300MW汽轮机组润滑油管道焊接三通开裂分析

中国电力教育　２Ｏ１　０年管理论丛与技术研究　

３００ＭＷ汽轮机组润滑油管道焊接三通开裂分析　

卢忠铭　倪进飞　毛　力　

（Ｊ　州ｌＩ『特种承压波备检测研究院，厂。尔广州５１０（）　｜ｊ　

摘要：通过采用体视镜、金相以及　描电镜分析了润滑ｆ！ｆ『管焊接　通的开　原　。研究丧　，二通交叉焊缝　

的未熔合缺陷是升裂的牛要原　。长期在　力集中作刷下，焊接缺陷的仔在窬易作为裂纹源诱发裂纹　，一定工作条ｆ　

于外部载荷的作用，如过载、震动等，也会促进裂纹的　展。　

关键词：焊接三通；开裂分析；未熔台　

低压容器及低压管道由于工作　力低、＿Ｔ况简单，其　

接管大多都采用焊接三通结构，由于此类结构未受到使用　

单位的足够重视，往往容易造成失效开裂，影响生产的顺　利进行。某电厂３００ＭＷ汽轮机组润滑油管道，工作压力　

为０．２５ＭＰａ，管材为２０Ｇ，管内介质为汽轮机专用润滑油（油　温约７０￣Ｃ），在使用一段时间后其管路上的焊制三通发牛了　

开裂。由于其裂口的独特性及该结构的普遍性，有必要对　

该类焊接三通失效进行分析，这对保证设备的长期安全运　行具有重要意义。　

一、宏观观察与解剖　

经宏观观察，并作宏观拍照等有关记录后对兰通进行　

了气割解剖。图１是刚解剖完尚未分开的润滑油管三通全貌。　图２是三通解剖分开后的形貌。取Ｆ的两块材料，一块为　

长方形板块用于力学性能试验，另一块作为成分分析、金　

相分析及断口分析的样品米源。（如图２所示）　二、化学成分分析　

从解剖下的样品上用线切割截取一块　体，进行化学　成分分析，结果如表１所示，表中同时给出了ＧＢ５３１０—　

１９９５中２０Ｇ所对应的成分范围。由此可见蔓通材质满足　２０Ｇ的国家标准。　表１三通化学成分分析结果　Ｃ　Ｓｉ　ＭＩ１　Ｓ　Ｐ　三通基体　０．２０　０．２４　０．５２　０．０ｌ７　０．０１２　ＧＢ５３１Ｏ—ｌ９９５　２０Ｇ　Ｏ．１７～０．２４　０．１７～（）．３７　Ｏ．３５～０．６５　≤（）．０３５　≤０．Ｏ３５　

三、金相组织　在三通交叉焊缝尖角处部位靠近焊缝附近用线切割截　

取焊缝与摹体的试样，经过严格的金相试样制备后，置丁　

金相显微镜下进行组织观察。图３～６分别给出了母材、　不完全正火区、完全正火区、焊缝的金相组织。可见各区　

域组织基本正常，只是正火区组织有些粗人。　

四．室温力学性能试验　

在长方形板块上沿量通轴向截取两个平行试块制作拉　伸试样，试样的尺寸按ＧＢ６３９７－１９８６《金属拉仲试验试样》　图１刚解剖完尚未分开的三通全貌　

成分、金ｌ十１Ｉ及断Ｉ　１分析样品　力学性能试验样品　图２三通解剖分开后的形貌　

中有关管材试样的标准进行加　ｒ。ｔ通管的Ｄ０＞５Ｃ　

因此按标准加工成纵向弧形带头比例试样，具体尺　Ｄ０＞２００ｍｍ的试样标准进行方¨工。　

拉伸性能试验按ＧＢ２２８－２００２　金属拉伸试验方程　

行。三通室温拉仲力学性能试验结果平均值几尢表２。庄　见三通的力学性能满足２０Ｇ的国家标准。　

作者简介：卢忠铭，男，广州市特种承压设备检测研究院，工程帅。

　５００ＭＷ￣，轮机组润滑油管道焊接三通开裂分析　

图３母材铁素体＋　珠光体２５０Ｘ　

一　

图５完全正火区铁素体＋　

珠光体＋魏氏组织２５０Ｘ　图４不完全正火区铁素体＋　

絮状珠光体２５０Ｘ　

图６焊缝铁素体＋珠光体＋　

粒状贝氏体２５０Ｘ　

表２三通力学性能试验结果平均值　材料　技术条件　抗拉强度口ｂ　屈服强度ａ　ｂ　伸长率６　５　（ＭＩ　ａ）　（Ｍｐａ）　（％）　２０Ｇ　ＧＢ５３ｌ０　ｌ９９５　≥４ｌ２　５４９　≥２４５　≥２４　三通管基体　４９５　３２５　２６　

五　断口低倍形貌　

断口解剖后对其进行宏观观察，发现断口处无明显的　

塑性变形，晕现脆性状态。　按图２取下来的断口试件中有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，　疑似裂纹的起源处。选择这两个下『Ｌｒｆ尖角处的断口部位作　

为进一步分析的对象，用线切割截取周７所示的两个断口　

部位；其他区域的断口表面较平滑，呈现脆性断口的特征，　

无明显的异常区域。　

崮ｒ　ｒＩ　２　ｃｃＩｆ¨ｌ　图７断口取样部位　对截取的两个断ＦＩ进行低倍观察，受『ｌ陶８（断阴１）和　

图９（断口２）所示。　断口１二通交叉焊缝尖角处的低倍断ｕ形貌中，如图　

８一】的右端和网８－２的中部，可以看到一个与基体及焊缝　

相对分离的焊肉（此处称为焊接缺陷处），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，推　测此处为断裂的裂纹起源处。　ｊ　断口１太　送行和　

搬运时的机械摩擦划伤，导致表面形虢受拟　时表面义　有一定的摩擦、腐蚀产物覆盖（后面的断口扫描电镜　分析时会进一步看到这一点），因此无法清晰看到断口自　

期裂纹扩展路径。　

图９是远离裂纹源的断口２处的裂纹扩展形貌，ｉ　明显的放射条纹花样，其收敛处指向三通交叉焊缝的　

部位。　

基　

焊缝处的　图８—１焊缝尖角处断口１的低倍形貌　

图８—２图８—１右端局部低倍放大　

图９远离裂纹源的断１２１２的低倍形貌　六　断口扫描电镜分析　

用超声波清洗图８和图９的两个断口面后，置于￡　

电镜下进行断口分析。　断口ｌ（图８所示部位）在扫描电镜下的形貌图，　

ｌＯａ～图ｌＯｃ，可以看到表面机械磨平特征（图ｌＯａ）、　

花样（图ｌ０１：））和表面摩擦腐蚀产物覆盖的泥状花样・　

ｌＯｃ）　断¨２（　９所示部他）在扫描电镜下的形貌　，且　ｌｌ１ａ～图１１ｃ，可以看到准解理花样（图ｌ１ａ）、珠光体　

型解理花样（图ｌ１ｂ、Ｉｌｃ）。　

七、综合分析与结论　根据上述试验结果可知，三通材料的组织正常、威　

和力学性能都符合国家标准。　

断口分析丧叫，二遁开裂断口宏观无明显塑性变，　可见驯显的放射条纹花样，其收敛处指向（下转第５４；３

　３５０ＭＷ进１：７无烟煤机组磨煤机更换Ｔ型衬瓦研究　

进行了衬瓦更换的工作。　

二．改造分析　

１．理论分析　

Ｔ型衬瓦相对比波浪形衬瓦，增加了钢球的携带能力，　

相同工况下，钢球将被携带抛射的更高。钢球的破碎能力　得到增强。这是衬瓦改造的理论基础。　

小钢球和废钢球在磨煤机内存在相当的比例，磨煤机　破碎能力不足，而研磨能力需要改善，这是我国大多数电　

厂存在的共同问题。阳城电厂燃用晋城本地无烟煤机，由　

于煤质硬，造成制粉出力严重不足，因此改善磨煤机的破　碎能力，克服煤质带来的影响。这是阳城电厂针对煤质解　

决问题的出发点。　２．积极作用　制粉系统磨煤机衬瓦更换后，磨煤机出力明显提高，　

出力提高１２％，考虑试验中可能产生的误差，则磨煤机出　

力提高达到１０％，满足了锅炉带负荷的需要。　

改造前制粉系统风煤比一般维持在１．４５左右，改造后　在１．２５左右，风煤比降低幅度０。２左右。　

风煤比降低，煤粉浓度的提高，不仅提高了磨煤机的　出力，同时为无烟煤煤粉燃烧带来了积极的因素，锅炉高　负荷稳燃能力得到了加强。　

改造后煤粉浓度增加，　

低起到促进作用。　３．存在问题　

但也产生了一些问题，　如下：　有利于分级配风，对ＮＯ　的降　

需要注意和进一步解决。情况　

（１）改造后，风煤比的降低，对制粉系统的干燥出力　

构成了影响。　

（２）改造后由于制粉特性的改变，锅炉原有配风方式　需要重新调整以适应煤粉燃烧。　

三　改造结论　

为解决了制粉系统出力不足、锅炉高负荷稳燃性能差的　问题，阳城电厂制粉系统进行了包括衬瓦更换改造在内的一　

系列工作。为同类型机组解决相似问题提供了可借鉴的思路。　

Ｔ型衬瓦在Ｄ－１０Ｄ磨煤机上的应用，增加了筒式钢球　磨煤机增大出力的方法，可以在同类型机组上广泛应用。　

对磨煤机出力不足，进行衬瓦改造，相对于其他增大　

磨煤机简体、更换磨煤机、增加磨煤机数量等方法具有实　施方便、系统改动量小、投资经济、效益明显的优点，具　

有较强的市场竞争力。　

（上接第５４１页）　

图１０ａ表面机械磨平　

图１０ｃ泥状花样　图１０ｂ韧窝花样　

图１１ａ准解理花样　

图１　１ｂ珠光体的典型解理花样　图１１ｃ珠光体的典型解理花样　

三通交叉焊缝的尖角部位；微观上有韧窝花样、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均未发现明显的疲劳花样。但由　

于断】口表面机械磨平严重，因而不排除表面疲劳裂纹被磨　

掉的可能性。　

三通交叉焊缝尖角处的断口（断口１），可以看到一个　与基体及焊缝相对分离的焊肉，此尖角处的未熔合造成实　

际焊接连接部位比较薄弱，推测此焊接缺陷是开裂的裂纹　起源。此处有三个薄弱环节：（１）焊接缺陷的存在，容易　

作为裂纹源诱发裂纹。（２）此处的焊缝较薄弱，抵抗内部　

应力的能力较低。（３）此处结构为焊接尖角，应力集中最大。　这三个因素的共同作用导致了裂纹在此处开始起源，并最　

终导致整个润滑油管道三通结构的开裂。断口２处的放射　条纹花样，其收敛处指向三通交叉焊缝的尖角方向，进一　

步佐证了这一点。　此外，润滑油管道焊接三通结构在运行时还要承受一　

定的外部载荷的作用，如过载、震动等，这也会促进裂纹　

的扩展。　

参考文献：　

【＿Ｉ】章燕谋．锅炉与压力容器用钢【Ｍ】．西安：西安交通大学出版　社，１９９７．　【２】潘加祯．压力容器材料实用手册一碳钢及合金钢【Ｍ】．北京：　

北京工业出版社，２０００．　【＝；］岳进才．压力管道技术【Ｍ】．北京：中国石化出版社，２００６．　

［４】肖纪美．材料腐蚀学原理［Ｍ】．北京：化学工业出版社，２００２．