張軍





摘 ?要:通過一系列的分析,例如能譜以及成分分析,針對葉輪輪緣開裂的現象,對其開展了全面的失效分析。通過分析結果得知,對于該汽輪機葉輪失效而言,屬于一種普遍的應力腐蝕開裂,主要由于兩個方面的因素,從而致使葉輪開裂現象的出現,一是在葉輪上方根部,有著相對集中的應力,二是在汽輪機運行環境中有著多種腐蝕元素,例如鈉元素、氯元素以及硫元素。總之通過本文的探究,以期為有關人員提供參考。
關鍵詞:汽輪機;葉輪失效;金相組織;化學成分;應力腐蝕
引言:
就汽輪機轉子而言,其主要是在高溫以及高壓的環境下進行工作的,同時它還有很大的旋轉速度,能夠承受諸多不同的作用力。在汽輪機轉子中,最大的承受應力的零件就是葉輪。因為在蒸汽之中,會存在少數的雜質,這對于葉輪幾何過度處來說,極易引起腐蝕性介質在這之中出現局部濃縮現象,往往會在葉輪應力相對聚集的位置,造成應力腐蝕開裂問題。根據有關統計,汽輪機葉輪開裂往往出現于兩個地方,也就是鍵槽以及輪緣處,另外在內孔以及表面的地方,也容易出現開裂的現象。由于根部以及輪緣的作用,再加上對結構的裝配,致使在輪緣葉根槽的地方,存在相對集中的應力。在汽輪機中,導致葉輪失效的行為中,輪緣開裂是比較常見的現象,如果沒有及時看到裂紋,任由它繼續發展下去,將會導致輪緣斷裂問題,同時葉片也會脫離,最終導致轉子失衡問題,這一后果是非常嚴重的,因此應該加強失效機理的研究。
1.葉輪輪緣開裂失效概況
某電廠汽輪機在開展壽命評估檢驗中,通過滲透檢測得知,葉輪輪緣外存在開裂,一共出現兩處裂紋,從長度上來看,裂紋1大概達到0.7毫米,裂紋2的達到0.5毫米,圖1所示,為裂紋位置與形貌,結合圖中所含信息得知,兩者有著一定的類似性,將裂紋1開展解剖分析。針對開裂位置開展相應的超聲波探傷,通過結果得知,深度大概達到9毫米,并且在葉輪的周圍,有著很多的附著物。為了更好探究開裂原因,基于開裂位置取樣開展失效分析。
2.宏觀檢查
對裂紋1開展切割取樣,圖2(a)所示,為實際所選取的樣品;通過全面觀察得知,輪緣已經徹底裂透,而且對于底部以及葉輪槽,兩者之間存在金屬墊片,詳情如圖2(b)所示。因此對于上方根部來講,需要承受一定的拉應力,換而言之,應力主要體現于開裂部分。朝著徑向解剖試樣,圖3所示,為徑向的截面。結合圖中所含信息得知,這一處的裂紋并沒有徹底裂透,由此可以判斷,從上方根部朝著外部開裂,對于裂紋的尖端來講,是以樹枝狀來進行分布的。
3.實驗分析
本實驗主要從以下方面進行分析,也就是金相組織分析、掃描電鏡分析、斷口能譜分析以及化學成分分析,以期為相關人員提供借鑒。(1)金相組織分析。向正常部位進行取樣,通過對顯微鏡的使用來檢驗,圖4(a)所示,為詳細的檢驗結果,結合圖中所含信息可以得知,對于金相組織而言,其組織并非異常。向開裂部位進行取樣,通過對顯微鏡的使用來檢驗,圖4(b)所示,為詳細的檢驗結果,結合圖中所含信息可以得知,對于基體組織而言,其屬于回火索氏體。結合裂紋來分析,主要是沿晶開裂,對于裂紋的尖端來講,是以樹枝狀來進行分布的。
(2)掃描電鏡分析。沿著裂紋1的方向把樣品打開,得知在斷口表面,存在很多的白色腐蝕物,將斷口進行清洗處理,通過對掃描電鏡的使用來進行觀測,結果顯示,斷口基本上被產物所覆蓋,對于露出的部分而言,屬于一種花樣斷口,在兩方面的作用下致使斷口形成,一方面是應力,另一方面就是白色腐蝕產物,斷口屬于一種較為常見的脆性斷口。針對花樣處斷口,對其進行放大處理得知,有著很多的二次裂紋。在全面分析斷口的基礎上得知,就1號裂紋斷口而言,其存在應力斷裂形貌。
(3)斷口能譜分析。針對葉輪周圍白色附著物,對其開展能譜分析,圖5所示,為微觀形貌,詳細結果見表1。通過結果可以得知,在這一附著物中存在一系列的敏感元素,而且量是很大的,例如鈉元素、硫元素。針對表面處腐蝕產物,對其開展能譜分析,圖6所示,為微觀形貌,詳細結果見表2。通過結果可以得知,在這一腐蝕產物中存在一系列的敏感元素,而且量是很大的,例如鈉元素、氯元素。
(4)化學成分分析。對于汽輪機葉輪而言,其材質屬于34CrNi3Mo,取樣對輪緣開展成分分析,確定葉輪材料有沒有滿足標準要求。表3所示,為成分分析結果,結合表中所含信息得知,葉輪成分能夠滿足有關的標準要求。
4.開裂原因分析
對于致使汽輪機輪緣開裂的原因,本文主要從兩個方面進行分析,也就是開裂特征分析以及斷裂過程分析,希望能為有關人員提供幫助。(1)開裂特征分析。通過進行現場觀察,再加上宏觀檢測得知,葉輪周圍有著很多的白色附著物,裂紋開始形成于上方根部。針對于底部以及葉輪槽,由于兩者之間存在金屬墊片,促使葉輪在實際運行中,需要承受兩種力,一種是拉應力,另一種就是離心力,應力主要體現于開裂部位。針對金相組織對其開展檢查得知,對于金相組織而言,其組織并非異常,結合裂紋來分析,主要是沿晶開裂,對于裂紋的尖端來講,是以樹枝狀來進行分布的,存在應力腐蝕形貌的特點。通過成分分析結果得知,對于汽輪機葉輪而言,其材質屬于34CrNi3Mo,能夠滿足有關的標準要求,并且這一材料存在應力腐蝕敏感性。通過對掃描電鏡的使用來開展能譜分析,結合結果可以得知,斷面有著很多的腐蝕產物,有著二次裂紋的現象,以斷口裸露的地方來看,屬于一種冰糖狀花樣,而斷口屬于一種較為常見的斷口,存在應力腐蝕斷口的特點。由此可以得知,針對這一輪緣開裂而言,是一種普遍的應力腐蝕開裂。
(2)斷裂過程分析。汽輪機實際工作中,對于葉輪上方根部來講,受到多種應力的作用,例如較為常見的熱應力,由于有著一定的金屬墊片,致使這一處的應力被增加,與此同時,該處屬于幾何斷續的地方,應力集中相對突出。葉輪運轉處于濕蒸汽的環境,其中有著一系列的腐蝕元素,例如較為常見的鈉元素、氯元素以及硫元素,和水作用產生電解液,滲進葉輪輪緣的地方,從而致使電化學腐蝕。在葉輪上方根部,由于存在較為集中的應力,使得這一處形成裂紋源,最終導致應力腐蝕開裂。和應力呈90度的方向,朝著這一方向裂紋不斷延伸,直到徹底裂透。
結論:
綜上所述,在葉輪上方根部處有著相對集中的應力,當汽輪機處于工作狀態,在這一個地方長時間積聚多種腐蝕元素,例如鈉元素、氯元素以及硫元素,而且量是很大的,因此極有可能產生腐蝕環境,久而久之,會致使應力腐蝕開裂的出現。以定期的形式,在對汽輪機開展檢修作業時,對于這一處埋藏的缺陷,需要注重進行檢查,為汽輪機正常的運轉,提供強有力的保障。
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