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(xué)倫3

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

3湖南金竹山電廠(chǎng)，湖南冷水江417503)

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

關(guān)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(chǎng)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(cháng)度L＝11 800 mm，封頭共有七條環(huán)縫，每節環(huán)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(guò)程中產(chǎn)生高頻振動(dòng)，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(chǎn)生f＝28 Hz左右的高頻振動(dòng)。

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(fā)生泄漏。1995年1月，在第一道靠 下部發(fā)生與環(huán)縫垂直貫穿的縱向裂紋。1996年5月在低三道環(huán)縫又發(fā)生60 mm的橫穿入縫裂紋 ，8個(gè)丁字焊縫及2個(gè)放水管加強板角焊縫(每處約300 mm)經(jīng)滲透探傷發(fā)現4、5、6號三個(gè)字 焊縫處有裂紋，6號丁字焊縫為網(wǎng)狀裂紋，5號丁字焊縫為多條垂直于環(huán)縫的軸向裂紋，4號丁字焊縫為沿縱縫在熔合線(xiàn)處的一條單個(gè)裂紋，1997年4月大修時(shí)發(fā)現水箱水位線(xiàn)下的所有 環(huán)縫均存在裂紋與微裂紋。

1.3裂紋特點(diǎn)

1) 裂紋集中發(fā)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(huán)焊縫，并平行發(fā)展，只有個(gè)別裂紋與環(huán)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(fā)生于水箱內壁水位線(xiàn)以下的焊縫及熱影響區，最容易發(fā)生部位是環(huán)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(xiàn)附近，然后向焊縫兩側及外壁擴展。

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

2結果討論

實(shí)驗中金相組織觀(guān)察用OLYMPYSPMG3型金相顯微鏡，主要進(jìn)行以下分析：①失效裂 紋形態(tài)(內壁垂直于環(huán)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(guān)、微觀(guān)分析；③水箱內壁表面裂紋擴展方向觀(guān)察分析。

2.1應力腐蝕特征

裂紋尖部很尖且分叉充滿(mǎn)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(chǎn)生后，抗應力腐蝕能力下降，存在腐蝕介質(zhì)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(jìn)入一種較緩慢的疲勞擴展階段，在腐蝕介質(zhì)下經(jīng)受疲勞應力作用，繼續擴展，裂紋尖部圓鈍，說(shuō)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(chǎn)物，而且在裂紋長(cháng)度方向深度方向都有分叉，裂紋從水箱內壁表面熔合線(xiàn)附近發(fā)生，向外壁與母材方向擴展，裂紋主要是穿晶性質(zhì)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(zhì)，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(chǎn)物，裂紋端部尖細，裂紋分叉明顯，有時(shí)呈樹(shù)根狀 ，同時(shí)存在腐蝕介質(zhì)；疲勞主要表現為存在交變應力，金相樣品上觀(guān)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(hù)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(shù)，19865

3王少清16Mn高壓除氧器焊接接頭裂紋的成因［J］焊接學(xué)報，19941

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