Page 62 - 理化检验-物理分册2021年第四期

李万超, 等: 某锅炉屏式过热器异种钢焊接接头断裂原因

图 8 焊缝显微组织形貌
图 11 G102 钢侧熔合线区域 SEM 形貌

Fi g 8 Microstructuremor p holo gy oftheweld
Fi g 11 SEM mor p holo gy oftheG102steelsidefusionline

图 9 TP347H 钢管热影响区显微组织形貌
图 12 碳化物 SEM 形貌

Fi g 9 Microstructuremor p holo gy oftheTP347H

Fi g 12 SEM mor p holo gy ofthecarbide

steeltubeheataffectedzone
织为正常奥氏体组织, 老化 2 级。两段钢管皆无过
热迹象。
异种钢焊缝熔合线附近有焊渣缺陷, 焊根熔敷
金属外淌较多, 可见焊接质量和焊缝成形不佳。
裂纹沿着 G102 钢管侧熔合线环向开裂, 断口
平齐且无明显塑性变形。 G102 钢管靠近熔合线区
域硬度为 317HV10 , 相比焊缝及远离焊缝 G102 钢

管热影响区有较高硬度差。 G102 钢管熔合线附近
图 10 TP347H 钢管母材显微组织形貌 有明显条状碳化物析出, 碳化物呈不规则颗粒状, 为

Fi g 10 Microstructuremor p holo gy oftheTP347Hsteeltubebasemetal Ⅰ 型碳化物 [ 2 ] 。综合以上因素, 对接环焊缝失效形
1.5 微观分析 式符合异种钢焊接接头早期失效特征 [ 3 ] 。
采用 A p ollo300 型 扫 描 电 镜 ( SEM ) 对 图 6 中 在长时高温下, 碳原子的扩散能力要比其他元

G102钢管侧熔合线区域进行形貌观察和能谱分析, 素大 1×10 ~1×10 倍, 碳原子扩散过程中遇到强
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结果见图11~图13 。面扫描能谱分析结果表明, 图6 碳化物形成元素, 会在高铬和钒区的 G102 钢管熔
中在 G102钢管侧熔合线附近分布的条状析出物碳含 合线附近形成碳化物层, 使 G102 钢管靠近熔合线
量较高, 为碳的化合物。如图12白亮区域所示, 碳化 区域硬度明显升高, 裂纹在该低塑性 Ⅰ 型碳化物处
物呈不规则颗粒状。图 13 表明, 碳化物边缘近似三 形核、 长大。母材、 焊缝蠕变强度不匹配使得铁素体
角形区域铬、 镍含量较高, 为焊缝熔敷金属残留。 钢侧的焊缝界面成为接头的薄弱部位。据研究表
明, 蠕变强度差越大, 低强度区的应力三轴度就越
2 分析与讨论
大, 从而更快地加速了裂纹的形核、 扩展和连接, 导
G102 钢管的化学成分、 力学性能、 显微组织和 致异种钢 接头早期失效 [ 4 ] 。从现场运行情况了 解

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晶粒度符合 GB / T5310-2008 的技术要求, 老化 3 到, 在 G102 钢管运行了 7×10 h 后, 电厂切除原异
级。 TP347H 钢管的化学成分、 力学性能和晶粒度 种钢焊接接头, 然后进行了重新焊接, 并再次运行了

符合 ASMESA-213M-2017 的技术要求, 显微组 近 1×10 h 。异种钢焊接接头两侧母材具有较大的
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