汽輪機(jī)隔板靜葉相控陣檢測(cè)

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1、汽輪機(jī)隔板靜葉的失效分析及超聲相控陣檢測(cè)某電廠汽輪機(jī)隔板靜葉斷裂概述及原因分析機(jī)組參數(shù)哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的亞臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、間接空冷凝汽式汽輪機(jī)，汽輪機(jī)設(shè)計(jì)額定功率為600MW，最大連續(xù)出力為640.5MW，型號(hào)為NJK600-16.7/538/538-1型，主蒸汽溫度538℃，壓力16.67MPa，再熱蒸汽溫度538℃，壓力3.206MPa，其中高中壓缸為日本東芝公司生產(chǎn)，哈爾濱汽輪機(jī)廠組裝。靜葉隔板通過(guò)下列方式進(jìn)行裝配。靜葉插入到內(nèi)外側(cè)壁的孔中，通過(guò)角焊進(jìn)行固定。然后

2、將靜葉與外環(huán)和內(nèi)環(huán)進(jìn)行焊接。事故綜述某電廠#7、#8兩臺(tái)亞臨界600MW汽輪機(jī)，相繼發(fā)生斷葉事故：中壓缸進(jìn)汽第一級(jí)隔板的靜葉片、轉(zhuǎn)子第一級(jí)動(dòng)葉片全部斷裂；第二、三級(jí)隔板的靜葉片和動(dòng)葉有不同程度損壞。#7機(jī)中壓第一級(jí)隔板的外環(huán)和內(nèi)環(huán)靜葉片整體脫落，邊墻較完整，內(nèi)環(huán)側(cè)面存在明顯損傷磨損的第一級(jí)轉(zhuǎn)子及動(dòng)葉片葉根某個(gè)斷裂靜葉的正反面宏觀形貌靜葉片的正面表層有鍍層脫落，靜葉片在與外環(huán)和內(nèi)環(huán)結(jié)構(gòu)焊的位置斷裂；葉片有被擊打的痕跡，內(nèi)環(huán)出汽側(cè)已被擊打磨掉一部分?jǐn)嗫诤暧^形貌分析靜葉片內(nèi)外環(huán)斷口宏觀形貌從斷面可以看

3、出，周圍存在一圈角焊接，焊道形貌完整。靜葉的進(jìn)汽側(cè)和出汽側(cè)存在局部焊接結(jié)構(gòu)，中間區(qū)域未進(jìn)行焊接；內(nèi)環(huán)和外環(huán)側(cè)斷口均呈脆性，斷口進(jìn)汽側(cè)焊接區(qū)域與未焊接區(qū)域表面有氧化現(xiàn)象，出汽側(cè)斷面的氧化略顯輕微。斷面上進(jìn)汽側(cè)可見明顯的焊道，并在焊道之間形成臺(tái)階，層次清晰。出汽側(cè)斷口可見撕裂的痕跡，有被撞擊、磨擦變形現(xiàn)象，雖變形嚴(yán)重，其焊道痕跡仍可見；每個(gè)焊道中間有凹凸不平，呈液體流動(dòng)的流線狀。焊道中間波紋化學(xué)成分分析根據(jù)日本東芝公司提供的葉片材質(zhì)為K9A62C，其元素含量對(duì)應(yīng)于我國(guó)的2Cr11NiMoNbVN；本

4、次試驗(yàn)在損壞的靜葉片基材及焊縫熔池上取樣，化學(xué)成分定量分析的結(jié)果基材與K9A62C符合；焊縫熔池碳含量較正常焊接材料偏高。X熒光光譜儀現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果合金元素Cr/%Mo/%V/%Mn/%Ni/%Cu/%其他合金元素/%隔板外環(huán)1.270.920.230.70-0.09―――隔板內(nèi)環(huán)1.280.960.180.70-0.07―――外環(huán)圍帶12.84-0.030.370.67-―――內(nèi)環(huán)圍帶*3.62-0.030.820.01―――靜葉片10.510.780.170.400.310.03―――葉片鍍層

5、71.20.1-0.623.9Fe:4.1,Ti:0.2外環(huán)焊接材料2.641.10-0.89-0.14―――內(nèi)環(huán)焊接材料2.621.020.030.740.020.12―――外圍帶表面鍍層38.79--0.7215.450.06―――金相試驗(yàn)在靜葉片的不同部位和截面分別取金相試樣進(jìn)行觀察，可看到：靜葉片的基體組織晶粒度嚴(yán)重不均勻，夾雜物很多；葉片背弧處有鍍層，鍍層與機(jī)體結(jié)合欠牢固；葉片與邊墻角焊縫金相組織為粗大的板條狀回火馬氏體在斷口縱斷面的金相試樣上可見：斷裂沿焊縫熔合線擴(kuò)展，只有極少數(shù)區(qū)域

6、可見焊縫金屬；斷口和未焊區(qū)表面均有氧化皮，未焊接區(qū)域氧化皮較?。粧伖庠嚇由峡梢娫诤缚p氧化皮下有一層類似針狀相的條狀區(qū)域，此區(qū)域還可見小裂紋，能譜分析，該區(qū)顆粒狀物質(zhì)含Cr、Mn、O較高；未焊區(qū)氧化層下無(wú)此區(qū)域；這層區(qū)域應(yīng)是與焊接過(guò)程有關(guān)。斷裂沿熔合線氧化層下條狀區(qū)域類似針狀相的區(qū)域掃描電鏡及能譜分析選擇外環(huán)側(cè)葉片斷口進(jìn)行掃描電鏡分析。從電鏡試驗(yàn)的結(jié)果看斷裂是脆性的，呈現(xiàn)沿晶、穿晶斷裂特征，斷口存在較多的二次裂紋；斷口表面覆蓋著一層氧化皮，表明該斷裂發(fā)生時(shí)間已較長(zhǎng)。分析從動(dòng)葉根部損壞情況看，大面積

7、的損環(huán)是內(nèi)環(huán)摩擦動(dòng)葉根造成的。此時(shí)，對(duì)動(dòng)葉根而言，內(nèi)環(huán)起到了摩擦剎車的作用；對(duì)內(nèi)環(huán)而言，動(dòng)葉帶他一起旋轉(zhuǎn)，起到了拉扯的作用。靜葉片受到由內(nèi)環(huán)傳來(lái)的撕扯力而脫落，進(jìn)而造成最終的大面積損壞。該級(jí)隔板外環(huán)是定位端，內(nèi)環(huán)是自由端，二者靠靜葉連接，所以在內(nèi)、外環(huán)間應(yīng)該沒有外力，造成隔板失穩(wěn)的只可能是內(nèi)應(yīng)力。而隔板為三種異種鋼相互焊接的組合體，其中靜葉與邊墻化學(xué)成分較為接近，其角焊縫焊材成分也與母材接近，相互結(jié)合較好；而靜葉與內(nèi)外環(huán)母材成分差異較大，對(duì)焊接工藝及控制要求較高，若控制不好，內(nèi)應(yīng)力是很大的；本次

8、事故斷裂就發(fā)生在此區(qū)域。對(duì)靜葉的斷裂原因分析表明，靜葉片在與外環(huán)和內(nèi)環(huán)結(jié)構(gòu)焊的位置斷裂；斷口呈脆性，裂紋沿焊縫熔合線擴(kuò)展。開裂區(qū)域表面氧化嚴(yán)重，表明已開裂較長(zhǎng)時(shí)間，系焊縫早期開裂，逐漸擴(kuò)展所致。未焊接區(qū)域的氧化皮較焊縫處開裂的氧化皮薄，這是由于葉片材料含Cr量遠(yuǎn)高于焊縫金屬，其抗氧行化性能優(yōu)于后者。結(jié)論該中壓缸葉片大量斷裂是由于第一級(jí)靜葉與隔板的結(jié)構(gòu)焊焊縫處出現(xiàn)微裂紋，裂紋緩慢擴(kuò)展、靜葉片脫落，使隔板失穩(wěn)；隔板內(nèi)環(huán)向出氣側(cè)位移，與第一級(jí)動(dòng)葉葉根發(fā)生摩擦，把第一級(jí)動(dòng)葉片全部損壞脫落；波及其他級(jí)動(dòng)靜