对流过热器与屏式过热器区别（分享高温过热器T91）

对流过热器与屏式过热器区别（分享高温过热器T91）图２为焊接接头的结构示意图 可见 T９１钢管 侧母材的规格为?４４．５mm×９．６mm TP３４７H 钢 管侧母材的规格为?４４．５mm×７．５mm 两段管材 壁厚相差２．１mm.焊接时对 T９１钢管侧内壁进行 了车削 车削后的剩余厚度仅有５．３mm 左右 存在 过量车削现象.查阅相关强度计算书 该钢管的最 小需要壁厚为６．１４mm 可见车削后的钢管厚度已 经小于钢管的最小需要壁厚.１．２ 结构分析１ 理化检验１．１ 宏观检查图１为断裂失效的高温过热器 T９１/TP３４７H 异种钢焊接 接 头 的 宏 观 形 貌 断 裂 发 生 在 焊 接 接 头的 T９１钢管侧热影响区位置 断口呈斜坡状 由 图１a)可见断口附近钢管明显胀粗 断裂处管内外 壁均有龟裂 纹 存 在 龟 裂 纹 扩 展 方 向 为 钢 管 轴 向和周向.断 口 截 面 上 有 明 显 的 氧 化 皮 存 在 说 明 裂纹的扩

摘 要:某电厂超临界火电锅炉的高温过热器管在服役约４×１０４ h后 T９１/TP３４７H 异种钢焊 接接头 T９１钢管侧出现环向断裂事故.通过宏观检查、结构分析、化学成分分析、金相检验及硬度 测试等方法 对该焊接接头断裂失效的原因进行了分析.结果表明:焊接接头的 T９１钢管侧内壁 车削后的厚度小于钢管的最小需要壁厚 该处钢管过量车削后的结构造成的工质流动变化引起了 局部超温 材料加速老化 钢管强度下降;T９１钢管侧热影响区由于强度不足而发生胀粗 产生蠕 变裂纹 裂纹在轴向应力的作用下不断扩展 最终引起钢管环向断裂.

关键词:异种钢;焊接接头;环向断裂;过量车削;热胀应力

中图分类号:TK２２３．３;TG４０７ 文献标志码:B 文章编号:１００１Ｇ４０１２(２０１８)０１Ｇ００６７Ｇ０４

近年来 为了减少二氧化碳等温室气体的排放、 保护环境、节约一次能源及提高热效率 火力发电厂 正在逐步建设大容量超(超)临界机组.而随着火力 发电厂机组参数的不断提高 以 T９１ T９２为代表的 铁素体耐热钢及 TP３４７H Super３０４H 为代表的奥氏 体耐热钢在电站建设中的应用越来越多 因而这些新 型耐热钢间的同种钢、异种钢焊接不可避免[１Ｇ３]. 某电厂超临界火电锅炉机组的高温过热器部件 服役约４×１０４h后 高温过热器 T９１/TP３４７H 异种 钢焊接接头发生断裂事故 笔者通过一系列理化检 验分析其失效原因 以避免类似事故重复发生.

１ 理化检验

１．１ 宏观检查

图１为断裂失效的高温过热器 T９１/TP３４７H 异种钢焊接 接 头 的 宏 观 形 貌 断 裂 发 生 在 焊 接 接 头的 T９１钢管侧热影响区位置 断口呈斜坡状 由 图１a)可见断口附近钢管明显胀粗 断裂处管内外 壁均有龟裂 纹 存 在 龟 裂 纹 扩 展 方 向 为 钢 管 轴 向和周向.断 口 截 面 上 有 明 显 的 氧 化 皮 存 在 说 明 裂纹的扩展经历了一个较长的过程.靠近内壁的 断口边缘局 部 保 留 有 金 属 光 泽 说 明 钢 管 裂 纹 由 外壁 向 内 壁 扩 展.T９１ 钢 管 一 侧 距 离 断 口 约 １５mm 的位置有明 显 的 车 削 平 台 形 成 一 个 较 大 的变截面.

１．２ 结构分析

图２为焊接接头的结构示意图 可见 T９１钢管 侧母材的规格为?４４．５mm×９．６mm TP３４７H 钢 管侧母材的规格为?４４．５mm×７．５mm 两段管材 壁厚相差２．１mm.焊接时对 T９１钢管侧内壁进行 了车削 车削后的剩余厚度仅有５．３mm 左右 存在 过量车削现象.查阅相关强度计算书 该钢管的最 小需要壁厚为６．１４mm 可见车削后的钢管厚度已 经小于钢管的最小需要壁厚.

１．３ 化学成分分析

利用SPECTRO TEST 全定量直读光谱仪对 发生断裂的 T９１钢管进行了化学成分分析 结果见 表１.由表 １ 可见 T９１ 钢管的化学成分符合 GB ５３１０－２００８«高压锅炉用无缝钢管»[４]的要求.

１．４ 金相检验

在 T９１钢管侧断裂位置截取试样 经磨制、抛 光后 采用 FeCl３溶液进行侵蚀 然后在 ZeissAxio ObserverA１m 型金相显微镜下观察金相试样的显 微组织形貌.

图３为 T９１钢管侧断口附近的显微组织形貌. 由图３a)可见断裂位置为 T９１钢管侧热影响区位 置 距 T９１钢管侧熔合线约４mm.图３b)和图３c) 显示断口边缘显微组织为铁素体＋碳化物 箭头所 示为机械变形导致拉长的蠕变孔洞 碳化物析出聚 集 部分碳化物呈块状.宏观检查中发现管内壁有 一圈车削减薄的痕迹 由图３d)可见车削位置平均 剩余壁厚约为５．３mm.由图３e)可见车削位置管内 壁有均匀分布的氧化皮 平均厚度约为０．１３mm 显 微组织为铁素体＋碳化物.

图４为 T９１钢管侧距断口１００ mm 位置的显 微组织形貌.由图４a) b)可见 管内壁存在平均厚 度约０．３３ mm 的氧化皮 管外壁存在平均厚度约 ０．１５mm的氧化皮.由图４c) d)可见 钢管壁厚方 向中间位置的显微组织为铁素体＋碳化物 马氏体 完全分解 碳化物明显聚集长大.

１．５ 硬度测试

采用 HBWＧ３０００型布氏硬度计对焊接接头进 行硬度测试 加载载荷为１８３８．７N(１８７．５kgf) 加 载时间为１０s 测试位置为图２中的７处位置 测试 结果见表２.结果显示 T９１钢管侧硬度低于 DL/T ４３８－２０１６«火力发电厂金属技术监督规程»[５]要求 的下限 TP３４７H 钢管侧硬度符合标准要求.

２ 分析与讨论

该焊接接头的失效表现为 T９１钢管侧热影响 区整圈断裂 断口呈斜坡状 断口附近钢管明显胀粗 断裂处管内外壁均有龟裂纹存在 宏观表现为长 期超温爆管特征.

焊接接头两侧钢管壁厚差别较大 焊接时对较 厚的 T９１钢管进行了内壁车削 而车削过程控制不严格导致内壁过量车削 使钢管剩余壁厚小于钢管 的最小需要壁厚.钢管车削加工后 介质经过由车 削形成的台阶时 介质流场有较大的改变 造成车削 段内壁介质流速减小 冷却能力下降 从而造成局部 温度较大幅度提高[６] 加速了钢管老化的速度 钢管 强度急剧下降.钢管开裂位置在 T９１钢管侧焊接 热影响区 断口边缘组织老化严重 附近有受到机械 作用而拉长的蠕变孔洞 钢管开裂的性质为蠕变断 裂.距离断口１００mm 附近的显微组织中马氏体完 全分解为铁素体＋碳化物 硬度低于标准要求的下 限 进一步验证了钢管经历了长时间超温运行.

异种钢焊接接头的两侧材料为马氏体不锈钢和 奥氏体不锈钢 两侧弹性模量和热膨胀系数有较大 差异 使得焊接接头在机组启停冷热交替过程中存 在轴向热胀应力[７] 而车削加工位置本身厚度不足 加上超温导致材料加剧老化 在长期运行条件下钢 管在最薄弱的车削位置发生断裂失效.

３ 结论及建议

该高温过热器异种钢焊接接头在 T９１钢管侧 发生断裂 原因是 T９１钢管内壁过量车削造成钢管 壁厚小于最小需要壁厚 同时该处钢管超温运行 管 材加速老化 强度下降.焊接接头 T９１钢管侧热影 响区由于强度不足而发生蠕变胀粗 并在轴向应力的作用下在过量车削位置发生环向断裂.

建议加强监督焊口的安装施工过程 避免管壁 过量车削;加大检修过程的检查力度 对于钢管车削 过量的焊接接头进行更换;加强运行监控 防止超温 运行导致管材加速老化.

参考文献:

[１] 孙伟 葛 萍 秦 萍 丽 等．SAＧ２１３T９１ ＋ SAＧ ２１３TP３４７H 异种 钢 接 头 失 效 分 析 [J]．锅 炉 制 造 ２０１５(２):２７Ｇ２９．

[２] 蒙新明 张路 赖云亭 等．某超临界机组锅炉过热器 管爆管原因分析[J]．理化检验(物理分册) ２０１５ ５１ (５):３５３Ｇ３５５．

[３] 卢书媛 王卫忠 俞璐 等．锅炉过热器管爆裂原因分 析[J]．理化检验(物理分册) ２０１６ ５２(１１):８０７Ｇ８０９．

[４] GB５３１０－２００８ 高压锅炉用无缝钢管[S]．

[５] DL/T４３８－２０１６ 火 力 发 电 厂 金 属 技 术 监 督 规 程 [S]．

[６] 郑坊平 马红 王弘喆 等．T９１/TP３４７H 高温再热器 管焊缝开裂原因分析[J]．热力发电 ２０１１ ４０(１１): ９５Ｇ９９．

[７] 凌伟 葛辽海 任 振 安 等．马 氏 体 和 奥 氏 体 不 锈 钢 TIG焊端 接 接 头 失 效 分 析 [J]．焊 接 学 报 ２００７ ２８ (５):８９Ｇ９２．

<文章来源 > 材料与测试网 > 期刊论文 > 理化检验－物理分册 > 54卷 > 1期 (pp:67-70)>