锅炉给水预热器管箱高温段环焊缝开裂原因_卢雪梅.pdf

：锅炉给水预热器管箱高温段环焊缝开裂原因卢雪梅，陈梦婷，李燕姣，王亮，宋文明（机械工业上海蓝亚石化设备检测所有限公司，上海 ）摘要：采用渗透检测、金相检验、断口分析和力学性能测试等方法对锅炉给水预热器管箱高温段环焊缝开裂原因进行分析。结果表明：焊后热处理不符合要求，使环焊缝及热影响区形成马氏体；设备在服役过程中，马氏体分解产生析出相，使晶界蠕变能力降低，在高温运行环境下，环焊缝产生再热裂纹并发生沿晶开裂。关键词：锅炉给水预热器；再热裂纹；环焊缝；热处理中图分类号：；文献标志码：文章编号：（）收稿日期：作者简介：卢雪梅（），女，硕士，高级工程师，主要从事压力容器、压力管道检验以及金属材料的失效分析工作，（，）：，：；高压锅炉给水预热器属于三类压力容器。某公司锅炉给水预热器投入使用个月后，其管箱发生泄漏。经检查，确定泄漏点位于管箱高温段环焊缝处，裂纹垂直于焊缝。笔者采用一系列理化检验方法分析其开裂原因，并提出了改进建议。理化检验渗透检测截取高温段环焊缝为试样，依据 承压设备无损检测 第部分 渗透检测 标准，对试样焊缝外表面裂纹区进行渗透检测，结果如图所示，其中条裂纹未扩展至管箱母材，其余裂纹尖端均延伸至管箱母材，裂纹无分叉。金相检验沿垂直于焊缝的纵截面截取试样，抛光后采用体积分数为的硝酸乙醇溶液对其进行腐蚀，采用光学显微镜对其进行观察，结果如图所示。由图可知：管箱母材显微组织为贝氏体，热影响区显微组织为马氏体贝氏体铁素体，焊缝显微组织为马氏体铁素体贝氏体，马氏体为主要组织，部分晶界存在析出相，主裂纹上有树枝状小裂纹，为沿晶裂纹，焊缝区存在孤岛、台阶状的裂纹。初步判断，马氏体的形成与焊后热处理不符合要求有关。力学性能测试截取高温段环焊缝制作力学性能测试试样，分别采用拉伸试验机、冲击试验机和维氏硬度计对试样的拉伸、冲击性能和硬度进行测试，结果如表所示。由表可知：焊缝的断后伸长率、冲击吸收能量不满足标准对 钢的要求；焊缝、热影响卢雪梅，等：锅炉给水预热器管箱高温段环焊缝开裂原因图高温段环焊缝试样渗透检测结果图管箱母材、热影响区、焊缝处的显微组织形貌图裂纹的显微组织形貌表高温段环焊缝试样力学性能测试结果项目常温拉伸性能高温拉伸性能（）维氏硬度平均值抗拉强度 屈服强度 断后伸长率抗拉强度 屈服强度 断后伸长率母材焊缝热影响区冲击吸收能量（）实测值 ，标准值 区的硬度偏高，管箱母材的硬度正常。说明设备在高温服役过程中，金属基体内的杂质元素逐渐析出，偏聚于晶界，使焊缝材料的塑性变形能力和冲击韧性降低。断口分析采用扫描电镜（）对环焊缝断面进行观察，结果如图所示。由图可知：断面以沿晶开裂特征为主，存在二次裂纹，局部存在韧窝；区为焊缝组织柱状沿晶开裂颗粒，区为沿晶开裂特征，焊缝内存在颗粒状原始缺陷。从 分析可知，裂纹启裂于焊缝外表面，晶面存在较多颗粒状析出相。根据此现象可断定焊缝晶界的塑性变形能力较低。综合分析（）上述分析结果表明：管箱焊缝处材料硬度偏高，这是因为存在马氏体组织。对于铬钼钢厚壁容器的焊接，若未进行焊前预热或预热温度不够，焊接过程中冷却速率较快，当达到马氏体转变温度时，易产生马氏体组织。设备在高温服役时，马氏体进行回火分解，在晶界上产生析出相，使晶界的蠕变强度降低，在高温过程中易出现沿晶裂纹。（）焊缝裂纹仅出现在高温段，说明裂纹的出卢雪梅，等：锅炉给水预热器管箱高温段环焊缝开裂原因图环焊缝断面的 形貌现与其使用环境有关。该预热器管箱材料为 、管板材料为 ，属于低合金高强度钢，所选焊材 钢的化学成分与母材一致。当设备长期处于高温环境时，焊缝中的杂质元素会逐步向原奥氏体晶界富集，大大降低晶界的塑性变形能力，沉淀相在晶界的析出也为裂纹的萌生提供了条件，裂纹起始于焊缝和热影响区的粗晶区域，终止于热影响区和母材细晶区，符合厚板焊缝结构再热裂纹的开裂特征。结论及建议（）由于焊后热处理不符合要求，在焊缝区形成了马氏体，且晶间存在较多颗粒状的析出相，导致晶界的蠕变强度下降，塑性变形能力降低，设备在高温服役时形成了沿晶开裂的再热裂纹，以及长期高温环境下产生的热应力促进了裂纹的扩展，导致管箱环焊缝开裂。（）建议选择纯净度高的材料，避免杂质元素在晶界处富集；改进产品结构，降低产品自身的刚性；改进焊接工艺，控制预热及后热温度、热处理工艺；使用过程中避免超温、超压运行。参考文献：袁文君高压锅炉给水预热器管箱筒体裂纹修复设备管理与维修，（）：金永祥 耐热钢管超期服役的寿命估 算理化检验（物理分册），（）：刘宗昌，计云萍马氏体组织形貌形成机理热处理技术与装备，（）：张益铭，韩军，张乐某油田锅炉给水预热器开裂失效分析理化检验（物理分册），（）：甘美露，张强，王书强，等 钢蜗杆开裂原因分析理化检验（物理分册），（）：罗纯东 奥氏体不锈钢炉体应力腐蚀破裂失效分析石油化工设备，（）：櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥（上接第 页）李天亮，邹仕军，孙冬，等 飞机疲劳载荷谱分析的一种新方法机械科学与技术，（）：，郭小鹏，沙云东，张军 基于雨流计数法的随机声疲劳寿命估算方法研究沈阳航空工业学院学报，（）：张雨车辆总成性能检测技术北京：国防工业出版社，刘广兴，龚巍，王兆民 锅炉水冷壁内螺纹管泄漏原因分析理化检验（物理分册），（）：李如源 某核电厂主辅给水系统连接管座流固耦合分析与疲劳寿命评估 理化检验（物理分册），（）：，孙明成，李宏强，张艳红，等 热电厂锅炉屏式再热器管开裂原因分析理化检验（物理分册），（）：