文摘

电站锅炉中使用的节流流量计已用作测量仪器在很长一段时间。然而,它的安全性能,如焊接、缺乏足够的重视。节流式流量计的生产焊缝焊接奥氏体不锈钢和珠光体耐热钢。裂纹和其它缺陷通常的检验和检测中发现节流流量计的生产焊接服务,具有潜在的严重事故。找出weldingdissimilar钢和缺陷之间的关系,采用显微硬度压痕法测量焊接残余应力。结合自主研发的显微压痕残余应力分布的计算软件,我们使用不同的颜色压痕区域和周边区域快速测量压痕压力收集的显微镜使用计算机图像识别算法,大大提高了精度和速度的显微压痕残余应力测试。结果表明,残余应力在异种钢的焊接是相对较大的,和机械性能测试通常是不合格的。microindentation残余应力分析方法基于计算机图像识别用于快速,直观,准确地揭示了异种钢焊接材料的组合之间的直接关系和裂纹等缺陷的产生。

1。介绍

电站锅炉中使用的节流式流量计是无处不在的,在高温、高压环境中应用。之间的焊缝一般焊接奥氏体不锈钢和珠光体耐热钢完全不同。焊缝的质量是非常重要的,这是有关节流流量计是否可以安全使用。许多学者进行了研究奥氏体不锈钢的焊接问题和珠光体耐热钢不同的焊接缺陷的检测和分析方法。

缺陷形式的气孔和夹渣通常出现在奥氏体不锈钢的焊接和珠光体耐热钢不同,造成局部应变集中。在奥氏体钢和珠光体钢,1 - 3毫米的孔,夹渣会降低焊接接头的热疲劳寿命10倍以上(1]。扫描电子显微镜、透射电子显微镜和能量色散x射线能谱法采用Gotalskii et al。2直接观察奥氏体钢的焊接界面和珠光体钢不同的合金焊接,他们发现,有两种类型的接口:奥氏体、马氏体和martensite-like /铁氧体。锅和张3)提出了一个方法来减少这种马氏体界面的宽度。Schmidova et al。4)进行硬度测量的关键区域珠光体和奥氏体钢焊缝和翻译成碳浓度变化,证实了大浓度和结构不均匀性的存在在熔合线,这样的融合区域被认为是不稳定的(5]。李等人。6和纳尔逊et al。7]分析了融合区,发现它的特点是化学不均匀性之间的焊缝和贱金属。Danielewski et al。8)的焊缝进行了金相分析,发现在不锈钢,热影响区很窄,奥氏体颗粒的增长并没有观察到,而细长粒铁素体在奥氏体晶粒形成不连续的网络。的另一个问题不同的钢奥氏体钢之间的焊接和珠光体钢脱碳和硬质合金夹层的存在,它有不利影响焊缝的机械性能(9]。Nikulina et al。10)研究了高碳的闪光对接焊珠光体钢、铬镍奥氏体钢和结果表明,分层珠光体殖民地含有铬和镍和薄的奥氏体夹层形成焊接区。Vishniakas [11]发现奥氏体焊条焊缝是粘性的失败,和各个部分quasibrittle失败,而失败的铁素体和珠光体电极焊接是温和的。Elagin et al。12)发现,在长期高温加热,氮化硅颗粒的形成和晶粒细化有助于改善焊缝的显微组织稳定,抑制碳化反应的发展,并降低焊缝的显微组织不均匀性。因此,碳化物分布更均匀的融合与珠光体钢带,从而减少异种钢焊缝的热脆性。李和严13]使用等离子弧焊焊接异种钢的珠光体钢和奥氏体钢也发现板片状马氏体硬化层中形成焊接区、碳迁移两边的焊接接头,有低硬度的中心区域。楚et al。14]分析了失败的原因一定焊接,发现主要有粒间孔和裂缝开裂、和主要失效机理是蠕变开裂。杜邦(15)总结了异种钢的焊接,过早失效通常是由以下因素:突然的变化在熔合线微观结构和力学性能;大不同的热膨胀系数(CTE)之间的铁素体和奥氏体合金;界面碳化物的形成,导致蠕变空洞的形成;和铁素体钢的优先氧化在熔合线附近。

焊缝的检查,一些标准和手册已经发布(供参考16,17]。此外,除了一些传统的检验方法,新的检验方法也正在出现。Thuvander et al。18)结合磁力显微镜(MFM)成功与扫描电镜研究奥氏体和双相不锈钢焊缝金属与不同的铁氧体水平。亨佩尔(19)进行了一次深入研究异种钢焊缝的残余应力状态使用x射线和中子衍射和证实,奥氏体的表面残余应力管在样品制备是极大地影响了加工技术。强烈阵雨et al。9)实验证实,声发射方法可用来检测两个典型焊接缺陷焊接接头不同的钢结构等级以及扩散夹层。Lyubimova et al。20.]提出的结合x射线荧光分析、x射线衍射和显微硬度测定与传统检验方法(视觉或超声波检查21]等)可以提高异种钢焊接的操作可靠性。焊接变形和残余应力的有限元分析是由布沙尔(22和荣等。23),可用于预测焊接变形和残余应力的瞬态行为。吴et al。24)和Eisazadeh et al。25)使用中子衍射方法测量不同焊接的残余应力层厚度和不同的焊缝。横向残余应力引起的焊接与马氏体的存在阶段不同的焊缝。Rathod et al。26)得出的结论是,摄影技术无法检测小焊缝中夹杂物。因此,质量检测应由其他无损检测检查检测超声波等(27]。超声波测试需要听觉上各向同性的材料,而奥氏体焊接材料是高度各向异性由于树突结构在焊接冷却过程造成的。Bulavinov [28)解决这个问题有深入的理解在焊接结构中声传播通过弹性动态模拟来支持当地的评估结构的焊接。Juengert [29日)开发两个超声波检查技术和验证在平面标本用人工和真正的缺陷;重建技术给定量的检验结果和允许缺陷尺寸的确定。Lugin [30.)提出了一种新的方法来检测使用横向热流隐藏的缺陷,也可以找到隐藏的缺陷/裂缝无法被传统的温度检测方法。它是一种常见的方法来收集焊接应力数据使用物联网技术(31日,32]。

夏et al。33基于microindentation)开发了一种方法,可以预测裂缝的长度作为残余热应力的函数。马尔福德et al。34)描述了一种从microindentation测试过程中提取简单的本构参数来构造整个应力与应变曲线。Frutos et al。35)解决喷砂奥氏体钢中残余应力的测定ultramicroindentation技术使用硬度计压头。获得的结果显示良好的协议与同步辐射在同一标本。Yonezu et al。36)提出了一个方法来评估残余应力和塑性应变的奥氏体不锈钢用microindentation测试。数值实验与有限元方法(FEM)进行了模拟SUS316L各种塑料的压痕试验菌株(预应变)和残余应力。刘等人。37]研究了激光快速形成的微观结构和残余应力(探测器)718年镍基高温合金铬镍铁合金,在组织规模和残余应力评价维氏microindentation方法表明探测器中的残余热应力分布是不均匀的样品。

尽管异种钢焊接奥氏体不锈钢和珠光体耐热钢广泛应用于电站锅炉管道,以及国内和国外的研究也一直在进行异种钢焊接的问题和焊接缺陷的检测和分析方法,减少研究异种钢焊接的节流式流量计。很长一段时间,节流流量计只是用作测量仪器,和它的安全性能,如焊接、缺乏关注。直到2016年的爆炸的流量计Dangyang湖北电厂造成严重伤亡,与各方社会开始关注其安全性。摘要标准喷嘴流量计(以下简称喷嘴流量计)在节流流量计作为研究对象,结构和过程模拟焊缝的节流式流量计,以及不同的组合不同的钢焊接材料选择处理测试块。然后,显微硬度法结合microindentation残余应力分布计算软件被用来测试焊缝的残余应力和机械性能的标本。异种钢焊接和缺陷之间的关系,分析了节流流量计是普遍的缺陷的原因和显示,它提供了一个方向下一步流量计的结构转换和处理技术的进步。

2。节流式流量计的焊缝中存在的问题

电站锅炉中使用的节流流量计在结构上是相似的。在本例中使用的例子是标准喷嘴流量计,也被称为喷嘴流量计,如图1。为了保证强度作为承压部分在高温高压环境中,前后夹紧环通常由珠光体耐热钢。确保节流部分的几何尺寸,保证测量精度作为测量元件以及保持表面的清洁,防止氧化在高温、节流部件通常由奥氏体不锈钢。由于不一致的材料前后夹紧环和节流部件,异种钢焊接的焊缝有问题。具体而言,奥氏体不锈钢和珠光体耐热钢的焊接,焊缝是v型。

作者收集了9的53个喷嘴流量计从8火电企业目标的方式,涉及4 5用户单位和制造单位,也考虑到不同材料、操作参数,不同的媒体,和操作的喷嘴流量计。后利用实验室的便利条件,通过解剖、无损检测、扫描电子显微镜、能谱分析、机械性能测试,等等,发现没有一个喷嘴流量计幸存了下来。具体而言,裂缝和其它相关的缺陷被发现在制造业的焊接喷嘴流量计是抽样,如图2- - - - - -5。不良率是100%,高发病率的流量计是令人震惊的。

3所示。焊接标本节流式流量计的基本情况

之间的关系来验证不同的焊接钢节流式流量计的电站锅炉和缺陷,如裂缝常见焊缝,焊缝的结构和过程的节流式流量计是模拟的,和不同的组合不同的钢焊接材料选择,加工测试块。然后,焊缝的残余应力和机械性能测试标本的合适的测试方法。节流式流量计的结构和焊接工艺焊接模拟,和不同的组合不同的钢焊接材料选择,包括流程测试部分(见图1 - 46- - - - - -9)。试样的硬度和焊接残余应力在不同焊接过程进行了分析,和标本的力学性能测试;结果如表所示1。

4所示。残余应力测试方法的选择

传统的焊接构件的残余应力测量技术大致可以分为两类:机械释放测量方法有一定的损害和非破坏性物理测量方法。这些测量方法基本上是只有宏观测量方法,这意味着很难重复测试过程和实验数据是广泛分布的。此外,盲孔法等机械方法,将测量样品造成更大的破坏。近10年来,由于薄膜材料和纳米技术的发展,传统的测量方法已经不能满足实验要求,和一个新的残余应力测量技术已经出现:使用显微硬度压痕测量残余应力。

残余应力测量的基本测量原理的显微硬度压痕法是残余应力(应变)之间的线性关系和压痕面积比。当拉应力在示例中,抑郁症发生缩进,缩进的面积也相对较小。当压应力时,周围会有凸起压痕,压痕的面积会比较大。这就是为什么硬度材料的残余应力测量方法是由压痕面积之比表面的样本。

根据理论OliverWC PharrGM,残余应力敏感的金属压痕压过程中积累,所以准确的残余应力测量的主要条件是精确测量压痕的面积变化。引入参数压痕面积比C²下面: 一个_笔名应力状态下的投影面积缩进;一个是无压力状态下的面积。

残余应力是最后计算得到的残余应变由于面积变化引起的残余应力。

然而,显微硬度压痕法也有一些局限性。例如,为了测试焊缝的横截面上的残余应力,它是必要的焊接部分的示例,它破坏了焊缝的完整性不可避免,只有剖切面的二维方向的残余应力是可以衡量的,这意味着实际的残余应力测试点不能完全反映。由于压痕形状的不规则性受残余应力的影响,传统的尺寸测量方法的精度和耗时的性质限制了这种测试方法在实际工程中的应用。此外,残余应力计算通过残余应力和残余应变之间的关系。相邻之间的残余应力测试点有时有很大的差异,具有高峰值和一些不连续。

发现焊接残余应力分布规律的焊缝截面节流式流量计,显微硬度压痕法是用于焊接残余应力测试。作者利用自主研发的“microindentation残余应力分布计算软件”,利用压痕的颜色区域的区别以及周边地区的水处理。算法的流程如图10。计算机图像识别算法是用来快速收集的显微镜测量压痕压力,大大提高了测试精度和速度microindentation的残余应力。缩进地形的软件功能包括图像识别,自动计算实际的面积缩进,理论面积缩进,残余应变和残余应力。它可以执行一键批量识别和计算缩进的照片。

改善microindentation的精度和速度的关键在于快速、准确测量压痕面积的确定实际上是由残余应力变形的复杂形状。传统的显微镜不能测量的面积大小和计算实际缩进和凹凸弧特性。使用明暗差异缩进和周围材料的金相照片,使用计算机图像识别方法直接提取像素之和的黑暗压痕的实际压痕面积,以及四个端点之间的对角线像素长度提取获得的理论压痕区域。两者的比率可以取消像素单位和单位长度的影响,避免实际的压痕尺寸测量的难度和面积计算。

5。测量焊接残余应力对焊接节流式流量计的标本

焊缝截面样本取自样品1 #,2 #,3 #,4 #,分别和样本,以避免电弧起始点记录1 # 1、2 # 1、3 # 1,4 # 1。他们轻腐蚀,分别和焊缝分布可以看到。1 #样品,测试点是每2毫米,共27列和13行,总计351点(图11)。显微硬度压痕法是用于压力测试,和microindentation残余应力分布计算软件也使用。应力分布的原理图如图12。最低压力是97 MPa,最大应力是291 MPa。2 # 1样品,测试点是每2毫米,共有23列和13行,总共299点(图13。应力分布的原理图如图12;最低压力是106 MPa,最大应力是386 MPa。3 # 1样品,测试点是每2毫米,共有23列和13行,总共299点(图14。应力分布图如图12。最低压力是122 MPa,最大应力是398 MPa。4 # 1样品,测试点是每2毫米,共有21列和14行,总计294点(图15。应力分布图如图12。最低压力是102 MPa,最大应力是346 MPa。

6。焊接机械性能测试标本的节流式流量计

根据GB / T -2010 - 228.1的要求,GB / T 2653 - 2008, GB / T 229 - 2007,焊缝的机械性能的四个标本进行测试。测试结果如表所示2- - - - - -4。

7所示。分析焊接试样的测试结果节流式流量计

焊接残余应力和机械性能测试情况如下:(1)样品1的焊接材料是耐热钢为基础和耐热钢焊条。除了焊接异种钢的焊接位置和底层之间的不锈钢节流件,其他相同类型的焊接材料。力学性能测试表明,焊接接头的抗拉强度539 MPa。的焊接接头的拉伸试验和冲击试验结果满足规范的要求。然而,裂缝出现在一些弯曲试件的焊缝熔合线底部位置的弯曲试验。试样的焊接残余应力大于贱金属。大部分的焊缝的残余应力是150年和250年之间MPa,和一个小点的一部分压力是250至300 MPa。越接近底部焊接,焊接应力越大,接近60%的抗拉强度,并有一定的开裂的风险。(2)试样2的焊接材料是耐热钢和不锈钢焊丝过渡为基础和耐热钢焊条。由于焊丝的过渡,耐热钢焊条不会接触到不锈钢节流部件。力学性能测试表明,焊接接头的抗拉强度500 MPa,拉伸试验的结果,弯曲试验和冲击试验的焊接接头都满足规范的要求。试样的焊接残余应力大于贱金属。没有热处理执行以来,大部分的焊缝的残余应力是250年和350年之间MPa,和一个小点的一部分压力是350至400 MPa。越接近底部焊接,焊接应力越大,接近80%的抗拉强度,有开裂的风险更大。(3)样品3的焊接材料是不锈钢丝为基础和耐热钢焊条。有问题直接焊接不锈钢丝之间的不同的钢和耐热钢焊条。力学性能测试表明,焊接接头的抗拉强度500 MPa,和焊接接头的拉伸试验满足要求,而弯曲试验和冲击试验不符合规范要求。试样的焊接残余应力大于贱金属。因为没有进行热处理,大多数焊缝的残余应力是250年和350年之间MPa,和一个小点的一部分压力是350至400 MPa。越接近底部焊接,焊接应力越大,接近80%的抗拉强度,和有一个伟大的开裂的风险。(4)样品4的焊接材料是不锈钢丝为基础和耐热钢焊条。有问题直接焊接不锈钢丝之间的不同的钢和耐热钢焊条。力学性能测试表明,焊接接头的抗拉强度500 MPa,和焊接接头的拉伸试验满足要求,而弯曲试验和冲击试验不满足规范要求,但冲击试验结果高于标本3。试样的焊接残余应力大于贱金属,和样品已经热处理。大部分的焊缝的残余应力是150年和250年之间MPa,和一个小点的一部分压力是250至300 MPa。越接近底部焊接,焊接应力越大,接近60%的抗拉强度,并有一定的开裂的风险。

8。结论

通过焊接残余应力和机械性能的测试的标本有四个不同的焊接方法,试验结果综合分析如下:(1)有残余应力差异流量计的焊道焊接试样。焊缝底部附近的残余应力较大,附近的残余应力和焊接结束的更小。最大残余应力位于焊缝的根源,和当地的强度接近60 - 80%的材料的抗拉强度,表明有一个风险。(2)如果不锈钢节流部件直接焊接,耐热钢焊接材料或不锈钢焊接材料基础和耐热钢焊接材料,机械性能测试一般不合格,和异种钢接头的残余应力大,表明这个焊接过程应该被避免。(3)焊缝的应力热处理后的试样明显低于没有热处理的焊缝,和力学性能的测试结果也比没有热处理的试样,表明焊后热处理工艺可以有效地提高流量计的性能,并且可以推广和应用。

数据可用性

的数据支持本研究的发现可以从相应的作者在合理的请求。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这部分工作是支持衢州城科技项目批准号。2022 k162 2021 k19。