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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(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(yàn)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(hào)除氧器水箱焊接接頭裂紋為對(duì)象對(duì)裂紋
的長度方向深度金相組織進(jìn)行分析相應(yīng)于個(gè)方向的形貌特征文中做了分析說明，所研究的結(jié)
果對(duì)認(rèn)識(shí)裂紋產(chǎn)生原因有參考價(jià)值。綜合分析認(rèn)為裂紋是應(yīng)力腐蝕疲勞性質(zhì)。
關(guān)鍵詞：除氧器水箱；焊接接頭；裂紋；應(yīng)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(hào)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(shè)計(jì)壁厚為14
mm，封頭設(shè)計(jì)壁厚為16 mm，水箱筒體規(guī)格直徑D＝3 019 mm， 長度L＝11 800
mm，封頭共有七條環(huán)縫，每節(jié)環(huán)筒由三片鋼板兩條縱向焊縫拼焊而成。
1號(hào)除氧器1981年10月投入運(yùn)行，到1997年為止，已累積運(yùn)行130 585 h，期間共啟停471次
，水箱啟停過程中產(chǎn)生高頻振動(dòng)，其振頻約達(dá)f＝30～40 Hz，振幅Hmax＝0.1 mm，每次 持續(xù)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(hào)除氧器投入運(yùn)行后，曾多次出現(xiàn)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(qiáng)板角焊縫(每處約300 mm)經(jīng)滲透探傷發(fā)現(xiàn)4、5、6號(hào)三個(gè)字
焊縫處有裂紋，6號(hào)丁字焊縫為網(wǎng)狀裂紋，5號(hào)丁字焊縫為多條垂直于環(huán)縫的軸向裂紋，4號(hào)丁字焊縫為沿縱縫在熔合線處的一條單個(gè)裂紋，1997年4月大修時(shí)發(fā)現(xiàn)水箱水位線下的所有
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(qū)，遠(yuǎn)離焊縫與熱影響區(qū)很少有裂紋。
2) 大多數(shù)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(nèi)壁水位線以下的焊縫及熱影響區(qū)，最容易發(fā)生部位是環(huán)焊縫與支撐結(jié)構(gòu)加強(qiáng)圈的間斷焊縫附近。
4) 裂紋起源于內(nèi)壁焊縫表面及熔合線附近，然后向焊縫兩側(cè)及外壁擴(kuò)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(chǎn)物并充滿裂紋。
2結(jié)果討論
實(shí)驗(yàn)中金相組織觀察用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(nèi)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(kuò)展?fàn)顩r的形貌；②水箱內(nèi)
壁焊接接頭宏觀、微觀分析；③水箱內(nèi)壁表面裂紋擴(kuò)展方向觀察分析。
2.1應(yīng)力腐蝕特征
裂紋尖部很尖且分叉充滿腐蝕夾雜物為應(yīng)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(qū)、母材區(qū)中擴(kuò)展，在熱影響區(qū)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(dǎo)致裂紋迅速擴(kuò)展，水箱上部為蒸汽下部為水，比較容易形成水側(cè)腐蝕，當(dāng)裂紋產(chǎn)生后，抗應(yīng)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(kuò)展路徑進(jìn)入一種較緩慢的疲勞擴(kuò)展階段，在腐蝕介質(zhì)下經(jīng)受疲勞應(yīng)力作用，繼續(xù)擴(kuò)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(chǎn)物，而且在裂紋長度方向深度方向都有分叉，裂紋從水箱內(nèi)壁表面熔合線附近發(fā)生，向外壁與母材方向擴(kuò)展，裂紋主要是穿晶性質(zhì)的。
3結(jié)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(kuò)展及變化 規(guī)
律。由金相分析可知，裂紋為應(yīng)力腐蝕疲勞性質(zhì)，在應(yīng)力腐蝕和疲勞交互作用下擴(kuò)展。應(yīng)力腐蝕主要表現(xiàn)為裂紋斷口及裂尖有腐蝕產(chǎn)物，裂紋端部尖細(xì)，裂紋分叉明顯，有時(shí)呈樹根狀
，同時(shí)存在腐蝕介質(zhì)；疲勞主要表現(xiàn)為存在交變應(yīng)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(yīng)力集中處萌生。
參考文獻(xiàn)
1顧亞戶125 MW機(jī)組除氧器水箱焊縫裂紋的調(diào)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(bào)，19941
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