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1、电厂润滑油管焊制三通开裂失效分析werTest&ResearchInst.,Guangzhou510600,China)Abstract:InviewofaweldedteecrackingonlubricationoilpipelineofUnit1inapowerplantinGuangdong,China,thefailuremechanismoftheweldedteeiSdescribed.Itwasawelddefeetcombinedwithoutsideloadthatresultedinthefailureoftheweldedtee.Mattersneedi
2、ngattentioninthefutureandmeasurestobeadoptedareputforward.Keywords:weldedtee;welding;material;mechanism;cracking广东某发电厂1号机组为600MW燃煤亚临界强制循环机组,2004年1月投运.2004年7月初,运行值班人员发现润滑油系统油压偏低,经检查,发现1号机组润滑油管焊制三通开裂导致润滑油渗漏.发电厂对开裂的1号机润滑油管焊制三通进行了更换,为了查找事故原因,2004年7月810日,对该电厂1号机润滑油管焊制三通的开裂进行了检测和分析.1宏观与低倍形貌观察1号机组润滑油管焊制三通的
3、材质为20号钢,工作压力0.2MPa,内部所通介质为润滑油.图1是气割解剖完还没分开的润滑油管三通全貌,从图1中可见三通的一侧沿焊缝方向明显开裂.图2是三通解剖分开后的形貌.为了彻底弄清楚三通开裂的机理,我们取下两块材料,长方形板用于力学性能实验,另一块为断口分析,成分分析和金相分析收稿日期:2006.06-29修改稿收到日期:2006-10-27的样品来源,具体见图2中的标注.图1解剖后还没分开的三通全貌解剖开断口,对其进行宏观观察,发现断口处没有明显的塑性变形,呈现脆性状态.图2中取下来的断口件的两个下凹尖角处的断口部位,一处有明显的放射状条纹,另一处可以看到焊接缺陷,似裂纹的起源处,因此
4、选择两个下凹尖角处的断口部位为进一步分析的对象,用机械的方法截取下来,取样部位如图2所示.其它区域的断口表面较平滑,呈现脆l生断口的特征,无明显的异常区域.第1期李勇等:电厂润滑油管焊制三通开裂失效分析成分分析样品图2三通解剖分开后的形貌及断口取样部位对两个取样断口进行低倍观察,并拍照,如图3(断口1)和图4(断口2)所示.(a断口(b)缺陷的低倍放大的低倍形貌,图3焊缝尖角处断口1的低倍形貌陷在断口1(三通焊缝尖角处)低倍断口形貌中,图3(a)的右侧和图3(b)的中间,可以看到一个与基体和焊缝相对分离的焊肉(称此处为焊接缺陷处),此尖角处的焊肉与基体未完全熔合,造成实际焊接连接部位比较薄弱,
5、推断此处是断裂的裂纹起源处.但由于断口1表面被运行和搬运时的机械力摩擦划伤,导致表面形貌受损,同时表面又有一定的腐蚀产物覆盖(后面的断口扫描电镜微观分析时会进一步看到这一点),因此无法清晰看到断口的初期裂纹扩展路径.图4是远离裂纹源的断口2处裂纹扩展形貌,并可见明显的放射状条纹花样,其收敛处指向焊缝三通的尖角方向.2化学成分分析从解剖下的样品上机械截取一块基体,送至广东省钢铁研究所进行化学成分分析,结果如表1所示,表1同时给出了20号钢的GB53101985标准.可见三通材质满足20号钢的国家标准要求.图4远离裂纹源断口2的低倍形貌表1三通化学成分分析结果材质及其金属各元素的质量分数w/%标准
6、CSiMnSP3金相组织在失效部位靠近焊缝附近用机械的方法截取焊缝与基体的试样,经过严格的金相试样制备过程后,置于金相显微镜下作详细的组织观察,结果如下:母材为铁素体+珠光体;不完全正火区为铁素体+絮状珠光体;完全正火区为铁素体+珠光体+魏氏组织;焊缝为铁素体+珠光体+粒状贝氏体.由此可见各区域组织基本正常,只是正火区组织有些粗大,但仍然是正常的.4室温力学性能实验从长方形试样板上沿三通轴向截取二个平行试样,拉伸试样的尺寸按GB6397-1986金属拉伸试验试样中有关管材试样的标准进行加工.三通管的DI>50illln,因此按标准加工成纵向弧形带头比例样,具体尺寸按Do&
7、gt;2【x】illln的试样标准进行加工.拉伸性能试验按GB228-1987金属拉伸试验方法,在华南理工大学力学实验中心完成.三通力学性能试验结果平均值见表2.从表2的数据可见三通的力学性能符合20号钢的国家标准.表2三通力学性能试验结果平均值广东电力第20卷5断口扫描电镜分析将图2的两个断口面用超声波多次清洗处理后,置于扫描电镜下进行断口分析图5(a)为断口1在扫描电镜下的形貌,可以看到断口1呈韧窝花样;断口2在扫描电镜下的形貌可以看到呈准解理花样和珠光体的典型解理花样,分别见图5(b),(c),(d).(a)断口l在扫描镜下呈韧窝花样)断El2在扫描镜下呈准解理花样(c)断El2在扫描镜
8、下呈珠光(d)断El2在扫描镜下呈珠光体的典型解理花样(1)体的典型解理花样(2)图5断口1和断口2在扫描镜下的形貌6综合分析a)根据试验结果可知,三通材料的组织正常,成分和力学性能都符合国家标准,三通的开裂原因并非材料本身的质量问题所致.b)断口分析表明,三通开裂断口宏观无明显塑性变形,可以看到明显的放射状条纹花样,其收敛处指向焊缝三通的尖角方向;微观匕有韧窝花样,解理花样和准解理花样,为典型的准解理断口.断口宏观和微观分析没有看到明显的疲劳花样.但由于断口表面被严重机械划伤,因此不排除表面疲劳辉纹被磨掉的可能陛.c)在三通焊接尖角处的断口(断口1),可以看到一个与基体和焊缝相对分离的焊肉,
9、此尖角处的焊肉与基体未完全熔合,造成实际焊接连接部位比较薄弱,断口1从微观上看有韧窝花样,并且断口2处呈放射状条纹花样,其收敛处指向焊缝三通的尖角方向,可推断此焊接缺陷处是裂纹起源.我们认为在三通焊接尖角(断口1)处有三个薄弱环节:焊接缺陷的存在,容易作为裂纹源诱发裂纹;此处的焊缝较薄弱,抗内部应力的能力较低;从结构上看,此处为焊接接头的尖角处,应力集中最大.这三个因素的共同作用导致裂纹在此处开始起源,并最终导致整个润滑油管三通结构的开裂.断口2处的放射状条纹花样,其收敛处指向焊缝三通的尖角方向,进一步佐证了这一点.7改进措施为避免同类事故的发生,在电厂的设备管理中可采取如下措施:a)加强对可
10、引起停机事故的管道焊制三通的检查,特别是检查焊制三通是否存在焊接缺陷,必要时可采取无损探伤的方法进行检查;b)焊制三通本身就是一个事故隐患,在结构上应尽量避免,如用锻造三通等代替;c)应尽量避免焊制三通在震动载荷下工作;d)将焊制三通列为电厂设备运行和检修的监督重点.8结论广东某发电厂1号机组润滑油管焊制三通开裂并非材料本身的质量问题所致,而是由于焊制三通在焊接接头的薄弱环节,即尖角处存在原始的焊接缺陷,导致该处存在较高的应力集中,在承受一定的内外部载荷的工作条件下,如震动等,最终使该部位开裂,成为润滑油管焊制三通开裂的裂纹源.另外,震动等外部载荷还可促进裂纹的扩展.火电厂中的”四管”及高温,高压管道向来是设备管理和技术人员的监督重点,而机组中的附属管道有可能成为监督的死角,事实证明附属管道中的设备或安装缺陷同样可导致机组事故和非正常停运,给电厂带来不必要的损失,因此,电厂设备中附属管道的管理和维护应引起足够的重视.参考文献-1-13刘尚慈.火力发电厂金属断裂与失效分析l-M.北京:水利电力出版社,1992.23能源部西安热工研究所.热工技术手册(电厂金属分册)l-K.北京:水利电力出版社,1991.作者简介:李勇(1971一),男,甘肃兰州人.焊接工程师,工学学士,广州黄埔发电厂检修公司副总经理,长期从事电厂焊接及机组检修技术的管理工作.