分享：６６０MW 高压加热器接管角焊缝开裂原因分析

ty实话实说2017

戴 要:某６６０MW 下压减热器的筒体接收角焊缝正在焊接过程当中发作开裂并扩大至筒体母材.对其停止了宏不雅查验、硬度测试、金相查验、扫描电镜及能谱阐发,以阐发开裂缘故原由.成果表白:接收取筒体角焊缝根部成形没有良,存正在夹渣气鼓鼓孔等焊接缺点;正在焊策应力、构造拘谨应力的感化下,焊接缺点处发生应力集合,裂纹今后处萌发并扩大开裂.接纳了取筒体返建启齿尺微暇婚配的团体锻件返建计划,强度计较满意设想请求,并一次返建及格。
枢纽词:下压减热器;接收;角焊缝;裂纹;缺点;返建
中图分类号:TG４０１ 文献标记码:B 文章编号:１００１Ｇ４０１２(２０１７)０７Ｇ０５１９Ｇ０５
ReasonAnalysisonCrackingoftheFilletWeldingSeamofthe６６０MWHighPressureHeaterNozzleRENXiaohu,CHENMing,XIEXiaoyuan,PENGFangfang,XIAODongping
(DongfangBoilerGroupCo．,Ltd．,DongfangElectricCorporation,Deyang６１８０００,China)
Abstract:Thefilletweldingseamofthe６６０MWhighpressureheaternozzlecrackedandthecracksextendedtothebase materialofthecylinderintheprocessofwelding．Theweldseamwasexaminedbymacrographicexamination,hardnesstesting,metallographicexamination,scanningelectronmicroscopeandenergyspectrumanalysistoanalyzethecrackingreasons．Theresultsshowthat:theformationwasbadatthefilletweldrootofthenozzleandcylinder,andtherewereweldingdefectssuchasslag,porosityandsoon;undertheactionofweldingstressandstructuralrestraintstress,stressconcentrationgeneratedonthepositionofweldingdefects,whichledtocrackinitiationandpropagation．Theintegralforgingschemewhichmatchedwiththerepairinggapofthecylinder
wasadopted,andtheforgingstrengthcalculationcouldmeetthedesignrequirementsandtherepairhadbeensuccessfullydoneatthefirsttry．
Keywords:highpressureheater;nozzle;filletweldingseam;crack;defect;repair
下压减热器是操纵去自汽轮机的抽汽减热汽锅给火,使给火到达所请求的温度,从而进步电厂的热服从战包管机组着力,同时确保机组下效、宁静、经济运转[１].
某６６０ MW 下压减热器正在焊接筒体接收角焊缝过程当中,发明接收边上筒体母材有贯串性裂纹.
从筒体内乱部看到的裂纹描摹如图１a)所示,两条裂纹别离编 号 为 １ 号 战 ２ 号,１ 号 裂 纹 内乱 壁 少 度 约１００mm,２号裂纹内乱壁少度约１７０ mm.筒体母材质料为SAＧ５１６Gr７０钢板,壁薄为１２０ mm,接收质料为 １６MnII钢 锻 件,规 格 为 中 径 １６５ mm、内乱 径４５mm.筒体战接收的坡心情势睹图１b),坡心接纳气鼓鼓割开孔,并接纳砂轮挨磨坡心使其显现金属光芒.接收焊接接纳脚工焊,焊条质料为 CHE５０７R(标 准 牌 号 NB/T ４７０１８ E５０１５),焊 条 正在 ３５０~４００ ℃下烘干１~１．５h,焊接工艺参数睹表１,焊后立刻停止焊后热处置(２００~２５０ ℃,２~３h),筒体母材、接收、焊条均经进厂验支及格.
为了查明筒体裂纹发生的缘故原由,确保后绝返建胜利,制止再次呈现同类成绩,笔者对筒体裂纹地区与样停止了理化查验战阐发。

１ 理化查验
１．１ 宏不雅查验
拔取１号裂纹做为研讨工具,阐发裂纹的发生缘故原由.与下的裂纹试样内乱壁描摹如图２所示,试样包罗接收、角焊缝战筒体,和肇端于角焊缝并停止于筒体母材的裂纹.

图２ １号裂纹试样描摹

Fig.２ MorphologyofNo.１crackspecimen

将图２所示裂纹试样沿红色真线切开,对切开的截里停止挨磨并酸蚀,描摹如图３a)所示.能够看出:右边存正在两处来源于角焊缝根部的粗大裂纹,睹图３a)中玄色箭头所指;角焊缝根部存正在大批夹渣、气鼓鼓孔等缺点,睹图３a)中红色箭头所指;别的另有一条险些贯串角焊缝的裂纹,该当为１号裂纹的延长.将图２所示裂纹试样沿红色实线切开,可睹其截里上存正在一条沿筒体母材薄度标的目的的贯串性裂纹,如图３b)所示,该裂纹为１号裂纹正在母材上的延长裂纹.

图３ １号裂纹试样剖解后的截里描摹

Fig.３ SectionmorphologyofNo.１crackspecimenafterdissection

a cutalongthesolidlineofFig.２

b cutalongthedottedlineofFig.２

将图３所示裂纹翻开,再按本地位拼接,断心描摹如图４a)所示.按照断心描摹,能够判定裂纹的扩大标的目的,此中标示f１战f２两处裂纹源,f１位于角焊缝根部,间隔筒体内乱壁约２０mm.f１部分描摹睹图４b),能够看出裂纹从角焊缝根部f１处萌发后沿角焊缝背筒体中壁标的目的扩大,扩大标的目的如图４b)中红色箭头所示.f２位于筒体母材取角焊缝的熔开线地位,间隔筒体中壁约１９mm.筒体母材取角焊缝的熔开线显现出相似剪切唇的“突变”式台阶,能够看出,裂纹从f２处正在筒体母材内乱从中壁沿内乱壁标的目的扩大.从上述察看成果判定,裂纹源为f１处,正在焊缝外向中壁标的目的扩大,正在f２处发作迁移转变,扩大至筒体母材.

图４ １号裂纹断心描摹

Fig.４ FracturemorphologyofNo.１cracka overallmorphology b morphologyofthef１cracksource

１．２ 硬度测试
从f１战f２裂纹源地位与样,对焊缝、母材、热影响辨别别停止硬度测试,成果如表２所示.比照
f１战f２两处裂纹源地位的硬度,能够看出两处地位的母材及热影响区的硬度根本分歧,但f１处的焊缝硬度近低于f２处的.那是因为f１地位为挨底焊,需求预热１００~１５０ ℃,焊接后焊缝金属热却较缓;f２地位为盖里焊讲,焊后热却较快,因此f２地位焊缝硬度较下.表２ f１战f２裂纹源地区硬度测试成果。

１．３ 金相查验
正在f１裂纹源地位造与金相试样,接纳４％(体积分数)硝酸酒粗溶液停止腐蚀,微不雅构造描摹如图５所示.焊缝及热影响区构造为铁素体＋珠光体,热影响区构造中的珠光体相对较多,取焊缝及热影响区的硬度相婚配.
１．４ 扫描电镜及能谱阐发

图５ 焊缝及热影响区的隐微构造描摹

Fig.５ Microstructuremorphologyoftheweldingseamandheheataffectedzonea weldingseam b heataffectedzone

如图６所示,能够看出f１裂纹源处有同物存正在.对该同物停止能谱阐发,成果如图７所示,成果表白其露有较多碳、氮、氧、硫元素,能够断定该同物为夹渣类缺点.夹渣呈现的地位易构成裂纹源,招致正在其四周构成解理断心,使焊接讨论开裂生效[２].

Fig.６ Morphologyofthef１cracksourcea macromorphology b slagdefectinthecracksource

察看断心部位的f２裂纹源,f２裂纹源处存正在尺微暇约为６mm×２mm 的已熔开缺点,睹图８a),已熔开结尾(睹箭头所指)为热影响区,断裂情势为解理断裂,系典范的坚性断裂描摹,睹图８b).

图８ f２裂纹源扫描电镜描摹

Fig.８ Scanningelectronmicroscopemorphologyofthef２cracksource

a incompletefusiondefect b morphologyofthearrowposition

２ 阐发取会商
接收是下压减热器常睹的构造情势之一.接收部位受力前提庞大、多少外形变革年夜,易构成下应变区,招致应力集合,特别正在薄壁容器中这类焊缝的拘谨度相称年夜,残存应力也较年夜,易发生裂纹等缺点.
正在制作过程当中,必需增强接收焊缝焊接的历程掌握,当真做好坡心减工、预热等筹办事情,根据经评定及格的焊接工艺停止施焊,同时避免发生已焊透、夹渣等缺点,从而削减焊接裂纹的发生[３].文献[４]正在对下压减热器角焊缝裂纹停止阐发时以为,根部已焊透是招致焊接热裂纹构成的缘故原由,文献[５]以为焊接热应力及拘谨应力是形成接收取筒体焊接裂纹的缘故原由,文献[６]发明焊接预热不敷会招致接收焊缝裂纹并伤及母材.
别的,文献[７]研讨表白,已实时停止消氢处置也是招致接收战筒体焊接发生裂纹的主要缘故原由.氢致裂纹次要发生正在下、中碳钢及中、低开金下强度钢的焊接热影响区,影响身分次要有拘谨应力、淬硬构造战氢.陈渝等[８]研讨表白,钢的硬度取氢致开裂敏理性有闭,当硬度年夜于３８ HRC 时具有氢致开裂的风险;于书铭等[９]研讨表白,马氏体的存正在增进了氢致开裂的发生.畴前文阐发去看,焊缝及热影响区的隐微构造均为铁素体＋珠光体,没有存正在马氏体等淬硬构造,其硬度近低于３８ HRC 的氢致开裂的特性值,别的,裂纹来源于焊缝而非热影响区,因此能够解除角焊缝裂纹是氢致开裂的能够。
断心描摹显现该裂纹存正在f１ 战f２ 两 处 裂 纹源,其 中 f１ 位 于 角 焊 缝 根 部,距 离 筒 体 内乱 壁 约２０mm;f２位于母材取角焊缝熔开线地位,间隔筒体中壁约１９mm.容器筒体开孔后,不单减弱了容器壁的强度,并且正在筒体取接收的毗连处,因为本筒体构造发生了变革,正在开孔地区构成一个部分的下应力集合区.开孔边沿处的应力凡是较下,以至超越了质料的屈从强度.开孔越年夜,对焊接量量的影响凡是越明显.接收取筒体焊接时,焊缝正在焊后热却膨胀过程当中发生较年夜的三背拘谨推应力,构成很年夜的内乱应力,低落了金属正在起裂地位(或裂纹前端)的临界应力,当此处的部分应力超越此临界应力时便会形成开裂[７].当焊缝有夹渣、已焊透等缺点时,焊缝缺点处便会发生应力集合,正在应力感化下更简单发生裂纹[３,１０].按照断心上的裂纹扩大纹理把戏,判定f１为裂纹的本初起裂面,那是因为角焊缝根部焊接成形好,存正在大批的夹渣、气鼓鼓孔等缺点(图３战图６),为焊缝的单薄部位.正在筒体热卷形变残存应力战焊策应力的感化下,焊接缺点处发生应力集合,萌发裂纹,构成f１裂纹源,并正在上述应力的感化下进一步背四周扩大.当裂纹扩大至熔开线时,果母材具有更好的抗裂性,遭到较年夜的阻力,易以持续扩大.裂纹持续沿焊缝扩大过程当中,正在角焊缝取母材熔开线的单薄地位f２处(存正在已熔开缺点)发作迁移转变.扫描电镜察看成果表白,f２裂纹源发生于熔开线四周的热影响区,该地位存正在尺微暇约６mm×２mm 的已熔开缺点,正在中力感化下构成两次裂纹源.因为此处焊缝为盖里焊讲,焊缝金属硬度较母材的下(表２),裂纹超出熔开线背母材扩大,从而构成正在筒体母材上的贯串性裂纹.综上所述,裂纹发生缘故原由是焊缝根部成形没有良,存正在夹渣、气鼓鼓孔等焊接缺点,正在焊策应力、构造拘谨应力的感化下,焊接缺点处发生应力集合,招致角焊缝开裂并扩大至筒体母材。
３ 返建
对筒体母材裂纹采纳挨行裂孔＋气鼓鼓割的方法,消弭裂纹并挨磨来除气鼓鼓割层.缺点消弭后,筒体启齿尺微暇已达５５０mm×３００mm,分离筒体启齿尺微暇年夜的特性,综开思索各圆里身分,接纳团体锻件并减工至符合尺微暇再从头焊接接收角焊缝,经强度计较完整满意设想请求.该计划不只能有用收缩返建周期,并且能躲避量量风险,为最劣返建计划.接收取筒体拆焊到位,根据本工艺停止焊前预热、焊接及焊后热处置,并对该接收战筒体的角焊缝停止１００％射线探伤检测＋１００％超声探伤检测＋１００％磁粉探伤检测,成果显现该接收返建一次交检及格。
４ 结论
(１)该接收取筒体角焊缝根部成形没有良,存正在夹渣、气鼓鼓孔等焊接缺点,正在焊策应力、构造拘谨应力的感化下,焊接缺点处发生应力集合,裂纹今后处萌发并扩大开裂。
(２)对开裂筒体采纳团体锻件的返建计划,经计较强度满意设想请求,并一次返建及格。

（文章滥觞：质料取测试网）

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