超高温机组异种钢焊接接头断裂原因分析及预防建议

发布时间：2021-06-29 01:41

　　以某火力发电厂一台660MW机组的高中压缸第2级隔板叶片（10Cr11Co3W3NiMoVNbNB）与隔板外环（2Cr11MoVNbN）的异种钢焊接接头为例,从断裂面位置、裂纹特征及形貌、接头微观组织与显微硬度等方面分析了接头断裂的主要原因并提出预防措施。结果表明,受材质与服役环境的影响,接头叶片侧热影响区组织晶粒粗大,出现软化层,在多重应力的作用下,该部位产生蠕变损伤,形成蠕变孔洞,孔洞经过扩展、连接而汇集成裂纹,最终导致接头发生脆性断裂。针对此断裂原因,提出主要从优化系统结构设计、改进焊接工艺与提高产品无损检测标准等方面来降低异种钢焊接接头断裂的概率,保证机组的安全运行。 

【文章来源】：热加工工艺. 2020,49(11)北大核心

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

隔板焊缝失效宏观形貌

从隔板上沿根部断裂的叶片处进行断口取样，断口宏观形貌如图2所示。由图可知，该断口表面凹凸不平，受高温高压蒸汽的氧化作用，断口表面被一层黑色的氧化物覆盖。显然，该断面是由于受到了较大的应力而导致的脆性断裂。采用能谱检测对断口表面进行元素分析，没有发现钴（Co）和钨（W）元素。由叶片的材质可知，该断口位置并不在叶片上，可能位于焊缝处。2.2 裂纹分析

图3为外环（2Cr11MoVNbN）与叶片（10Cr11Co3W3 Ni MoVNbNB）焊缝处裂纹的宏观形貌，图中1点为裂纹起始端，2点为裂纹扩展方向，3点为裂纹尖端。由图可知，沿焊缝纵向多处存在未焊透、孔洞等焊接缺陷，这些缺陷往往成为裂纹形成的根源。对图3中的1、2、3点进行能谱元素分析可知，1、2、3点的铬（Cr）含量约为11%～15%，三个位置均没有检测到Co与W元素（叶片材料中含有Co与W）。由此可知，裂纹起始端（源）位于叶片侧热影响区附近，在外界环境的作用下，逐渐向焊缝熔合区、中心区扩展，最后终止于焊缝内部。图4为焊接接头裂纹起始端、裂纹扩展区及裂纹尖端在扫描电镜下的微观形貌。由图可知，裂纹起始端、扩展区及其附近分布着大量的蠕变孔洞，裂纹尖端蠕变孔洞数量较少。这些蠕变孔洞聚集在一起，会形成一条裂纹，成为焊接接头的薄弱区域。

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3255459