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排风机叶轮冷裂纹可能性分析

轴流风机叶轮冷裂纹是低、中合金高强钢焊接生产中比较容易出现的一种裂纹,多发生在焊接热影响区,一般在焊后冷却过程中Ms点附近或更低的温度区间产生,宏观断口具有发亮的金属光泽的脆性断裂特征。冷裂纹又可细分为延迟裂纹、淬硬脆化裂纹(淬火裂纹)和低塑性脆化裂纹。
  据资料显示,高强钢90%以上的排风机叶轮裂纹都是冷裂纹。冷裂纹的危害要比热裂纹大,因为一般热裂纹在焊接过程中出现,一旦出现易于及时发现并进行返修,但是绝大部分冷裂纹的发生具有延迟性,也就是说焊后当下没有裂纹,再过一段时间后才产生,而且有些还是在使用过程中产生,所以危险性很大容易造成事故,严重影响着设备与人身安全。
  大量的生产实践和研究证明,钢种的淬硬组织、接头中扩散氢的含量、接头的拘束应力状态是高强钢焊接接头焊接时产生冷裂纹的三大主要因素[3] 。
  就该叶轮而言,依据日本JIS和WES标准推荐碳当量公式[4]
Ceq=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14=0.67%~0.68%, 因此Ceq较高,淬硬倾向较大,热影响区冷裂纹倾向较大。况且该叶轮焊接前母材为调质状态的马氏体组织,焊后残余应力较大,进口端叶片间距较小且相对密集,拼装成整体叶轮焊接时的结构刚度相对较大即拘束应力较大,参考其它压缩机叶轮有限元计算及分析结果表明此处应力也较大[5] ,裂纹发生在进口端靠近轮盘一侧的多个叶片上焊缝熔合线与热影响区,带有明显应力集中的部位(叶片母材和角焊缝熔合线过渡处),并且在焊接冷却后和消应力处理加热过程中发生,有明显延迟裂纹的特征。对比其它产品叶轮的材料、结构、焊接工艺流程以及该叶轮在先焊的叶片与轮盖侧焊接及消应力后焊缝无裂纹的情况,发现该叶轮拼装成整体叶轮焊接时,结构刚度相对较大,尤其是在叶轮进口端,叶片几乎与轮盖、轮盘平齐,且轮盘侧叶片间距仅为31mm,相对比较密集,此处焊缝焊接时的横向收缩已变化为受轮盖、轮盘的径向整圆盘拘束,比之该叶轮其它部位以及其它产品叶轮焊接时进口端焊缝的横向收缩受轮盖、轮盘的拘束情况,其拘束应力明显较大,拘束度越大,内应力也越大[6] ;况且该叶轮焊接前母材为调质状态的马氏体组织,强度级别较高,屈服强度达850MPa以上,强度级别越高,冷裂纹的敏感性越大[7] 。除此之外,在材料和工艺方面没有差别。因此我们认为该叶轮出现的焊接裂纹主要是因为结构刚度相对较大即拘束应力较大产生的冷裂纹。

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点击次数:  更新时间:2015-08-20 15:13:24  【打印此页】  【关闭