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16Mn 除氧器水箱裂紋的顯微分析


張載明1,胡天明1,胡伯濤2,陳紅冬2,張學倫3

(1武漢水利電力大學,湖北武漢430072;2湖南省電力試驗研究所,湖南長沙410007;

3湖南金竹山電廠,湖南冷水江417503)

摘要:以金竹山電廠1號除氧器水箱焊接接頭裂紋為對象對裂紋 的長度方向深度金相組織進行分析相應于個方向的形貌特征文中做了分析說明,所研究的結 果對認識裂紋產生原因有參考價值。綜合分析認為裂紋是應力腐蝕疲勞性質。

關鍵詞:除氧器水箱;焊接接頭;裂紋;應用腐蝕疲勞

1概況

1.1除氧器水箱概況

湖南金竹山電廠1號除氧器水箱主體材料為16Mn,工作壓力為0.49 MPa,工作溫度為 158 ℃,筒體設計壁厚為14 mm,封頭設計壁厚為16 mm,水箱筒體規格直徑D=3 019 mm, 長度L=11 800 mm,封頭共有七條環縫,每節環筒由三片鋼板兩條縱向焊縫拼焊而成。

1號除氧器1981年10月投入運行,到1997年為止,已累積運行130 585 h,期間共啟停471次 ,水箱啟停過程中產生高頻振動,其振頻約達f=30~40 Hz,振幅Hmax=0.1 mm,每次 持續約2 h,在水箱筒體產生f=28 Hz左右的高頻振動。

1.2水箱裂紋

自從1號除氧器投入運行后,曾多次出現裂紋,發生泄漏。1995年1月,在第一道靠 下部發生與環縫垂直貫穿的縱向裂紋。1996年5月在低三道環縫又發生60 mm的橫穿入縫裂紋 ,8個丁字焊縫及2個放水管加強板角焊縫(每處約300 mm)經滲透探傷發現4、5、6號三個字 焊縫處有裂紋,6號丁字焊縫為網狀裂紋,5號丁字焊縫為多條垂直于環縫的軸向裂紋,4號丁字焊縫為沿縱縫在熔合線處的一條單個裂紋,1997年4月大修時發現水箱水位線下的所有 環縫均存在裂紋與微裂紋。

1.3裂紋特點

1) 裂紋集中發生在焊縫及熱影響區,遠離焊縫與熱影響區很少有裂紋。

2) 大多數裂紋方向垂直與環焊縫,并平行發展,只有個別裂紋與環焊縫平行或有一定夾角,縱向焊縫很少有裂紋。

3) 裂紋主要發生于水箱內壁水位線以下的焊縫及熱影響區,最容易發生部位是環焊縫與支撐結構加強圈的間斷焊縫附近。

4) 裂紋起源于內壁焊縫表面及熔合線附近,然后向焊縫兩側及外壁擴展。

5) 裂紋多為穿晶開裂,也有沿晶開裂,或混合開裂,有較多小分支,裂紋斷面表面覆蓋一層腐蝕產物并充滿裂紋。

2結果討論

實驗中金相組織觀察用OLYMPYSPMG3型金相顯微鏡,主要進行以下分析:①失效裂 紋形態(內壁垂直于環焊縫的縱向裂紋)試樣了解裂紋在深度方向擴展狀況的形貌;②水箱內 壁焊接接頭宏觀、微觀分析;③水箱內壁表面裂紋擴展方向觀察分析。

2.1應力腐蝕特征

裂紋尖部很尖且分叉充滿腐蝕夾雜物為應力腐蝕特征,在分叉裂紋前端主裂紋上方有兩三行微裂紋孔洞裂紋焊縫、熔合區、母材區中擴展,在熱影響區中分叉,裂紋尖端有較大 的MnS夾雜,形成較大孔洞,使韌性下降,導致裂紋迅速擴展,水箱上部為蒸汽下部為水,比較容易形成水側腐蝕,當裂紋產生后,抗應力腐蝕能力下降,存在腐蝕介質濃縮條件,加 重腐蝕。

2.2疲勞腐蝕特征

裂紋呈“Z”字型,擴展路徑進入一種較緩慢的疲勞擴展階段,在腐蝕介質下經受疲勞應力作用,繼續擴展,裂紋尖部圓鈍,說明疲勞腐蝕特征。

綜上所述,裂紋中都有大量灰黑色的腐蝕產物,而且在裂紋長度方向深度方向都有分叉,裂紋從水箱內壁表面熔合線附近發生,向外壁與母材方向擴展,裂紋主要是穿晶性質的。

3結論

16Mn除氧器水箱裂紋的金相組織形貌的照片,清晰地揭示出裂紋的起源、擴展及變化 規 律。由金相分析可知,裂紋為應力腐蝕疲勞性質,在應力腐蝕和疲勞交互作用下擴展。應力腐蝕主要表現為裂紋斷口及裂尖有腐蝕產物,裂紋端部尖細,裂紋分叉明顯,有時呈樹根狀 ,同時存在腐蝕介質;疲勞主要表現為存在交變應力,金相樣品上觀察到米粒大小蝕坑,裂紋分叉彎曲,末端圓鈍,裂紋主要在應力集中處萌生。

參考文獻

1顧亞戶125 MW機組除氧器水箱焊縫裂紋的調查及看法[J]華東電力,19873

2朱瑜麟腐蝕破裂分析及處理[J]電力技術,19865

3王少清16Mn高壓除氧器焊接接頭裂紋的成因[J]焊接學報,19941

 

 

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