Page 50 - 理化检验-物理分册2023年第十一期

高腾飞, 等: 某核电站凝汽器密封结构用镍铝青铜螺栓断裂原因

图3 断裂螺栓的微观形貌
2.1 腐蚀介质
断裂螺栓位于核电站凝结水抽取系统中凝汽器
密封结构的管板处, 由于管板会与海水接触, 故管板
材料选用镍铝青铜合金, 以防止海水腐蚀, 同时配套
螺栓也同样采用镍铝青铜合金。镍铝青铜虽然是良
好的耐腐蚀材料, 但研究表明, 该合金在潮湿的
气氛中容易发生应力腐蚀开裂 [ 7-8 ] 。凝汽器是
NH 3
二回路所有排气的汇集点, 其中气体主要包括水蒸
气和调节核电站二回路 p H 时加入的氨, 以及给水 图4 螺栓的装配状态示意
除氧时加入的联氨分解产生的氨气。经检测, 二回
综合以上分析判断, 螺栓服役过程中受到不均

路的 p H 约为9.6 , 根据 GB / T10576.2 — 2007 《 铜及

匀的应力载荷, 使其表面应力腐蚀倾向变大, 且螺栓
铜合金加工残余应力检验方法 氨熏试验法》 中附录

长期处于自身应力腐蚀敏感介质中, 在二者的耦合
A 的规定, 在存在氨污染的大气环境中, 铜合金产品 作用下, 螺栓萌生了应力腐蚀裂纹, 裂纹沿着残余应
能够安全使用的 p H 应为10 。说明机组运行时, 断
力较高的相界区域向内扩展, 最终导致螺栓发生应
力腐蚀断裂。
裂螺栓长期服役于一个 p H 相对较低的潮湿 NH 3
环境中。
2.2 受力分析 3 结论与建议

螺栓的装配状态如图 4所示, 在螺栓紧固过程
断裂螺栓长期处于自身应力腐蚀敏感的潮湿
中, 压板上部半圆形凸台首先接触壁面, 此时压板和
NH 3 气氛中, 且服役过程中受到不均匀的应力载
壁面处于相互平行状态, 但未达到密封状态。继续
荷, 增大了其表面应力腐蚀倾向, 最终使螺栓发生了
旋紧螺母, 压板会以凸台为支点顺时针旋转。完成
应力腐蚀断裂。
密封时, 螺母底面的上部与压板紧密贴合, 而下部则
建议对凝汽器的镍铝青铜压板螺栓进行无损检
可能留有间隙, 不同的贴合程度使得螺栓受到不均
测, 并及时更换。采取替换螺栓材料、 减小螺栓预紧
匀的应力载荷, 增大了螺栓表面应力腐蚀倾向。断
力或降低凝汽器氨浓度等措施, 可以避免螺栓发生
裂螺栓的宏观断口具有一定的角度, 判断螺栓受到
断裂。
了切应力的作用。
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