高含硫气田压力容器异种钢焊接接头失效泄漏原因分析

对国内某高含硫气田酸性湿气增压项目压缩机进气洗涤罐进行“酸敏试验”,试验过程中上封头与长高颈法兰连接角焊缝处即异种钢焊接部位连续出现了两次介质泄漏事故。通过宏观形貌观察、化学成分分析、金相组织分析、硬度测试、断口宏观与微观形貌分析等方法,对现场试样进行系统分析,再结合焊接冶金学机理分析,确定了异种钢焊接接头失效泄漏的原因。在硫化物应力腐蚀开裂敏感环境中,在残余应力与外加应力的共同作用下,裂纹沿最薄弱的熔合线分布,从内侧启裂,并向外侧扩展,最终穿透管壁,导致泄漏发生。

低温管线用9Ni钢焊接接头腐蚀条件及性能研究

9Ni钢是一种具有在极低温度下韧性好、抗压性能强、强度高等特点的低碳调质钢。文中试验材料为ENiCrMo-4型镍基焊丝,采用手工钨极氩弧焊焊接9Ni钢,对获得的无损检验和力学性能测试均满足标准和项目要求的焊接接头进行酸性环境的腐蚀研究。文中基于工程项目管线服役环境的介质条件,采用2种腐蚀条件对焊接接头进行氢致开裂试验和硫化物应力腐蚀开裂试验研究。研究结果表明:9Ni钢焊接接头在NACE MR0175标准溶液(φ(H_(2)S)99.5%)腐蚀条件下,氢致开裂试验试样和硫化物应力腐蚀开裂试验试样均出现开裂现象;9Ni钢焊接接头在拟合腐蚀介质(φ(H_(2)S)0.8%)条件下,硫化物应力腐蚀开裂(SSC)试验试样和氢致开裂(HIC)试验试样均无开裂现象。

桥式起重机箱形梁异种钢焊接接头疲劳损伤的声发射表征

文中通过声发射技术对桥式起重机箱形梁Q345B/Q235B异种钢焊接接头疲劳损伤过程进行表征,发现了声发射特征参数变化取决于疲劳裂纹扩展不同阶段的特点,得以利用声发射动态监测桥式起重机循环载荷下的疲劳损伤状态,从而实现及早预警的目的。另外,通过对异种钢焊接接头焊缝和热影响区2种不同缺陷位置疲劳实验各阶段典型声发射信号的对比分析,获知热影响区比焊缝位置更易发生疲劳断裂,故箱形主梁在服役过程中应重点关注异种钢焊接接头热影响区位置并及早发现危险。

Q235/304不锈钢异种钢焊接接头超声相控阵检测研究

异种钢焊接接头具备高强度、高耐腐蚀性以及低成本等特性,已经被广泛应用于锅炉、管道和压力容器等特种设备中。然而由于异种钢焊接接头的材料组织、力学性能以及残余应力不均匀,在制造和服役后极易出现开裂等缺陷,采用常规无损检测存在检测精度低、扫查范围小等缺点,导致缺陷难以检出。针对上述问题,以Q235/304不锈钢两种典型异种钢焊接接头为研究对象,推导了超声相控阵检测异种材料聚焦延时计算法则,制作Q235和304不锈钢焊接试块,并利用汕超SUPOR32P/32PT检测仪结合延时法则检测含有预制未熔合、未焊透和裂纹的人工缺陷,然后通过射线检测对比分析。检测结果表明:相较于传统超声检查技术,采用超声相控阵检测技术检测的定位误差小于5mm,长度定量误差均小于10%,定性分类准确度达到100%,能够较好地满足异种钢焊接接头质量检测要求。

管线钢焊接接头腐蚀行为及其安全防护

X80管道钢焊接头腐蚀问题潜在威胁油气输送系统安全可靠运行。对X80管材焊接接头常见的腐蚀行为及其机理进行了综合分析,主要包括晶间腐蚀、微生物腐蚀等方面的内容。在此基础上提出防腐涂料、电位保护、合理设计和选材、定期检查维护、环境监测和水质控制等多方面的防治措施。这些措施为减缓X80管材焊接接头腐蚀、帮助改善管道系统耐腐蚀能力提供了科学可行的方案。

超超临界锅炉末级过热器异种钢焊接接头断裂原因分析与预防

对某电厂开裂的超超临界锅炉末级过热器F91/TP310HNbN异种钢焊接接头进行分析,包括宏观形貌检查、几何尺寸测量、金相组织检验、扫描电镜断口形貌分析和维氏硬度试验。结果表明:异种钢焊接接头开裂是焊缝的化学成分、组织、力学性能和物理性能与不锈钢侧母材差异较小,而与F91侧母材差异较大,导致F91侧焊缝熔合线附近成为整个接头的薄弱环节,再加上多种应力作用共同造成的。预防异种钢焊接接头早期失效应选用更为合适的焊材进行焊接,并在机组停机时加强金属监督检验。

磷酸盐-柠檬酸盐体系中Q235钢焊接接头磷化处理及耐蚀性

将柠檬酸钠添加到锌锰系磷化液中配成磷酸盐-柠檬酸盐磷化液体系,然后在该体系中对Q235钢焊接接头进行磷化处理。研究了磷化液体系中柠檬酸钠的质量浓度对Q235钢焊接接头表面磷化膜的微观形貌、成分、厚度和耐蚀性的影响。结果表明:磷化处理后焊接接头的外观呈黑灰色,磷化膜完整地覆盖母材和焊缝区域并且结合紧密。随着柠檬酸钠质量浓度的增加,磷化膜的微观形貌发生明显变化,厚度呈先增加后降低的趋势,导致耐蚀性先提高后下降。柠檬酸钠的质量浓度为2.5 g/L时获得的磷化膜表面结构较致密且厚度最大(约9.4μm),其腐蚀电流密度为1.36×10^(-6)A/cm^(2)且耐点滴时间达到186 s,可以起到较理想的防护作用。在此条件下磷化处理后的Q235钢焊接接头表现出良好的耐蚀性。

高温锅炉管T22/TP347H异种钢焊接接头早期失效原因

采用化学成分分析、力学性能测试、金相检验和硬度测试等方法,分析了T22/TP347H异种钢焊接接头早期失效的原因。结果表明:在T22钢侧熔合区发现了氧化缺口;T22钢与焊缝的边界附近存在元素浓度梯度,产生了马氏体脆化层。建议选用合金元素含量更高的焊材或者镍基焊材,避免早期失效的发生。

Sanicro25/G115异种钢焊接接头的微观组织及力学性能

选用ERNiCrCoMo-1为焊丝,利用钨极氩弧焊(GTAW)对Sanicro25/G115异种钢进行焊接。采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜和拉伸试验等研究了焊接接头的微观组织及力学性能。结果表明:焊缝、Sanicro25钢及其热影响区的微观组织均为奥氏体+析出相;G115钢及其热影响区组织为回火马氏体,G115钢母材仍保持规则的马氏体板条形态,板条平均宽度约为466 nm;G115钢侧细晶热影响区(FGHAZ)马氏体板条特征消失,形成位错密度较低的亚晶,M_(23)C_(6)相、MX相分别沿亚晶界、晶内分布;G115钢侧焊缝及熔合线附近未形成δ-铁素体。焊缝显微硬度为246 HV0.1,紧邻焊缝G115钢侧粗晶热影响区(CGHAZ)的硬度最高,FGHAZ的硬度最低;母材经历焊接热循环及焊后热处理,Sanicro25钢的硬度由230 HV0.1增至246 HV0.1,G115钢由263 HV0.1降至250 HV0.1。接头呈韧性断裂,室温强度、650℃高温屈服强度均高于母材标准下限值,断裂位置位于G115钢侧细晶热影响区。

T92和S30432马氏体/奥氏体异种钢焊接接头硬度研究

为了研究焊接工艺参数变化对异种钢焊接接头性能的影响,文中分别制备了不同热输入、焊接方法、焊接层数、焊丝类型、坡口角度、层间温度及热处理温度的T92/S30432异种钢焊接接头,分析了焊接工艺参数变化对异种钢焊接接头硬度的影响规律。研究发现:T92和S30432异种钢焊接接头的硬度在T92钢侧热影响区最高,S30432钢侧热影响区次之,焊缝硬度最低;热输入和热处理对两侧热影响区硬度产生相反的影响,自动钨极氩弧焊能升高热影响区硬度同时降低焊缝硬度;采用45°坡口角度降低了热影响区硬度;层间温度和焊接层数对接头硬度影响较小。

1000 MW超超临界发电机组过热器管T91/HR3C钢焊接接头开裂原因分析

某1000 MW超超临界发电机组运行了约7万小时后其过热器管T91/HR3C钢焊接接头开裂。对开裂的过热器管进行了宏观分析、硬度检验、金相检验和力学性能试验。结果表明:过热器管异种钢焊接时焊缝金属溢流至T91钢侧母材形成扇形异常区,且未焊后热处理,导致接头T91钢侧熔合线部位组织和性能极不均匀,长时间高温运行过程中产生氧化缺口。在内应力、交变应力和拘束应力等的共同作用下,氧化缺口根部产生裂纹,裂纹沿熔合线扩展导致接头开裂。

T91/TP347H异种钢焊接接头高温拉伸性能研究

超临界锅炉各部位的蒸汽温度存在差异,对其耐腐蚀、抗氧化、耐高温蠕变等的要求也不尽相同。因而,在超临界机组中,以HR3C、Super304H、TP347H,T91,T92为代表的马氏体和镍基合金。根据统计,超临界锅炉的四管(过热管、再热器管、水冷壁管、节煤器管)的故障占全部事故总数的三分之二,其中炉管接头的早期故障是最普遍的。由于工艺、冶金等方面的原因,如气孔、夹渣、未熔合、未焊透、焊裂纹等,导致异种钢材的焊缝寿命普遍低于设计值,仅为相同钢材的五分之一到三分之一。另外,由于连接端部材料的特性参数(例如热膨胀系数、导热率)的不同,也会使管道发生事故,从而造成重大的经济损失。因此,对异种钢接头的性能、失效机理及寿命的预测是十分必要的。

HR3C/T91异种耐热钢焊接接头的力学性能及界面蠕变失效行为研究

针对新型奥氏体不锈钢HR3C与细晶粒强韧马氏体耐热钢T91异种钢焊接接头,采用手工氩弧焊接工艺、高温加速模拟、高温持久和常温力学性能试验研究HR3C与T91异种钢焊接接头的力学性能变化、高温强度、界面蠕变损伤及破坏特征。研究结果表明,焊前预热448 K,焊后不进行热处理条件下,接头的力学性能优异。加速模拟运行3 004 h后,接头的力学性能仍然良好。而加速模拟运行5 012 h后,HR3C/T91界面发生了蠕变失效,蠕变裂纹在管接头内表面焊缝/T91界面形核、扩展,然后在管接头外表面T91的临界热影响区内发展,最后导致接头蠕变失效。拉伸和弯曲试验过程中,接头的强度和塑性下降严重,断裂位置均在焊缝/T91界面区域。因此,焊缝/T91界面容易发生早期蠕变失效。

T92/HR3C异种钢焊接接头的组织结构和力学性能

采用ERNiCr-3和ERNiCrMo-3两种镍基焊丝,用气体保护钨极电弧焊(GTAW)法实现T92/HR3C异种钢管焊接。研究了接头的显微组织及其力学性能,以及焊后热处理对接头组织结构及力学性能的影响等。结果表明:T92/HR3C异种钢接头焊缝为胞状树枝晶组织,T92侧热影响区(HAZ)主要由过热区、粗晶区及细晶区构成;HR3C侧HAZ没有明显晶粒长大的现象,但晶界、晶内有碳、氮化物析出。ERNiCrMo-3焊接接头的强度、塑性及硬度较高,拉伸断裂位于母材;而ERNiCr-3焊接接头强度、硬度较低,但冲击韧性较高,拉伸断裂位于焊缝。760℃、30 min焊后热处理,有助于改善两种焊接接头的综合力学性能。

T92/Super304H异种钢焊接接头的组织结构和力学性能

采用钨极氩弧焊(GTAW)技术,采用ERNiCr-3和ERNiCrMo-3两种镍基焊丝实施T92/Super304H异种钢焊接,并对接头的显微组织结构及力学性能进行测试分析。结果表明:T92侧热影响区(HAZ)中粗晶区析出大量的第二相颗粒,细晶区则为细小的索氏体组织;Super304H侧HAZ奥氏体晶粒长大,晶界析出明显;ERNiCr-3焊接的焊缝组织呈胞状结构,晶粒粗大;ERNiCrMo-3焊接的焊缝组织呈柱状晶组织特征。ERNiCrMo-3焊接的接头强度、塑性及硬度较大,拉伸断裂位于Super304H母材;而ERNiCr-3焊接的接头强度、硬度较低,但冲击韧性较高,拉伸断裂位于焊缝。

T92/HR3C异种钢焊接接头高温拉伸变形及断裂行为

采用500℃和625℃拉伸试验,研究T92/HR3C异种钢管接头的高温变形及其断裂行为。结果表明,在高温拉伸过程中,焊缝、T92侧热影响区(HAZ)及母材(不包含颈缩段)均未发生明显的塑性变形及组织结构的变化,而HR3C侧母材晶粒明显被拉长,HR3C侧HAZ的拉伸变形不明显。HR3C母材塑性变形量随温度升高而明显降低,孪晶回复越少。高温拉伸断口位于T92侧HAZ的细晶区(FGHAZ),呈正断加剪切断的混合断裂方式,均与室温状态下该焊接接头的拉伸变形及断裂行为不同。应力三轴度理论可很好地解释该接头高温短时拉伸变形及断裂特征。

马氏体/贝氏体异种耐热钢焊接接头的力学性能及界面失效

采用脉冲氩弧焊接工艺、高温加速模拟工况、高温持久、常温力学性能试验研究了不同焊缝强度匹配条件下,马氏体耐热钢9Cr1MoVNbN与贝氏体耐热钢12Cr2MoWVTiB异种钢焊接接头的力学性能、高温强度、蠕变损伤及界面破坏特征。研究结果表明,焊前预热250℃,焊后回火750℃×1 h条件下,加速模拟运行500h、1 000 h、1 500 h后低匹配焊接接头的界面蠕变损伤较严重,力学性能下降明显,失效倾向较大;而中匹配接头的蠕变损伤及失效倾向较小,中匹配与低匹配接头的持久强度比较接近:而高匹配接头的持久强度最低。因此,对于9Cr1MoVNbN/12Cr2MoWVTiB异种钢焊接接头采用中匹配比较合适。

马氏体/贝氏体耐热钢焊接接头的界面蠕变损伤行为

采用脉冲氩弧焊接工艺、高温加速模拟、高温持久实验研究了不同焊缝蠕变强度匹配条件下马氏体耐热钢9Cr1MoVNbN与贝氏体耐热钢12Cr2MOWVTiB异种钢焊接接头的高温强度、界面蠕变损伤及破坏特征．研究结果表明，焊前523K预热、焊后1023K×1h回火条件下，接头的力学性能优异．加速模拟运行500，1000和1500h后低匹配焊接接头的界面蠕变损伤最严重，发生了界面蠕变断裂，早期失效倾向较大；中匹配接头的蠕变损伤最小，仅发现个别孤立蠕变孔洞，早期失效倾向最小，中匹配接头在923K下的持久强度（σ10^5）与低匹配接头比较接近；高匹配接头在923K下的持久强度（σ10^5）最低，蠕变孔洞几乎连成裂纹，蠕变损伤和早期失效较大．因此，对于上述异种钢焊接接头采用中匹配焊缝较为合理．

TP347H与12Cr1MoV异种钢焊接接头早期失效研究

为了解决异种钢焊接接头的早期失效问题,对运行近4万h出现开裂失效的TP347H与12Cr1MoV异种钢接头,进行了化学成分、力学性能、显微硬度和微区元素成分能谱分析等内容的试验测试,发现了焊接接头中合金元素的迁移和硬度的分布规律,经研究分析,确认早期失效是由于熔合线附近区域的应力水平较高并与机组运行中的交变热应力、炉管内气流波动引起的振动应力等相叠加,使焊接接头的熔合线附近受到了应力幅值较高的交变载荷的作用而产生的低周疲劳失效。

异种钢焊接接头加热后碳迁移区力学性能的变化规律

对奥氏体焊缝与珠光体耐热钢母材的异种钢焊接接头 ,采用热处理加速碳迁移法 ,分析了加热温度T和保温时间t对接头增碳层厚度h的影响规律和由此而引起的该区力学性能 (即缺口拉伸强度σb、冲击韧性αKU和冷弯角α)的变化。通过非线性回归分析 ,建立了h、σb、αKU和α对加热温度T和保温时间t的数学模型。理论分析与试验结果拟合良好。随着加热温度的提高和加热时间的延长 ,h增大而σb、αKU和α减小。据此规律可分析接头长期高温运行后碳迁移区的力学性能 ,进而估算接头的使用寿命。