CN112986005A - 一种电站受热面管焊接接头蠕变试验方法 - Google Patents

一种电站受热面管焊接接头蠕变试验方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电站受热面管焊接接头蠕变试验方法，技术方案是，制作焊接接头试样，加工1根钢管主体、2个封头管，通过钢管主体未封堵的一端开口往钢管主体内装入去离子水，焊接在一起的钢管主体和2个封头管构成焊接接头试样，将密封有去离子水的焊接接头试样置于热处理炉中，设置试验加热温度，进行高温时效试验；在热处理炉中进行高温时效试验至规定时间或至试样断裂后取出，完成高温时效试验，本发明试验得到的断裂时间准确，从而达到了模拟电站受热面管实际受力的应力分布状态的目的，模拟了真实的受热面管服役状态，是电站受热面管焊接接头蠕变试验方法上的创新。

Description

一种电站受热面管焊接接头蠕变试验方法
技术领域
本发明涉及材料性能技术检测，特别是一种受热面管焊接接头近工况蠕变试验方法。
背景技术
目前研究电站受热面管焊接接头的蠕变性能一般为在实验室进行单轴拉伸蠕变试验，见GB/T 2039-2012《金属材料单轴拉伸蠕变试验方法》。单轴拉伸蠕变试验方法即为在垂直于钢管焊接接头方向(轴向)取矩形或者棒状试样，在高温蠕变试验机上通过单向拉伸(轴向)试验完成。
然而现场服役的受热面管在蒸汽内压作用下，不仅承受轴向应力，同时承受周向应力，且周向应力大于轴向应力，现场服役受热面管的在三个轴向的应力分布与单轴拉伸蠕变试验时的应力分布存在较大差距，因此现有的实验室常规蠕变试验不能模拟真实的受热面管服役状态。因此，其改进和创新势在必行。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种用于风力发电机组叶片的自动喷涂装置及喷涂方法，可有效解决进行受热面管焊接接头近工况蠕变试验的问题，从而模拟电站受热面管实际受力的应力分布状态。
本发明解决的技术方案是：
一种电站受热面管焊接接头蠕变试验方法，包括以下步骤：
步骤一：制作焊接接头试样
加工1根钢管主体、2个封头管，所述钢管主体以及封头管的直径、壁厚与现场待测受热面管的直径、壁厚相同；
所述钢管主体两端开口，所述封头管一端开口、一端密封；将其中一个封头管的开口端与钢管主体的一端采用与现场待测受热面管焊接接头焊缝相同的焊接工艺焊接在一起，形成第一焊缝；
焊接完成后，采用加热带加热方法对第一焊缝进行焊后热处理，若待测受热面管焊接接头为奥氏体不锈钢等无需焊后处理的焊接工艺时，受热面管则无需焊后热处理步骤；
通过钢管主体未封堵的一端开口往钢管主体内装入去离子水，然后将另一个封头管的开口端与钢管主体的另一端采用与现场待测受热面管焊接接头焊缝相同的焊接工艺焊接在一起，形成第二焊缝，从而焊接在一起的钢管主体和2个封头管构成焊接接头试样，去离子水被封闭在焊接接头试样的内腔中，装入去离子水的水量由待测受热面管焊接接头的蒸汽压力P确定，具体加入去离子水的质量m的计算方法为：
焊接接头试样内腔填充空间的体积V为：
Figure BDA0002955504220000021
其中：di—焊接接头试样内腔的内直径，即钢管主体的内径；h—焊接接头试样内腔的总长度，即已焊接好的焊接接头试样封头管两端板的间距；
利用克拉伯龙方程，计算选择试验压力与试验温度下的去离子水量：
PV＝nRT
其中：P—待测受热面管焊接接头的蒸汽压力(Ma)；V—焊接接头试样内腔填充空间的体积(立方米)；n—加入去离子水的物质的量(mol)；R—气体常数，R＝8.314；T—温度(开尔文K)；
利用克拉伯龙方程，计算选择试验压力与试验温度下的去离子水量：
PV＝nRT
其中：P—待测受热面管焊接接头的蒸汽压力(Ma)；V—去离子水的体积(立方米)；n—加入去离子水的物质的量(mol)；R—气体常数，R＝8.314；T—温度(开尔文K)；
通过克拉伯龙方程计算得到去离子水的物质的量n：
Figure BDA0002955504220000022
将去离子水的物质的量n换算为质量：
m＝Mr×n
其中：m—加入去离子水的质量(g)，n—加入去离子水的物质的量(mol)，Mr—去离子水的相对分子质量；
步骤二：高温时效试验
将密封有去离子水的焊接接头试样置于热处理炉中，设置试验加热温度，进行高温时效试验；焊接接头试样内的去离子水在高温作用下气化，达到待测受热面管焊接接头的蒸汽压力P，从而模拟现场受热面管焊接接头的温度和压力，在热处理炉中进行高温时效试验至规定时间或至试样断裂后取出，完成高温时效试验。
然后在取出的焊接接头试样上的第一焊缝及第二焊缝处取样(取样包括焊缝及两侧母材)，进行显微组织及力学性能试验，从而对达到了模拟电站受热面管实际受力的应力分布状态的目的。
优选的，所述待测受热面管焊接接头的蒸汽压力P为10～80Mpa；
优选的，所述步骤二试验加热温度为400℃～800℃；
优选的，所述步骤一焊接接头试样的加工数量为5～10个，步骤二中，将5～10个焊接接头试样同时放入热处理炉进行高温时效试验，各个焊接接头试样高温时效试验的规定时间依次递增，最后一个接接头试样直至试样断裂后取出；
优选的，所述步骤一焊接接头试样的加工数量为8个，步骤二中，将8个焊接接头试样同时放入热处理炉进行高温时效试验，前6个焊接接头试样高温时效试验的规定时间依次为1000h、3000h、5000h、8000h、10000h、15000h、20000h，剩余一个接接头试样直至试样断裂后取出。
本发明方法简单，通过制作与现场待测受热面管焊接接头焊缝相同的焊接接头试样，并在焊接接头试样内注入与现场蒸汽压力匹配的去离子水，将焊接接头试样整体放入热处理炉中，去离子水在高温作用下气化，达到待测受热面管焊接接头的蒸汽压力P，从而模拟现场受热面管焊接接头的温度和压力，可进行各个预设时间的高温时效试验或试验至试样断裂，可同时加工多个焊接接头试样同时进行，从而一次试验同时模式不同时效的电站受热面管焊接接头蠕变和预测断裂时间，由于其模拟程度高，因此试验得到的断裂时间准确，从而达到了模拟电站受热面管实际受力的应力分布状态的目的，使用方便，效果好，模拟了真实的受热面管服役状态，是电站受热面管焊接接头蠕变试验方法上的创新，有良好的社会和经济效益。
附图说明
图1为本发明焊接接头试样的结构示意图。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
实施例1
某电厂蒸汽压力25.4MPa，实验室时效温度为650℃；
(1)取P91钢管1根作为钢管主体1，规格为Φ57mm×6.5mm，长度300mm；取封头管2个，规格为Φ57mm×6.5mm，长度100mm，端部封头板厚度为10mm。
(2)将其中一个封头管与钢管焊接，具体焊接工艺为，封头管开口端与钢管一端对接，中间留有2mm间隙并固定，火焰加热预热，预热温度为250℃，采用手工氩弧焊进行打底焊接，焊丝为TIG-R40，焊丝直径为2.5mm，焊接电流为100A，控制层间温度为250℃，填充层及盖面层采用手工氩弧焊，焊丝为TGS-9Cb，焊丝直径为2.4mm，焊接电流为100A；
(3)将步骤(2)中焊缝采用加热带加热方法进行焊后热处理，加热温度为750℃，保温时间2.5小时，升温速率为120℃/h，达到保温时间后随炉缓冷；
(4)在步骤(3)试样中加入去离子水量43.84ml，然后将另一个封头管的开口端与钢管焊接，封闭去离子水，焊接工艺与焊后热处理步骤与上述步骤(2)、(3)相同，得到焊接接头试样，去离子水量计算如下：
焊接接头试样两端部封头板内壁间距(高度差)，计算时需减去封头端部壁厚，同时加上焊缝对接时的间隙，计算试样封闭后体积为:
Figure BDA0002955504220000041
即V＝7.36×10-4m3
计算加入去离子水的摩尔质量为：
25.4×106×7.36×10-4＝n×8.314×(650+273.15)
即n＝2.43573mol
计算加入去离子水的质量为m＝2.4357×18＝43.84g，即43.84ml。
(5)重复(1)～(4)步骤制作相同焊接接头试样7个。
(8)将经过上述处理的共8个试样置于热处理炉中进行高温时效试验，设置试验加热温度为650℃，8个焊接接头试样的时效时间分别为1000h、3000h、5000h、8000h、10000h、15000h、20000h、最后1个直焊接接头试样至试样断裂，焊接接头试样内的去离子水在高温作用下气化，达到待测受热面管焊接接头的蒸汽压力P，从而模拟现场受热面管焊接接头的温度和压力。
(9)在上述时效试样的第一焊缝及第二焊缝处取样，取样包括焊缝及两侧母材，进行显微组织及力学性能试验。
实施例2
某电厂顶棚上方高温过热器管焊接接头发生泄漏，泄漏位置位于焊接接头细晶区，其泄漏原因为：高温过热器管超温服役，高温下发生蠕变断裂，断裂管材质为T92，规格Φ45mm×10mm，其服役蒸汽压力26.15MPa，其发生断裂前在正常温度(600℃)下服役90907小时，在超温(650℃)条件下服役2503.8小时。将600℃下服役时间折算为650℃服役时间计算公式如下：
Figure BDA0002955504220000042
T—温度(开尔文K)；τ—时间(小时h)。
即600℃下服役90907小时相当于650下服役428.4小时，加上超温650℃下服役2403.8小时，现场服役管累计在650℃当量温度下服役时间为2832.2小时。
采用传统的单轴拉伸试验时，轴向应力应为管子内压折算应力，内压折算应力计算公式如下：
Figure BDA0002955504220000051
σ—内压折算应力(MPa)；P—蒸汽压力(MPa)；D0—管子外径(mm)；S—壁厚(mm)。
即内压折算应力
Figure BDA0002955504220000052
实验室进行单轴拉伸试验，轴向应力为40.53MPa，在650℃下T92蠕变接头断裂时间为3027.9小时。
采用本发明方法时，试验温度650摄氏度，管子材质为T92，规格为Φ45mm×10mm，最终焊接加工好的成品试样内径25mm，已焊接好的两封头内壁高度差484mm，加去离子水量为47.18ml。将加工好的试样置于650℃热处理炉时效，其断裂时间为2885.6小时。
两种试验方法与现场实际管样断裂时间及误差如表1。
表1断裂时间与误差统计表
现场试样 单轴拉伸试样方法 本发明试验方法
断裂时间(h) 2832.2 3027.9 2885.6
误差(％) / 6.9 1.88
可见，通过本发明方法充分模拟现场受热面管焊接接头的温度和蒸汽压力，最终与现场试样发生蠕变断裂的断裂时间误差小，达到了模拟电站受热面管实际受力的应力分布状态的目的，模拟了真实的受热面管服役状态，试验数据具有很好的参考价值，使用方便，效果好，是电站受热面管焊接接头蠕变试验方法上的创新。

Claims (5)

1.一种电站受热面管焊接接头蠕变试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：制作焊接接头试样
加工1根钢管主体(1)、2个封头管(2)，所述钢管主体(1)以及封头管(2)的直径、壁厚与现场待测受热面管的直径、壁厚相同；
所述钢管主体两端开口，所述封头管一端开口、一端密封；将其中一个封头管的开口端与钢管主体的一端采用与现场待测受热面管焊接接头焊缝相同的焊接工艺焊接在一起，形成第一焊缝(3a)；
通过钢管主体未封堵的一端开口往钢管主体内装入去离子水，然后将另一个封头管的开口端与钢管主体的另一端采用与现场待测受热面管焊接接头焊缝相同的焊接工艺焊接在一起，形成第二焊缝(3b)，从而焊接在一起的钢管主体(1)和2个封头管(2)构成焊接接头试样，去离子水被封闭在焊接接头试样的内腔中，装入去离子水的水量由待测受热面管焊接接头的蒸汽压力P确定，具体加入去离子水的质量m的计算方法为：
焊接接头试样内腔填充空间的体积V为：
Figure FDA0002955504210000011
其中：di—焊接接头试样内腔的内直径；h—焊接接头试样内腔的总长度；
利用克拉伯龙方程，计算选择试验压力与试验温度下的去离子水量：
PV＝nRT
其中：P—待测受热面管焊接接头的蒸汽压力(Ma)；V—焊接接头试样内腔填充空间的体积(立方米)；n—加入去离子水的物质的量(mol)；R—气体常数，R＝8.314；T—温度(开尔文K)；
通过克拉伯龙方程计算得到去离子水的物质的量n：
Figure FDA0002955504210000012
将去离子水的物质的量n换算为质量：
m＝Mr×n
其中：m—加入去离子水的质量(g)，n—加入去离子水的物质的量(mol)，Mr—去离子水的相对分子质量；
步骤二：高温时效试验
将密封有去离子水的焊接接头试样置于热处理炉中，设置试验加热温度，进行高温时效试验；焊接接头试样内的去离子水在高温作用下气化，达到待测受热面管焊接接头的蒸汽压力P，从而模拟现场受热面管焊接接头的温度和压力，在热处理炉中进行高温时效试验至规定时间或至试样断裂后取出，完成高温时效试验。
2.根据权利要求1所述的电站受热面管焊接接头蠕变试验方法，其特征在于，所述待测受热面管焊接接头的蒸汽压力P为10～80Mpa。
3.根据权利要求1所述的电站受热面管焊接接头蠕变试验方法，其特征在于，所述步骤二试验加热温度为400℃～800℃。
4.根据权利要求1所述的电站受热面管焊接接头蠕变试验方法，其特征在于，所述步骤一焊接接头试样的加工数量为5～10个，步骤二中，将5～10个焊接接头试样同时放入热处理炉进行高温时效试验，各个焊接接头试样高温时效试验的规定时间依次递增，最后一个接接头试样直至试样断裂后取出。
5.根据权利要求1所述的电站受热面管焊接接头蠕变试验方法，其特征在于，所述步骤一焊接接头试样的加工数量为8个，步骤二中，将8个焊接接头试样同时放入热处理炉进行高温时效试验，前6个焊接接头试样高温时效试验的规定时间依次为1000h、3000h、5000h、8000h、10000h、15000h、20000h，剩余一个接接头试样直至试样断裂后取出。
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2044296A (en) * 1979-02-07 1980-10-15 Electric Power Res Inst Method of Heat Treating an Object Having a Welded Joint
JPH11211642A (ja) * 1998-01-28 1999-08-06 Toshin Kogyo Kk 高温高圧雰囲気試験装置
CN105424497A (zh) * 2015-12-14 2016-03-23 北京科技大学 一种管件蠕变性能测试用近服役环境模拟装置
US20160258860A1 (en) * 2014-01-24 2016-09-08 The Chugoku Electric Power Co., Inc. Remaining service life evaluation method for metal pipe suffering from creep damage
CN107150161A (zh) * 2017-05-26 2017-09-12 中国能源建设集团湖南火电建设有限公司 一种t91钢焊接工艺
CN107738039A (zh) * 2017-10-16 2018-02-27 山东电力建设第工程公司 一种钢膜式管屏密封焊接方法
CN108760472A (zh) * 2018-07-23 2018-11-06 新兴铸管股份有限公司 一种焊接结构的力学性能实验装置及实验方法
CN109724880A (zh) * 2017-10-31 2019-05-07 贵州工程应用技术学院 高温合金管件蠕变试验装置
CN112304779A (zh) * 2020-11-18 2021-02-02 西安热工研究院有限公司 一种电站用高温高压管材服役性能在线试验装置

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2044296A (en) * 1979-02-07 1980-10-15 Electric Power Res Inst Method of Heat Treating an Object Having a Welded Joint
JPH11211642A (ja) * 1998-01-28 1999-08-06 Toshin Kogyo Kk 高温高圧雰囲気試験装置
US20160258860A1 (en) * 2014-01-24 2016-09-08 The Chugoku Electric Power Co., Inc. Remaining service life evaluation method for metal pipe suffering from creep damage
CN105424497A (zh) * 2015-12-14 2016-03-23 北京科技大学 一种管件蠕变性能测试用近服役环境模拟装置
CN107150161A (zh) * 2017-05-26 2017-09-12 中国能源建设集团湖南火电建设有限公司 一种t91钢焊接工艺
CN107738039A (zh) * 2017-10-16 2018-02-27 山东电力建设第工程公司 一种钢膜式管屏密封焊接方法
CN109724880A (zh) * 2017-10-31 2019-05-07 贵州工程应用技术学院 高温合金管件蠕变试验装置
CN108760472A (zh) * 2018-07-23 2018-11-06 新兴铸管股份有限公司 一种焊接结构的力学性能实验装置及实验方法
CN112304779A (zh) * 2020-11-18 2021-02-02 西安热工研究院有限公司 一种电站用高温高压管材服役性能在线试验装置

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