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    某核電機組高壓缸缸體外表面裂紋分析

    2015-05-12 06:05:03梁青松張維
    科技創(chuàng)新導(dǎo)報 2015年34期
    關(guān)鍵詞:支撐桿缸體裂紋

    梁青松 張維

    摘 要:高壓缸上本體、支撐桿、焊縫組織均未發(fā)現(xiàn)異常,坑底裂紋發(fā)生在熔合線附近的粗晶區(qū)中,由焊趾部位開始,裂紋尖端延伸至細晶區(qū)。裂紋開裂位置位于高壓缸缸體內(nèi)支撐桿與焊縫接觸面位置。高壓缸支撐桿結(jié)構(gòu),缸體外部2#裂紋及現(xiàn)場深挖位置?,F(xiàn)場對泄漏部位進行金相檢驗,發(fā)現(xiàn)已泄漏的2#支撐桿存在裂紋,并有針對性地對其余11根支撐桿外部堆焊層進行低倍檢驗。在檢驗的過程中發(fā)現(xiàn)1#支撐桿焊縫位置存在不同程度的裂紋。該文擬對這些裂紋的分布及其特征進行分析,著重研究1#和2#支撐桿焊縫的金相組織;并提出焊接工藝改進的建議。

    關(guān)鍵詞:高壓缸 缸體 支撐桿 裂紋

    中圖分類號:TG441 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-098X(2015)12(a)-0084-02

    某運行核電廠4#機組高壓缸發(fā)生泄漏,泄漏部位位于高壓缸缸體支撐桿區(qū)域,該缺陷部位內(nèi)部運行蒸汽壓力為1.03 MPa,運行溫度為181.4 ℃。缸體設(shè)計材質(zhì)為ZG15Cr2Mol,其合金元素含量高,且S、P等雜質(zhì)含量較高,可焊性較差,焊接過程中易產(chǎn)生裂紋及點狀缺陷[1-3]。

    高壓缸支撐桿結(jié)構(gòu),缸體外部2#裂紋及現(xiàn)場深挖位置?,F(xiàn)場對泄漏部位進行金相檢驗,發(fā)現(xiàn)已泄漏的2#支撐桿存在裂紋,并有針對性地對其余11根支撐桿外部堆焊層進行低倍檢驗。在檢驗的過程中發(fā)現(xiàn)#1支撐桿焊縫位置存在不同程度的裂紋。該文擬對這些裂紋的分布及其特征進行分析,著重研究#1和#2支撐桿焊縫的金相組織;并提出焊接工藝改進的建議。

    依據(jù)GB/T13299-1991《鋼的顯微組織評定方法》進行金相檢驗,檢驗位置包括電端6根和調(diào)端6根支撐桿與缸體焊接位置。根據(jù)GB/T17394-1998《金屬里氏硬度試驗》,使用Equotip bambino2金屬里氏硬度計在金相位置上進行硬度測試?,F(xiàn)場切割高壓缸裂紋試樣,借助TESCAN VEGA TS5136XM掃描電子顯微鏡對裂紋斷面進行微觀形貌分析。

    1 試驗結(jié)果與討論

    1.1 金相觀察

    支撐桿位置見圖1。

    為調(diào)端的焊縫表面形貌。1#支撐桿焊縫的熔合線附近有少量的夾渣缺陷,焊縫中有裂紋,長度約40 mm,未發(fā)現(xiàn)未焊透、未熔合、氣孔等焊接缺陷。2#支撐桿焊縫熔合線附近及焊縫中有裂紋,沿支撐桿外圓方向分布。3#、4#、5#和6#支撐桿焊縫的熔合線附近有少量的夾渣缺陷,未發(fā)現(xiàn)未焊透、未熔合、氣孔、裂紋等焊接缺陷。

    圖2(a)顯示2#支撐桿第一處高壓缸上缸體的金相組織為鐵素體+貝氏體,晶粒度3~4級;焊縫熔合良好,未發(fā)現(xiàn)焊接缺陷(圖2(b));焊縫金相組織為回火貝氏體,未發(fā)現(xiàn)焊接缺陷(圖2(c))。

    1.2 SEM觀察

    1#支撐桿試樣的掃描電鏡形貌如圖3所示。由圖可見,裂紋斷面宏觀上較為平整,沒有明顯的塑性變形,斷面存在一定程度的氧化;斷面內(nèi)側(cè)有兩處明顯的缺陷,缺陷尺寸相當(dāng),約10.5 mm×2.4 mm;斷面微觀形貌為枝狀晶形貌,呈沿晶斷裂特征。其主要原因為焊后再次加熱到500 ℃~700 ℃時,在熱影響區(qū)的過熱區(qū)內(nèi),由于碳化物析出引起的晶內(nèi)二次強化,而一些弱化晶界的微量元素的析出,以及使焊接應(yīng)力松弛時的附加變形集中于晶界,而導(dǎo)致沿晶開裂。因此,這種裂紋具有晶間開裂的特征,并且多發(fā)生在存在應(yīng)力集中的熱影響區(qū)粗晶區(qū)內(nèi)。

    在金相位置上進行硬度測試,結(jié)果見圖4。缸體12處本體及焊縫的硬度結(jié)果均滿足標(biāo)準要求(DL/T 438-2009)。

    2 結(jié)論與建議

    (1)檢驗高壓缸上本體、支撐桿、焊縫組織均未發(fā)現(xiàn)異常,坑底裂紋發(fā)生在熔合線附近的粗晶區(qū)中,從焊趾部位開始,裂紋尖端延伸至細晶區(qū),表現(xiàn)為焊接再熱裂紋特征。

    (2)裂紋開裂位置位于高壓缸缸體內(nèi)支撐桿與焊縫接觸面位置,由于支撐桿與缸體間存在一定的間隙,導(dǎo)致該位置存在較大的應(yīng)力集中,設(shè)備在運行的過程中,設(shè)備的振動促進了裂紋的擴展,并最終導(dǎo)致部件失效。

    (3)建議在制定焊后熱處理工藝時,應(yīng)盡量減少焊件在敏感溫度范圍內(nèi)的停留時間。

    (4)在條件允許的前提下,建議合理控制升溫速度,減小再熱裂紋敏感區(qū)停留時間,防止產(chǎn)生再熱裂紋;冷卻速度也應(yīng)合理控制。

    (5)減少焊接應(yīng)力,合理地安排焊接順序、減少余高、避免咬邊及根部未焊透等缺陷以減少焊接應(yīng)力。

    (6)在設(shè)計上,考慮支撐桿與缸體內(nèi)表面接觸面處也進行焊接,增加該位置的強度,并減輕應(yīng)力集中。

    參考文獻

    [1] 葛煉偉,唐世延,李太江,等.某核電機組高壓缸裂紋的焊接修復(fù)[J].熱力發(fā)電,2014,43(1):137-139.

    [2] 姜求志,王金瑞.火力發(fā)電廠金屬材料手冊[M].北京:中國電力出版社,2000.

    [3] 姚兵印,李太江,康豫軍,等.除氧頭接管座焊縫開裂分析及修復(fù).熱力發(fā)電,2010,39(7):98-100.

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