锅炉主蒸汽联箱导汽管角接头开裂原因分析及其处理.pdfVIP

锅炉主蒸汽联箱导汽管角接头开裂原因分析及处理 山西霍州发电厂 贺卫国 程竞雄 摘要：本文从管座角接头开裂原园分析出发，通过宏观及微观的观察分析．推断出产生裂 纹的主要原因是：焊接质量差、材质老化及疲劳损伤的综合结果．针对性地提出处理措施， 制定了更换管座的焊接工艺．并提出了锅炉在经过长期运行后，检修时的注意问题。 关键词：裂纹分析老化疲劳焊接 一一 ’ 月lJ 昌 霍州发电厂删炉由哈尔滨锅炉厂生产，型号为HG—410，100—I型．于1978年11月投 产，累计运行时数136000小时，期问大修6次．小修23次，该机组从90年改为调峰机组． 机组调峰后，启停次数明显增加，统计资料中9097年问停机组扶数达120次．月平均1．3 次，其中备用调峰达120次，占总启停次数的85％．近几年，随着电网对电量的调整．机组 启停次数有增无减。96年间，启停27次，尽有24次调峰，月平均达2次，机组启停频繁， 形成的起伏不定的温度应力作用，对金属寿命的影响明显表露出来．94年12月锅炉主蒸汽 高过出口联箱角接头，上部热响区先后出现了两次主蒸汽泄露事故。97年lO月．机组大修， 对该部位进行了全面检查，主蒸汽集汽朕箱导汽管、高过出口联箱导汽管(连接方式见图1)20 处角接头．有6处角焊缝边缘出现明显的横向开裂，裂纹最长的超过500mm，裂深达13～ 15mm(壁厚18ram)．焊缝的超声波探伤检验结果中，还有9处存在超标缺陷，显然，裂纹的 出现与焊接质量羞有一定关系，但对于强度校核壁厚余度较大的管材，出现如此多的裂纹， 还应考虑受周期性变动负荷的影响，为确保角焊缝的安全性，必须准确判断管座角接头开裂 原因，并积极采取有效措施，防止类似事故发生。 囤l群4炉导汽管布置示意圈 山西省电机工程学会第五届学术年会暨首届青年科技论文变流会优秀论文集 1开裂处及取样部位： 导汽管材规格：中159×18，材质：12crlMov{ 联箱管材规格：高过出C10325×50，集汽联箱：中426X50，材质：12CrIMoV 运行介质条件：高过出口烟气温度800C．过热主蒸汽温度540C，压力9．8MPa。 2裂纹特征 取睨试样进行几方面观察分析： 2．1裂坟走l句如图2 圈2 圈3 2．2裂纹端部放大32倍(如图3)：裂纹为横向，产生在管座角接头上热影响区．裂源表面隐 约可见一些疲劳纹，裂深13ram．从接头过热细晶区扩展到正火粗晶区，裂端沿晶．且沿晶 方向上布满了聚集式的碳化物和沿晶裂纹。延裂纹扩展方向向前移动观察，裂纹呈分段向前 延伸状．考虑产生如此扩展的原因，主要与周期应力有关． 2．3裂纹断面观察：对开裂处的断面观察．断面平整．无塑性交形，表面粗糙呈晶粒状，小 平面上略有光泽，放大200倍以上时，部分位置可观察到断口上有晶粒多面体特征．有沿晶 断裂的断口特征．观察整个断面可模糊发现一些较粗的疲劳扩展条纹． 2．4金相组织情况：放大400倍后，裂纹附过母材组织为：F+M状碳化物．珠光体完全消失． 球化达4—5级．组织已严重恶化，晶界上布满了微裂纹，三晶交界处特别明显． 3裂纹产生原因分析 3．1从珠光体耐热钢长期高温运行的变化特征出发．400倍放大的组织中，珠光体的片层结 构己完全瓦解，形成了碳化物的大量球化和聚集．且F晶界上碳化物已形核成长．线密度明 显增加，清晰的粗大碳化物极易产生蠕变裂纹。从理论上讲．蠕变开裂便是这些薄弱部位在 山西省电机工程学会第五届学术年会暨首届青年科技论文交流会优秀论文集 应力作用下“空位”在晶界的聚集，是“空位”连通开裂。 在高温蠕变中，晶界的滑动是十分显著的，三晶交界处在滑动过程中产生的应力集中是 较大的，微裂纹的成核、成长、连通是长期蠕变的自然结果．这说明管材已明显老化。而事 实上，加快这种变化导致其提前产生裂纹，并形成裂纹扩展破坏的根本，就在于金属组织恶 化，为裂纹的产生、扩展提供先天条件。 金相组织观察中，微裂纹的分布与长期高温中存在的一神热疲劳损伤息息相关，热疲劳 是由于长期变化的热应力造成的。分析当前运行工况．机组调峰后，启停机组时，严重的温 差变化或过热器中汽流的不均匀性．都是造成热应力的原因．从联箱两侧导汽管座开裂相对 较多的外部特点．也能