Page 59 - 理化检验-物理分册2025年第五期

龚光平，等：水泥厂分汽缸焊接接头开裂原因

Fe O
3 4
Fe O Na CO (SO )
2 3
6 3 4 2
CaSO
4

10 20 30 40 50 60 70 80 90 10 20 30 40 50 60 70 80 90
2θ/(°) 2θ/(°)
(a) 腐蚀产物 (b) 残留水样结晶物
图 4 断口截面腐蚀产物 X 射线衍射分析结果
分数达到 3.05%，远超过正常范围。物相分析结 面的几何不连续极易使材料形成应力集中 。锅
[1]
果表明，断口表面的腐蚀产物主要成分为 Fe 2 O 3 、 炉水质化验记录显示，该台锅炉自 2018 年以来，水
的 pH 保持在 11.6~12.4，pH 偏高，蒸汽中呈现出
Fe 3 O 4 ，残留水样结晶物主要成分为 Na 6 CO 3 (SO 4 ) 2
和 CaSO 4 。 典型的高温碱性环境 。当锅炉在长期变载荷下
[2]
运行时，主蒸汽进入分汽缸过程中形成冲击载荷，
2 综合分析
应力集中区域会形成微小的裂纹。同时蒸汽品质
分汽缸整体未见明显的减薄、鼓包、变形现象。
不高，携带大量的碱金属，碳酸根、硫酸根离子也
母材和封头焊缝外表面可见沿焊缝环向和纵向的 一同进入分汽缸中，在高温碱性环境下发生以下
挖补焊缝，存在补焊位置重叠现象。补焊口外表面 化学反应，生成 NaFeO 2 和 Na 2 FeO 2 ，这两种物质
凹凸不平，存在焊缝余高过大及明显的内凹、咬边 为疏松多孔的磁性氧化物，其在分汽缸内表面不
现象，筒体内表面焊趾处存在环向裂纹和纵向裂 断聚集、沉积，并与炉水中的碳酸根离子和硫酸根
纹。筒体底部可见大量积水及黑色污泥状沉积物， 离子接触，水解成疏松的 Na 6 CO 3 (SO 4 ) 2 和 CaSO 4 ，
取样化验结果表明分汽缸内部残留积水中Na 质 破坏了金属表面的 Fe 3 O 4 保护膜 。腐蚀性碱金
+
[3]
量浓度达到46 870 mg/L，底部黑色沉积物中Na元 属碳酸盐在焊缝粗糙表面、焊缝焊趾，以及存在内
素质量分数达到 3.05%，均高于正常值。分汽缸筒 凹、咬边、错边等缺陷位置进一步发生浓缩 [4-5] ，并
体和封头母材的力学性能均满足标准要求，焊缝近 在局部间隙中形成小阳极、大阴极的电偶腐蚀 ，
[6]
裂纹区的屈服强度及冲击吸收能量远低于标准规 在蒸汽冲击载荷的作用下，材料发生典型的碱应
[7]
定的下限值。筒体母材的显微组织均为铁素体 + 力腐蚀开裂 。
珠光体，部分珠光体区域存在碳化物扩散。焊缝区 根据现场了解，该分汽缸在第一次发生热影
为先共析铁素体和珠光体，呈枝晶状分布，热影响 响区环向裂纹泄漏时，焊接人员仅对裂纹处进行
区为过热的珠光体和铁素体。筒体与焊缝焊趾处 打磨，并未进行圆滑过渡和加工坡口，导致补焊口
存在一条沿熔合区开裂的沿晶主裂纹，主裂纹附近 表面存在焊缝余高过大，以及明显的内凹、咬边缺
可见大量沿晶二次裂纹。人工打开裂纹，可见断口 陷，进一步促进了碱应力腐蚀裂纹的扩展 。同时，
[8]
表面附着一层腐蚀产物和部分水样结晶物，腐蚀产 补焊位置与原封头环焊缝间距不足，焊接过程中
物主要成分为 Fe 2 O 3 、Fe 3 O 4 ，残留水样结晶物主要 产生的高热量直接加热封头环焊缝，使封头环焊
成分为Na 6 CO 3 (SO 4 ) 2 和CaSO 4 。清洗断口后，发现 缝处于过热状态，接头变得硬而脆，材料的显微组
断口开裂形式以沿晶开裂为主，部分为穿晶开裂， 织表现为过热状态，整体力学性能下降 [9-10] 。当分
在人工撕裂区域存在明显韧窝形貌，并存在大量沿 汽缸重新投入使用后，由于碱应力腐蚀环境不变，
晶二次裂纹。 封头环焊缝和补焊位置的整体力学性能下降，因
容器制造资料表明，其采用氩弧焊打底，手工 此分汽缸在承受较大径向应力时发生多处纵向开
电弧焊盖面的焊接方式。由于焊接操作不当，焊 裂，而焊接人员依然采取不合格的焊接工艺进行
缝表面存在较大的余高及咬边，这种位于焊缝表 补焊，致使该分汽缸再一次发生开裂泄漏事故。
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