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NiCrMoV钢焊接接头热影响区疲劳短裂纹扩展原位试

作者: 澳门皇冠赌场来源: 本站时间:2019-05-14

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  现代发电机组呈现大型化、高参数和长寿命的特点。作为汽轮机的关键部件,转子的制造技术是难点。目前,通过焊接制造汽轮机转子在世界范围内受到重视,我国上海汽轮机厂早在1969年便成功焊接了125MW汽轮机低压转子。焊接制造转子具有诸多优点,如减小结构应力、可灵活选材、符合转子大容量和轻量化的发展需求等。然而,焊接结构几何不连续、材料不匹配,且转子服役环境复杂、服役寿命延长,使转子焊接接头的安全与可靠性面临新的挑战。

  汽轮机转子常因疲劳载荷而发生破坏,疲劳载荷主要来源于机组起停和工作中出现的高频振动载荷。长期以来,人们围绕工程结构的疲劳破坏问题,开展了大量研究。一般认为,疲劳寿命主要消耗在裂纹萌生与短裂纹扩展阶段。短裂纹的扩展行为随裂纹长度增大发生变化,除受材料微观组织和环境等因素的影响外,还涉及裂纹闭合和小裂纹效应等问题,循环载荷下短裂纹的扩展行为复杂。就微观组织而言,短裂纹的扩展需要考虑局部晶界及晶体学方向等因素的影响。短裂纹的演化是威胁焊接结构可靠性的重要因素,有必要对焊接接头微区(如热影响区)的疲劳性能进行研究。

  研究材料为26NiCrMoV145低压转子钢焊接接头,采用埋弧焊焊接。母材化学成分(质量分数)如下:wNi=3.56%,wCr=1.71%,wMo=0.38%,wMn=0.29%,wV=0.09%,wC=0.25%,Fe为余量。母材焊前状态如下:840℃×55h淬火和585℃×60h回火,焊后热处理条件为620℃×10h,抗拉强度为938MPa、屈服强度为835.5MPa。

  26NiCrMoV145钢是一种异种钢焊接转子低压端材料,以其焊接接头为研究对象,通过将初始裂纹置于热影响区的不同位置,在原位条件下开展循环载荷下短裂纹扩展行为研究,考察微区内的薄弱位置,进而研究局部微观组织对疲劳裂纹扩展机理的影响。研究结果表明:

  1)循环载荷下,对于埋弧焊的转子钢焊接接头,其热影响区疲劳物理短裂纹的扩展是不连续的,裂纹扩展形貌受到局部显微组织的影响,ΔK仍可作为裂纹扩展的驱动参量。

  2)热影响区内疲劳短裂纹扩展路径具有偏向低强度材料区的倾向,材料强度是控制疲劳短裂纹扩展方向的主要因素。

  3)热影响区内,完全淬火-回火区存在较大尺寸晶粒和板条马氏体,容易引起裂纹偏析,疲劳抗力最好;而回火区的晶粒尺寸和材料强度较小,疲劳门槛值较低,疲劳抗力较低;不完全淬火-回火区的晶界析出碳化物较多,疲劳裂纹主要以沿晶界方式扩展,疲劳裂纹扩展抗力最差。

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