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换热器的改进设计

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对裂纹焊缝样品的检查使TWI的材料部门(现在的冶金、腐蚀和堆焊组)能够诊断换热器中的问题,并提出改进设计和制造的建议。

在一次常规的水压测试中,Wykes Engineering的工业会员发现客户的奥氏体不锈钢板热交换器存在裂纹。换热器由一系列大的空心部分旋转盘组成,在服务期间,充满了蒸汽注入在164◦C温度和压力的六巴。随后的超声波检查显示,位于水平阀瓣组件中间三分之一处的10个加强螺栓焊接处存在断裂。为了查明故障原因,从一个盘上取下断裂的螺栓样品,并将其送往TWI进行调查。

对断口表面的目视检查显示了典型的疲劳开裂海滩痕迹。几组离散的海滩标记表明裂缝已经在每个螺栓的一些位置开始。在断裂部件上可以看到原始加工接头准备的区域,这表明焊缝根部的渗透是可变的。

从未断裂的焊缝中去除的贯穿厚度部分显示,裂纹在焊缝根部附近开始,焊缝金属和母材都是如此。缺陷由典型的疲劳裂纹的大穿晶裂纹和较小的副分支裂纹组成,其特征与应力腐蚀裂纹一致。

在扫描电子显微镜下对断口的检查显示了疲劳裂纹扩展的细条纹。利用能量弥散x射线附件,在SEM中定性分析了断口表面的腐蚀沉积物。发现了奥氏体不锈钢的主要合金元素,以及微量的钙、钾和氯。

根据这项审查,结论如下:

  • 氯化物应力腐蚀开裂是疲劳失效的原因之一。
  • 焊缝质量合格,但疲劳强度不满足使用条件。

TWI认为,TIG焊接可以改善焊缝根部形状,提高疲劳强度。还提出,通过修改螺栓设计,使焊缝远离应力集中最高的区域,可以产生一个可接受的焊缝根部轮廓。这种设计改变将提高接头的抗疲劳和耐腐蚀性能。

欲了解更多信息,请电邮:


contactus@twi.co.uk.

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