废热锅炉简体环焊缝开裂失效分析.pdf

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1、失效分析与寿命评估石Corros油ion&化Protec工tioni腐nPetr蚀ochem与icalI防ndust护ry2011，28(2)·57。废热锅炉简体环焊缝开裂失效分析何家胜，陈才，彭丹柳，杨红，刘杰f1．武汉工程大学机械工程学院，湖北武汉430074；2．湖北宜化集团楚星化工股份有限公司，湖北宜昌443311)摘要：某化工公司16MnR废热锅炉筒体环焊缝上多处开裂失效。经对开裂试样进行化学成分、宏微观断口、显微组织和能谱等分析。同时结合筒体的受力状况和断裂力学的基本理论，对筒体环焊缝的失效开裂过程进行

2、了分析。另外结合此废热锅炉筒体的具体工作环境及制造工艺进行了综合研究。结果表明：废热锅炉焊缝开裂是由腐蚀造成的，同时水质不良加速了裂纹的扩展。关键词：16MnR废热锅炉腐蚀失效分析中图分类号：TG172．8文献标识码：B文章编号：1007—015X(2011)02-0057-041废热锅炉概况由表1可知，材质符合GB6654—1996(压力容某化工公司4号合成废热锅炉(以下简称废器用钢板》中对16MnR的要求。材料的化学成分符锅)检修投入使用后，仅用了四个月其简体环焊缝合GB6654—1996~压力容器用钢板》的规

3、定。内表面就出现了多处垂直于焊缝方向的裂纹，见图2．2宏观检查1。更换筒体两个月后又出现了相同的情况。此废锅经磁粉探伤检查，环焊缝上已产生多条裂纹，筒体材料为16MnR，厚度20mm，直径1800mm，见图2长度4ll8mm。简体焊接所用焊条为E5015，焊丝为H10Mn2，焊剂为HJ402一H08A，废锅壳程介质为饱和过热水蒸气，工作温度为200。为探讨开裂原因，对废锅简体环焊缝进行了相关检查与分析。裂纹环焊缝图1废热锅炉焊缝位置图2简体内表面环焊缝处裂纹2相关检查与分析从图2可以看出，裂纹与焊缝方向垂直并向母2

4、．1化学成分材扩展，扩展至母材区后在裂纹尖端上衍生出很多分别对废锅筒体焊缝区和母材区取样进行化的二次网状微裂纹。对其中一条裂纹取样，沿裂纹学成分分析，分析结果见表1。面从厚度方向将试样切开(见图3)．发现裂纹呈“V”型由焊缝内表面向外表面扩展。断口附近部分表1化学成分分析结果，％区域呈棕黑色，有腐蚀迹象(见图4)。同时可看到焊缝内表面附近断口平齐，而向外表面扩展方向有明显的放射状扩展痕迹，裂纹前沿距外表面仅3mm。收稿日期：2010—09—09；修稿日期：2010—11-23。作者简介：何家胜(1958一)，男，教

5、授。主要从事压力容器结构仿真与失效分析的教学与研究工作。E—mail：hhjjss88@163．第2期何家胜等．废热锅炉筒体环焊缝开裂失效分析·59·2．6Fe<_＼脚dⅡ0lsjsMn～图11放射状扩展区的SEM形貌(x500)电子结合能／KeV图14裂纹扩展区化学成分EDS结果比较图13和图14可以看出，杂质元素主要出现在裂纹源区，即靠近断口边缘处，而在远离断口21100边缘的裂纹扩展区则基本没有杂质元素出现，说明16O5O断口上的杂质元素是由断口边缘附近介质引入的。结合废锅实际运行环境可知，这些杂质元素应该是

6、由废锅中的水带来的，主要原因可能是水的纯度不高．含有较多杂质。由于此裂纹出现的位置又处于废锅内液面附近，此区域属于汽液两相交界处，在图12放射状扩展区的SEM形貌(x1500)水质不纯时容易发生复杂的化学反应，进而对焊缝由图9，10可见断口边缘处材料的组织分布产生一定的腐蚀。较为杂乱．同时可见明显的腐蚀迹象。而从图11，12可以看出，断口中心附近的放射状扩展区材3综合分析料的组织分布较为均匀，没有明显的腐蚀。因此可该废锅壳层的工作压力为1．47MPa。根据无以推断腐蚀是在断口边缘处环境中的腐蚀介质作力矩理论可知筒体

7、的环向应力为轴向应力的两倍，用下产生的，进而在此区域形成微裂纹，形成的微所以焊缝处受到较大的应力作用1]。筒体的开裂裂纹逐渐长大并向壁厚方向扩展，最终贯穿壁厚，方向与环焊缝方向垂直。断面平齐．可明显看出裂形成贯穿型裂纹纹扩展过程中的放射状扩展痕迹。结合断面的电镜(2)微区成分分析：分别对裂纹面的裂纹源区扫描结果(图9～12)分析可知，裂纹起始位置位于和裂纹扩展区进行能谱分析(EDS)，见图l3，14。EDS焊缝内表面附近，在此处起裂后进而沿壁厚方向向分析表明杂质主要以铁的氧化物为主，还有少量的外扩展。裂纹源区发生了

8、严重的电化学腐蚀．导致Si，Ca，S，C，A1，K和P等元素了微裂纹的形成，继而在机械应力、热应力及电化学腐蚀的共同作用下微裂纹开始扩展长大。断面上1·2靠近焊缝内表面处发生了较严重的腐蚀．引起了材／_O·9料的损伤]，形成了裂纹源。结合简体探伤检查结果，简体的筒节上均未发现任何裂纹，而只有在焊。·缝处产生了大量的裂纹。由宏观分析可知．裂纹都蚕。一5是形成于