锅炉高温过热器弯头裂纹如果选用20#钢材质会出现什么情况

发布网友发布时间：2022-09-10 02:20

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热心网友时间：2024-12-11 20:14

施工规范DL5007- 92 焊接篇明确将锅炉水压范围内的* 76mm 以下的疏水、放水、排污、取样管子定为芋类接头，即一次或二次门后的施工焊缝仅作外观检查，不作探伤；与主蒸汽管相连的疏水管，被误认为只作启动疏水，将其划为域类焊接接头，仅按5%的检验量控制检验，造成检验率大大低于50%，这些焊缝的质量均无法保证管道在高温高压下的使用要求。由于这些原因会造成过热器在运行中开裂，影响安全运 1.2裂纹截面金相分析把两只已经开裂的弯头作为例子分析。该两只开裂弯头的表面裂纹都出现在向火侧，且具有的表面形态特征都相同。裂纹截面形态如图1 所示，呈表面开口比较敞开，而尾部较为圆钝的楔形特征，且裂纹的内部被腐蚀和氧化的产物所阻塞。此外，还能够明显地看到在次表层上产生的裂纹，通过这些明显地特征就可以知道，弯头表面的裂纹应该归属于典型的热疲劳裂纹。玉号弯头截面金相如图1（a）所示，裂纹深入壁厚达218mm。裂纹附近显微组织比较粗大，晶粒呈等轴状，并明显长大，表明发生了一定程度的再结晶过程。这似与管子成形时在临界形变度附近的变形有关。域号弯头截面金相如图1（b）所示。从图中看出，表面大尺寸裂纹都很少，然而在轴向截面上存在很多尺寸小的裂纹已经有扩展和萌生的趋势，裂纹周围的显微组织是一种冷变形组织，且有轻微的脱碳。把最大裂纹运用机械方法将其打开就能观察到裂纹表面是灰色氧化物覆盖。用AES 能谱分析该氧化物主要由铁的氧化物和硫化物组成，这是裂纹表面与锅炉气氛互作用的结果。管子内壁锈蚀产物的成分则主要为铁和氧。根据金属的再结晶理论：淤在结晶的过程将受到再加热（退火）温度、变形度等多方面因素的共同影响；当出现冷变形后其再加热的温度愈低，则再结晶过程中晶粒的应变量有着显著的提高，且再结晶过程后的晶粒尺寸也将更加小。分析试验的结果可得出：玉号弯头向火侧的管子的外壁，的确进行了再结晶过程，然而晶粒却未显著地长大，这就应该跟造成再结晶的环境温度十分低有联系；于在温度较低时形成的再结晶过程，特别是在临界变形度周围产生形变之后的材料，得到的晶粒尺寸有着非常大的差异。热疲劳其根本就是热应力造成的循环塑性就应该让材料形成长期累积而来的损伤，如果耗完了局部材料的塑性，就将迅速造成热疲劳开裂。所以，材料的热疲劳抗力关键是取决于在高温环境下的极限塑性和屈服强度。而关于晶粒度不同的材料其热疲劳裂纹将会进一步扩展。大量的研究表证实，均匀圆（a）玉号弯头（b）域号弯头 2013年10 整的细晶粒材料有着十分高的热疲劳性能，但是粗晶粒有着十分差的耐热疲劳性能，特别当细晶和粗晶相互混合时，就很有可能出现热疲劳裂纹，而且其裂纹的扩展速度将会达到最大。所得的结果均和玉号弯头出现大量的尺寸裂纹的事实基本相同。 1.3 辐射过热器弯头把辐过的所有的质量都承担着，在弯头最大曲率的部位此种负载将会产生一个弯矩。在忽略温度变化的影响下，其弯头那段相比于和它相连接的直管那段其所受到的力更加高。在受到弯曲力矩作用的情况下，弯头的内部产生局部的顺着圆周方向而形成弯曲应力，且最大值出现在中性轴上。在此种力的影响下，管子就很容易出现蠕变变形，并且由圆形截面慢慢发展为椭圆，如图2（b）和（c）所示。其弯头的半径越小，则厚度相对直径的比值就会越大，也将加大局部弯曲应力，进而引起管子椭圆化倾向逐渐变大。其次，关于某些具备加强板的弯头，则此种局部应力就由于存在连续性较差的轮廓而逐渐增加。通过实验证明：在受到脉冲内压力的影响下，附带了加强板弯头所产生的疲劳强度大约是光滑弯头的2/3；并且在受到平面弯曲疲劳载荷的影响下，其光滑弯头在106 循环的过程中产生的疲劳强度大约是附带了加强板弯头的两倍。在能够出现蠕变的温度范围内，上面所叙述的各种变化和差异都将有很明显地提高。对于域号弯头因其弯曲曲率较大以及弯头背面加强板产生的机械约束作用，而引起热疲劳抗力的较大损失和较高蠕变应力。域号弯头表面大量正在发展中的热疲劳裂纹说明，这里对裂纹的形成和发展比较有利。 1.4 热疲劳裂纹及裂纹断裂力学分析产生热疲劳裂纹的基础条件必须包括环境温度在循环过程中发生变化和零件发生变形而受到的机械约束。又可将机械约束分成内部的和外部的，其外部的约束就是连接（或刚性支承）等形成的约束；而内部约束即是零件自身截面内形成的温度梯度，进而引起一些材料对其余一些材料的形变形成的约束。其次，热疲劳开裂也受到了材料的组织状态的影响，有一部分物理性能（例如热性能）、温度变化的特性和零件结构等多种因素的干扰。就此锅炉的水冷壁辐过管弯头而言，特别是在背面焊接了加强板（或者是鳍片）的域号弯头，在它上面的出现的焊接问题不但能够当做机械的应力集中因素对断裂过程发挥影响，此外还由于壁厚粗糙不平整，截面也不是非常圆整，就在薄截面处很容易由于热惯性较低而产生热应力。其次，有着较高的环境环境时，就进一步降低了材料的强度，明显地降低了薄截面处的承载能力，所以很可能就在这些问题上形成蠕变裂纹或热疲劳。在形成热疲劳裂纹的过程中，与常温下形成的疲劳裂纹大致相同，材料中的沉淀相和夹杂物有着较高的作用和地位。在高温的情况下，夹杂物和第2 相粒子与周围基体的结合力明显下降，一旦基体界面与次表层异相成为了该部位中最薄弱的环节，就很有可能在次表层出现裂纹。所以出现热疲劳裂纹时，与其它相关研究相同，除了出现在零件的外表面，还很有可能出现在次表层，如图2（b），有的情况下，次表层裂纹和表层裂纹在不断扩大的过程中逐渐合并成为比较大的主裂纹或裂纹；还有的情况下，甚至可能造成裂纹呈突发式的猛增。热疲劳裂纹对锅炉的安全性构成的威胁就能够利用断裂力学中的相关理论进行评定。有效提升过热器管弯头开裂的措施在实际工程中，提高设备的验收是保证设备正常运行的最基本的要求。要把设备的缺陷消除在没有投产以前是最好的。这就要求我们要加强设备的管理和验收制度的落实。包括监理工作的到位和旁站工作的落实，切实加强质量管理。加强运行管理，防止运行设备过热。加强锅炉调整，保证受热面受热均匀。