
轴向型补偿器预变位状态在压力试验时波纹管易产生平面失稳，大
直径外压轴向型补偿器全位移工作状态波纹管易产生周向失稳，小直
径复式拉杆型补偿器、铰链型补偿器全位移工作状态易产生柱失稳。
波纹管过大的变形不仅对其稳定性造成影响，还会为应力腐蚀提供
有利的环境条件。
2.2.1 波纹管疲劳寿命与其综合应力波纹管的补偿量取决于
其疲劳寿命，疲劳寿命越高，波纹管单波补偿量越小。为了降低成本，
提高单波补偿量，有些生产厂家将波纹管的许用疲劳寿命降得很低，
这样会导致由位移引起的波纹管子午向弯曲应力很大，综合应力很
高，大大降低了波纹管的稳定性。表1 给出了无加强U 形波纹管许
用疲劳寿命与子午向综合应力及单波补偿量之间的关系。
2.2.2 波纹管的综合应力与其耐压强度由标准中给出的波纹管
平面稳定性和周向稳定性的计算方法和评定标准可以看出，二者反映
的均为强度问题。当波纹管设计的许用寿命较低时，不仅其子午向综
合应力较高，环向应力也比较高，使波纹管局部很快进入塑性变形，
导致波纹管失稳。
对于内压波纹管，位移应力在波纹管波峰和波谷处形成塑性铰，
再加上压力应力，波纹管很快产生平面失稳。这就是低疲劳寿命波纹
管在位移条件下平面失稳压力远低于高疲劳寿命的波纹管的根本原
因。
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