分析锅炉蒸发器吊挂管爆裂原因.pdf

Ac a d e m ic 学术 的气孔 、夹渣 、未 焊透 、 内部 裂 纹 的位 置 等缺 陷。但直 径 在 0 2 m m以下 的显 微 气 孔、 显微裂 纹和 微小 的未 焊透 等缺 陷 不 易用 x射线 探伤 法探 测 到。该 产 品经 1 0 0 X射 线探伤 达到 J B 1 1 5 2 8 1 锅 炉 和 钢制 压力 容器 对接 焊缝 超 声波探 伤 标准 I I级为合格品 。 3 2超声波检 测 本产 品的重 要位置 焊缝 需进 行超 声 波检验，达到 J B 1 5 2 8 1 钢制压力容 器对焊 缝超声波 探伤标准 I I 级合格 。 其探 伤 原理 为探伤 时 ，高频 脉冲发 生器 的产 生 的高频 脉冲 加在 探头 的压 电 晶片 上 使之 产生 超声波 ，超 声波 通过探 伤面 的耦合 剂进 入 工件 ，传 播过 程 中，遇 到 缺 陷和 工件 底面 便会 产生 反射 回波 ，探 头 的压 电晶片将 反射 波转 变为 电信 号， 经接受放大加到示波管的垂直偏转板上， 在相应位置 上产生缺 陷。 参考文献： 1 马志刚，孙灵群 ，谭兆强 浅析 锅炉、压力 容器 的焊接 质量控制 J 山 东械，2 0 1 1( 4 ) 2 马鸣 ，张亚奇 ，李春光 低温钢 制压力 容器焊接 工艺综述 J 机械 制造 文摘 一 焊接分册 ，2 0 1 1( 6 ) 分析锅炉蒸发器 吊挂管爆裂原因 苏立敏 张锡武 ( 2 2 5 2 0 0 扬州诚德铜管有限公司 江苏扬州) 摘要：锅炉蒸发器在众多化工厂中往往都会得到重用 ， 然而近年来其吊挂管却频繁出现一些爆裂事故 ， 对众多用户造成了一定 的干扰。本文以某化工厂锅炉蒸发器的吊挂管为例 ， 通过对其进行理化试验检验、力学测定、电镜金相扫描等等 ， 分析其爆裂的 主要原因 ， 并提出合理的解决措施。 关 键 词 1 我 厂锅 炉蒸 发器 吊挂 管爆 裂事 故 概述 我 厂锅 炉蒸 发器 吊挂 管 主要用 于运 输二级除氧水，外部富含着温度高达 9 0 0 摄 氏度 的氮气 ， 其水压控制在 0 5 帕斯卡 。 该 设备 在我 厂使 用 5年 正常 运 行 良好， 某 天突 然 出现 了吊挂 管爆裂 事 故。 出现 爆 裂 的 吊挂 管是 7 2根 中 的第 1 7根 ，位 于锅 炉 出 口的位置 ，其 他 吊挂管运 行 仍 然正常。但是整个锅炉循环却出现 了严 重 的设 备事 故，所 以我 厂 的相关 工作 人 员对 出现爆裂 的 吊挂管进 行了失效分析 ， 探讨其爆裂原 因。 2 吊挂 管爆 裂原 因分 析 2 1取样观察 锅炉 吊挂管的材质是 2 0 0 ，其规格为 3 8 ra mx 6 ra m。 其宏观形貌如下图1 所示。 管径方向的爆 口并没有非常明显的变形， 其 内壁 的腐 蚀垢 层 却是清 晰可 见 的，并 表 现 出 了明显 的疏松 ，此 处炉 管壁 厚被 腐 蚀 较为 严重 ， 只剩 下不 到 3毫米 。观 察 其 外壁 ，并没 有腐 蚀现 象，表 现 出砖 红 色 ，没有 裂纹 产生 。在没 有 发生爆 裂 的正 常 吊挂 管 中取样 ，观 察其 内壁 发现 也有腐 蚀 现象存 在 ，但 是其 壁 厚没 有发 生较大 的变化 。 2 2化学分析 在 A管断 口处和 B管正常段上取化 学 试样 进 行分 析 ，其结 果 如表 1 所 示 。 由表可 知， 比照标准 2 0 G钢 的要求 ，A管 除 了内壁处 的碳 含 量稍低 ，其他 元 素并 不 超 出标 准值 ，而 B管 中所 有元 素 均满 足标准 要求。 2 3力学分析 在 A管 爆裂 处 附近 取 高温和 室 温段 的试样，并在 B管 的正常段处取样，分 别进 行拉 伸试 验， 并将结 果与 质量 证 明 书中的标准要求值进行对比，A管断口高 温段 的 强度 以及伸 长率 和标 准值 相 比， 均低 于标 准值 ，室 温段 和 B管 正常 段 的 指标 则符 合标 准值 的规 定 。由对 比结果 可知，没有受到高温影响的吊挂管段处 的力学性能均符合质量标准，蒸发器吊 挂 管受 到高温 影响 的位 置其 力学性 能 已 经无法达到标准 。 2 4金相分析 2 4 1 显微组织 从 A管和 B管上 分 别取 合 适 的金相 试样，其中，A管的试样标记为高温段试 样 A 一 2号，室温段标记为 A 一 3号，对其 进行金相组织观察发现，A 一 2号管内表现 为腐蚀产物，外表面表现为针状的铁素 体 以及 珠光体 ，还 有部 分组 织表 现 出魏 氏组织 形态 ，而碳 化物 则表 现 出球化 的 状态 ；A 一 3号则表现 出相对 正常的带状珠 光体和铁素体 ；B管组 织形 态则与 A 一 3号 表 现相 似，也 表现 为带 状 的珠光 体 以及 铁素体 。 2 4 2断 口组 织 将 断口出的试样放到电镜下进行观 察 分析 ，可 以看 到如 图 1 所 示 的冰糖 状 断口示意图，对其进行腐蚀能谱微区分 析，发现其主要成分包括 0 、M g 、s i 、P 、 c a 、M n 等 等。 表 1 爆裂 、正常 吊挂管化学成分统计表 ( 质量分数 ) 测 量值 元 素 标准值 A管 内段 A管外高温段 A管外低温段 B管外段 碳 0 1 7 一 O 2 4 O 1 5 O 2 1 O 2 2 O 2 3 硅 O 1 7 0 3 7 0 2 6 O 2 2 0 2 1 0 2 5 锰 O 3 5 0 6 5 O 4 9 O 5 O 0 4 8 0 5 4 磷 0 0 3 5 0 0 0 0 2 0 O 0 O 1 2 0 01 7 7 0 0 0 5 4 硫 0 0 3 5 0 0 0 7 2 0 0 0 0 5 1 0 0 0 5 2 0 0 0 6 4 112中国机械 Ma c h i n e C h i n a 图 1 断 口形貌示意图 2 4 3腐蚀产物 对 A管爆裂 口处 内壁 、室温区 内壁 、 B管 内壁进 行 取样 ，分 别编 号 为 A 1 1 、 A 一 1 3和 B ，采用 x光衍 射 仪对 其 进 行物 相 分析，选用铜靶 ，电压 设计 为 4 O干伏 ， 电流设计为 4 O 毫 安，A l 1 号分析 出的物 相主 要包 括铁 、 四氧 化三 铁 、三氧 化二 铁以及氧化亚铁；A 一 1 3以及 B试样分析 出的物相则是碳酸钙、四氧化三铁、氟 磷酸钙、 M g 3 s i 2 o 5 ( O H) 4 。 3 针对该爆裂事故的解决措施 由理化 试验 分 析结 果可 知 ，爆 裂 吊 挂管 的断 口部 位 出现 了比较严 重 的腐蚀 现 象，整个 锅炉 蒸 发器 内管壁 上都 存在 着钙 盐 以及硅 酸盐 类 的水 垢。综合 分 析 可 知，爆 口的位 置 由于 处在锅 炉 出 口部 位，这个位置属于变温区，运行期间要 承受着较大的膨胀应力以及收缩应力， 另 外还有 弯 曲应 力，这个 原 因导 致水 垢 分 布不均 ，进 而管 内介质 流通 也会 受 到 一 定 的影 响 ，进 而 管体 导热 性能 也会 受 到 限制 ，进而 达到 一种 超温 的 运行 。水 流 由于 高温 发生 气化 ，和管 体 中的碳 发 生 反应 ，便会 生产 甲烷 在 晶界 聚集 ， 出 现 多数 的 高压 气泡 ，随着 时 间增 多，最 终 引发 裂纹 的 产生 。持续 作用 下 ，管 壁 将 越来 越 薄，最后 无 法承 受外 力 ，而 突 然爆裂 。 4 结 语 本 文针 对 我厂 锅炉 蒸发 器 吊挂 管 的 Ac a d e m i c 学术 爆裂原因展开 了分析，并讨论其解决措 参考文献： 2 周保东 省煤器吊挂管爆管事例 施 ， 日后相 关 工作 人 员要 加强 检测 ，避 1 隋 晓 红 ，黄 磊 ，周 敬 锅 炉 蒸 分析 J 装备制造 ， 2 0 0 9 ( o 9 ) 免爆裂事故再次 出现 。 发 器 吊挂 管 爆 裂 原 因 分析 J 物 理测 试 ， 2 0 1 2( 0 2 ) 机床振动的类型 特征及防治措施研究 陈曙光 余萍 ( 2 2 5 1 2 7 江苏金方圆数控机床有限公司 江苏扬州) 摘要： 机床在工作时会提高主轴转速 ， 产生振动现象 ， 机床震动会降低加工件的质量 ， 加快刀具与机床零部件的磨损 ， 剧烈振 动时还会降低机床的使用寿命 ， 且其发出的噪音会影响机床作业人员的身体健康 ， 是一种比较有害的现象。本文通过分析机床振 动的类型、特征 ， 提出了防治机床振动的措施 ， 为减弱 机床 振 动造 成 的危 害 比较 多，从 小 的方 面来 说， 它降低 了车床 精加 工 的质 量 ，从 大 的方 面来 说 ，它 影 响 了我 国机 床 工 业 的发展 ， 因此 ，必 须对 机床 振 动 问题加 以重视。机床振动产生的原因比 较多，也比较复杂，要想提高机床加工 的精度与质量，就必须对机床振动产生 的原因进行不断的分析研究，并根据分 析结果进行分类总结，从而采取正确、 有效的防治措施，减少机床振动带来的 危害，提高机床加工的质量与效率。 1 机床振动的类型 以及特征 1 1 机 床振动的类型 1 1 1自激振动 自激 振 动又 称 自发 振动 ，是 指在 完 全没有受到外界因素干扰的情况下，因 系统内部相互作用而产生的稳定的、周 期性的振动。机加工过程 中产生的 自激 振动现象 比较多，例如进行机加工时， 机 床 中 的砂轮 会对 金属 件 进行 磨 削，产 生摩擦，就会发生 自激振动，如果机加 工零部件的刚性比较差，选用 的砂轮与 机加工零部件不匹配，产生的摩擦力就 会 增大 ，就 会增 大 自激 振动 的 强度 ；机 床 自身 以及 具 有支撑 作用 的立 柱 等产 生 弯曲也会引起机床的 自激振动；扭转机 床的主轴也会产生 自激振动；机床选用 刚性比较弱的刀具，在安置的角度不对 以及位置偏差过大的情况下也是会产生 白激振 动的。 1 1 2自由振动 自由振动 是 指机 床系 统没 有 受到 外 力 的驱 使 ，可 以按照 自身 的频 率进 行 振 动 ，机床 的 自由振动 与 外界 因素 无 关， 与 自身 的 固有 属性 有关 。 自由振动 分 为 单 自由度振动、有限多自由度振动和无 限 自由度振动三类 ，自由振动 的过程 中， 能 量是守 恒 的 ，我 们 把理 想状 态 下的 自 由振动 称 为无 阻尼 自由振 动，振 动频 率 称为 固有频 率，振动周期称 为固有 周期 。 由于机 床 系统 中存 在 的阻 尼 比较 大 ， 自 由振动的幅度会逐渐降低，这种振动对 机加工零部件的危害比较小。 1 1 3受迫 振动 受迫 振动 又称 强 迫振 动 ，是在 外 界 因素 的干扰 、作 用下 引发 的振 动 现象 ， 受迫 振 动会影 响机 床 加工 的精确 度 和 品 质 。受迫 振动 的振 源主 要来 自机 床 系统 的外部和内部两方面，外部振源主要是 来 自环境的振动，振动通过地基传达给 机床系统，从而引起机床振动；机床 内 部的振源主要是 由机床的摆放不平衡、 传动系统的缺陷、地基 的振动以及零部 件运动的惯性等原因引起的。 1 2机床振动的特征 1 2 1自激振动 的特 征 机 加 工 中的 自激振 动是 不受 外力 影 响 的，振 动 的过程 中可 以引起外 力 的周 期性 变 化，并 能周 期 性 的补 充 能 量，维 持振动现象，因此 自激振动是不衰减振 动。自激振动的振源来自于机床本身， 当机床停止运作时，自激振动也会随之 消失。自激振动的频率与机床系统的自 然频率接近或者相等，根据频率高低可 以划分为高频率振动与低频率振动两种。 白激振动的振幅大小及振动本身是否产 生，决定于每一振动周期内补充能量与 阻尼消耗能量的对比情况，如果机床系 统产 生 的能量 大 于阻尼 消耗 的能量就 会 不 断地增 大振 幅 ，反之 就会 不 断减 小振 幅 ，当减 小到 一定 的 数值 时， 自激振 动 就会消失。产生 自激振动的一个重要条 件就是在机床正处于机加工作业过程中， 如果切削过程结束，机床系统空转，自 激振动也是会消失 的。 1 2 2自由振动 的特征 自由振动 不 需要 外力 的作 用 ，振 动 频率 是机 床 自身 固有 的， 自 由振 动遵 循 机械能守恒定律，其对机床 以及机加工 过程 中零部件所造成的损失 比较小 。 1 2 3受迫振动的特征 受 迫振 动 的危 害特 别大 ，受 迫振 动 的特征主要有 以下几点：一是受迫振动 改变 不 了外 界 因素造 成 的干扰 力 ，且 干 扰力 与机 加 工 的切 削过程 没有 关 系，受 迫振 动 的频 率与 机床 自身 的频 率无 关 ， 与驱 动 力 的频率 有关 系，受 迫振 动 随着 振源 的停 止 而停 止；二 是受 迫振 动 的过 程是 稳 定 的、间歇 的 ，其 最 大振 幅产 生 的条件是外界干扰力的频率与机床本身 固有频 率接 近或 者相 同时；三是 受 迫振 动的振动频率与机床 内外的干扰力、阻 尼的大小以及机床系统的刚性有关，干 扰 力越 大 ，阻尼 与系 统 的刚性 越小 ，振 动频率就越高，对机加工过程中零部件 的质量影 响也就越大 ，反之亦然 。 2 机床振动的防治措施 2 1自激振动 的防治措施 自激振动主要受机加工切削过程中 机床内部工艺系统的影响，包括刀具的 几 何参 数、作 业过 程 中的 阻尼 以及切 削 的用量 等， 只要 合理 的运 用、控 制这 些 因素， 自激振动就会减弱甚至消失。自 激 振动 的 防治措 施主 要如 下：一 是合 理 地 选择 刀具 的几 何参 数，在 机床 作业 的 过 程 中，刀具 几何 参数 的选 择对