电站锅炉异种钢焊接接头应力研究与寿命研究

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1、电站锅炉异种钢焊接接头应力研究与寿命研究摘要电站锅炉在工作时候会经常发生事故，这些事故发生的原因大多数是因为电站锅炉锅炉中的各类焊接接头在早期失效断裂而导致停炉停机，所以电站锅炉的安全问题就突显出来了[2]。本文首先介绍了异种钢焊接接头早期失效特征及判据，确定了焊缝化学成分的不同匹配和热应力是引起接头早期失效的主因，最后对电站锅炉异种钢焊接接头的寿命进行了研究和总结。关键词电站锅炉；异种钢焊接接头；应力与寿命分析中图分类号TK22文献标识码A文章编号1674-6708(2014)113-0156-020引言电站锅炉受热面管子在火电机慢慢

2、朝着大容量、高参数发展后，耍求电站锅炉的用钢必须达到高性能要求，也就是说当金属壁周围环境的温度高于580°C时，我们选择耐热钢主要依靠蠕变强度和抗氧化性能两个指标,例如较好的奥氏体、马氏体耐热钢(TP347H,TP304H,T91)；相反的,如果金属壁周围温度低于580°C时，为了降低经济花费，一般选用辂钥低合金耐热钢，所以在遇到受热面管子进行连接时，不同的材料需要相互焊接会出现不少的问题。1异种钢焊接接头早期失效特征及判据1.1焊缝近熔合线部位的马氏体组织[1]据有关试验数据给出的信息，位置固定的界种钢焊接接头的蠕变断裂很少，要么在焊

3、接热影响区断裂，在母材以及在熔合线上发生断裂的也不少，通常断裂位于铁素体钢•侧居多。因为较大合金元素通常与焊缝近熔合线区域有联系，这就导致有浓度梯度，近熔合线的焊缝，由于相对复杂的一侧存在于珠光体耐热钢上，马氏体过渡带、富马氏体的混合组织通常也会夹带在其中。1.2异种钢接头的热应力[3]由于不同的不锈钢以及不同的低合金耐热钢它们的热膨胀系数不同，奥氏体不锈钢一般比珞一钳钢的线膨胀系数大30〜50%°因此大部分界种钢接头破坏的原因Z—是在高温时异种钢接头的熔合区存在热应力。山于奥氏体钢的导热系数较低，热膨胀系数较大，因此在焊接热循环、焊后

4、热处理以及运行中的加热与冷却的过程中，特别是在快速加热与冷却时，焊接的接头处会产生出较大的热应力，故在该温度下材料的蠕变强度小于热应力时，它就会跟工作应力相互叠加到焊接接头，从而导致接头的蠕变断裂。1.3蠕变断裂强度蠕变断裂Rr-tr试验数据表明，由于等温线经验公式为t二AR-B,故金属材料的蠕变断裂强度按该公式以及运用最小二乘法拟合和对数变换，通过线性回归方程Y二A+BX计算出试验点，最后将试验点在双对数直角处标系上表示出来，从而可以预测出蠕变断裂强度的时间可以达到10万个小时。1.4典型的寿命评估方法1.4.1修正的函数法:1998

5、年10月电力工业部颁布了“火电厂超期服役机组受命评估技术准则”,标准号DL/T654一1998,该准则评估了过热器管和再热器管道的安全性以及用修正的法对剩余寿命作出评估,这也为高温条件下的再热器管和高温条件下过热器管的监督运行的重耍依据。1.4.2L—M参数法:L-M参数法是一种模拟在高温条件下的爆管过程，它克服了在实际温度、实验温度不同时直线外推方法预估和测量寿命时间的弱势，因此转折点会更早产牛，L』参数法预测结果比其他方法更准，比如等温线法,各国学者及相关领域研究人员都采用这种方法。1.4.3持久强度外推法：持久强度外推法从理论上介

6、绍了断裂时间与应力的相互关系，高温部件的寿命估算用此方法后,进一步用实验来拟合A、m值，在使用持久强度外推法蠕变寿命时，应力的敏感性大。2界种钢接头高温高压状态下长期运行蠕变断裂机理1）焊接因素：焊缝金属界面、焊缝、热影响区等几个区域组成了焊接接头。由于焊缝要经历熔化、结晶和热循环等一系列过程，因此焊接过程是一个复杂的冶金过程。由于焊接热循环是一个特殊的热处理过程，它具冇具冇加热、冷却速度快，熔池体积小，最高加热温度高，热源是移动热源，温度梯度人等特点。特别是在焊接时，熔池化学冶金过程反应不平衡发生很正常，电弧烧损、母材稀释也时有发生，

7、金属先加热，再熔化结晶，之后转变不平衡合金元索，这个流程是热过程，反映出热影响区金属的固态相变。因此这些小区域的金属组织、合金成分产生不小的改变，接头各区域变化更大的组织性能体现在电站炉界种钢焊接中。2）应力因素：接头失效断裂的外因是接头承受的应力，温度应力、焊接应力、介质应力是接头在运行状态下承受的三种应力。几种钢的线胀系数差异见表1。表1试验钢种及焊材的线膨胀系数由上表所知，要想获得质量良好的异种钢焊接接头，在不同的铁素体之间的焊接屮，低匹配或者屮匹配焊接材料是最佳选择；由于两者含合金比例相差很远，TP347H+R102中的焊接Or

8、相差的含量为17%,R102侧含量差高于7%〜17%,焊缝中的Cr含量差也超过上述比例，用Fe基或Ni基焊材都有上述情况出现。碳迁移程度可以看出很大，在熔合区，界面性能严重恶化，蠕变的强度下降，蠕变塑性趋近