電站鍋爐主要部件的失效課件

24十二月2022電站鍋爐主要部件的失效18十二月2022電站鍋爐主要部件的失效1第一節(jié)鍋爐運行基本工況一、概述鍋爐是將煤、油、天然氣等燃料或其他熱能釋放出來的熱量，通過金屬受熱面?zhèn)鬟f給經(jīng)凈化的水，并將其加熱到一定壓力和溫度的水和蒸汽的連續(xù)運行的換熱設備。也就是說，在換熱過程中，鍋爐的金屬部件在一定時間內(nèi)都要受到一定的壓力和溫度的作用。電站鍋爐金屬部件運行時的四個重要因素：時間、高溫、應力和介質(zhì)部件工況可分為2類：以溫度為主，以應力為主。材料的許用應力的確定－室溫抗拉強度、設計溫度下的屈服強度、設計溫度下持久強度、設計溫度下蠕變強度和疲勞強度選取的；也可以分出2大類：溫度作用造成的蠕變損傷、沒有溫度作用的其他損傷第一節(jié)鍋爐運行基本工況一、概述2第一節(jié)鍋爐運行基本工況二、電站鍋爐主要部件失效類型蠕變、疲勞、蠕變疲勞、侵蝕、腐蝕、磨損、材質(zhì)老化及其交互作用等；（見資料表1）注：基本情況，異常工況時比較復雜；有助于制造故障樹，形成專家系統(tǒng)；失效部位的位置與相鄰部件位置的關系；有助于積累數(shù)據(jù)；有助于金屬監(jiān)督；有助于制訂反措；第一節(jié)鍋爐運行基本工況二、電站鍋爐主要部件失效類型3第二節(jié)失效分析的意義和作用一、失效分析的概念和特點失效分析的概念（3層含義）失效分析的發(fā)展過程失效分析的特點二、失效分析的作用提出預防措施查明責任主體失效分析還可為材質(zhì)鑒定和在役鍋爐的壽命預測提供重要的技術依據(jù)失效分析可以積累寶貴數(shù)據(jù)為制訂標準提供依據(jù)。失效分析可以為企業(yè)提高技術管理水平提供依據(jù)。第二節(jié)失效分析的意義和作用一、失效分析的概念和特點4第二節(jié)失效分析的意義和作用三、部件失效的統(tǒng)計分析統(tǒng)計分析是宏觀分析方法，有關管理部門或領導機構可以從大量的設備事故中進行分類統(tǒng)計，摸清事故規(guī)律，找出主要矛盾，最后作出決策。注：1、分類2、計算百分比3、繪制主次圖4、列舉原因5、制訂措施四、失效分析的發(fā)展方向五、失效分析的注意事項第二節(jié)失效分析的意義和作用三、部件失效的統(tǒng)計分析5第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式一、過量變形失效二、疲勞失效三、腐蝕失效四、蠕變失效五、磨損失效六、脆性斷裂失效七、塑性斷裂失效第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式6第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

一、過量變形失效過量變形失效又可分為過量彈性變形失效和過量塑性變形失效其主要影響因素有：1、熱沖擊：突然升溫或降溫，產(chǎn)生的熱應力。2、部件自重：部件自重可產(chǎn)生永久變形，放置大型部件時應注意合理放置。3、殘余應力：存在殘余應力的大型部件在高溫運行中，由于殘余應力發(fā)生變化，破壞了原來部件內(nèi)部的應力平衡，造成永久變形。4、異常工況的影響：如轉子超速運行會造成彎曲；主汽門門桿的卡澀會造成門桿變形。5、材料問題：高溫材料下降后，會造成起屈服強度下降。如：εИ-723鋼螺栓，長期運行，會使汽缸漏汽。6、設計的安全系數(shù)不夠，會使部件發(fā)生變形。

第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

一、過量變形失效過量變形7第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

二、疲勞失效部件在工作過程中承受交變載荷或循環(huán)載荷的作用，引起部件內(nèi)部的應力叫交變應力。在這種交變應力的作用下發(fā)生斷裂的現(xiàn)象叫疲勞斷裂。

疲勞失效種類很多，分類方式極為復雜：按載荷分，有拉伸疲勞、拉壓疲勞、彎曲疲勞、扭轉疲勞和各種混合受力的疲勞；按載荷交變頻率分，有高周疲勞和低周疲勞；按應力大小分，有高應力疲勞和低應力疲勞；在復雜環(huán)境條件下還有腐蝕疲勞、高溫疲勞、熱疲勞、微振疲勞、接觸疲勞等。

第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

二、疲勞失效部件在工作過8疲勞斷裂也有一個時間過程，即裂紋的萌生、裂紋的擴展和最終的瞬時斷裂三個階段。

第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

二、疲勞失效疲勞斷裂也有一個時間過程，即裂紋的萌生、裂紋的擴展和最終的瞬9第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

二、疲勞失效在疲勞失效分析中，應重視疲勞源產(chǎn)生條件的分析。部件表面或內(nèi)部凡是造成應力集中的部位均可能成為疲勞源。例如：部件截面發(fā)生突變的部位；加工刀痕處或加工中形成的微裂紋；材料表面或內(nèi)部的夾雜物；腐蝕裂紋誘導出的疲勞裂紋；鑄件的疏松處和鍛件的白點發(fā)紋出；焊接的引弧處和焊接裂紋；運輸和安裝時的碰撞處；表面處理缺陷處；化學成分的微區(qū)偏析處，等。

第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

二、疲勞失效在疲10第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

二、疲勞失效1、高周疲勞斷裂低應力（σ<σs），高循環(huán)次數(shù)（N>105）。高周疲勞一般壽命較長，斷裂時沒有塑性變形，一般也稱應力疲勞。高周疲勞一般具有穿晶特征，在裂紋金相試樣上，裂紋呈波動狀，裂紋中間沒有腐蝕介質(zhì)和腐蝕產(chǎn)物，裂紋尖端往往較尖銳，疲勞條紋間距小。2、低周疲勞斷裂高應力（σ≥σs），低循環(huán)次數(shù)（N＝102～105）。低周疲勞一般壽命較短，斷裂時長伴隨應變的發(fā)生，故也稱應變疲勞。斷口較為粗糙，斷口周圍往往有殘余宏觀變形。斷口仍具有逐漸擴展區(qū)和瞬時破斷區(qū)的特征，逐漸擴展區(qū)的“海灘”標志部明顯或消失。3、高溫疲勞斷裂4、熱疲勞斷裂第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

二、疲勞失效1、高11第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

三、腐蝕失效

金屬材料受周圍環(huán)境介質(zhì)的化學與電化學作用而引起的損壞叫腐蝕失效。腐蝕對部件損壞的表現(xiàn)為失重、破壞材料表面完好狀態(tài)和生產(chǎn)裂紋。常見腐蝕失效的主要類型：1、高溫氧化：其氧化反應方程式為：2Me+O2→2MeO（高溫下）2、低熔點氧化物的腐蝕（高溫腐蝕）劣質(zhì)燃料中含有V2O5、Na2O、SO3等低熔點氧化物，它們與金屬反應生產(chǎn)新的氧化物。這些低熔點氧化物又會與金屬表面的氧化物發(fā)生反應，生成結構松散的釩酸鹽。3、煙氣腐蝕（低溫腐蝕）－部件溫度低于含酸根煙氣的露點。含有較高SO2、SO3和CO2的煙氣，當遇到較冷的物體（省煤器、空氣預熱器）時，溫度降到煙氣的露點以下。部件表面凝結的水膜與中的與SO2、SO3和CO2結合形成酸性溶液，導致鍋爐尾部受熱面嚴重的低溫腐蝕。第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

三、腐蝕失效12第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

三、腐蝕失效4、應力腐蝕應力腐蝕是材料在腐蝕環(huán)境中和靜態(tài)拉應力的同時作用下產(chǎn)生的破裂。它是斷裂中最廣泛、最嚴重的一種破壞形式。應力腐蝕的三個特定條件：特定的腐蝕環(huán)境、足夠大的拉應力和特定的合金成分和結構。應力腐蝕有下列的幾個特征：A、裂紋的宏觀走向基本上與拉應力垂直。只有拉應力才能引起應力腐蝕，壓應力會阻止或延緩應力腐蝕。B、應力腐蝕斷裂存在著孕育期。C、產(chǎn)生應力腐蝕的合金表面都會存在鈍化膜或保護膜。腐蝕只在局部區(qū)域，破裂時金屬腐蝕量極小。D、斷口呈脆性形貌，裂紋走向為穿晶、沿晶或混合型。裂紋一般起源于部件表面的蝕孔。E、應力腐蝕斷裂一般發(fā)生在活化－鈍化的過渡區(qū)的電位范圍，即在鈍化膜不完整的電位范圍內(nèi)。F、大多數(shù)應力腐蝕斷裂體系中存在臨界應力腐蝕斷裂強度因子KISCC。當應力腐蝕斷裂強度因子低于KISCC時，裂紋不擴展；大于KISCC時，應力腐蝕裂紋擴展。第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

三、腐蝕失效4、應力腐蝕135、點蝕或孔蝕在構件表面出現(xiàn)個別孔坑或密集斑點的腐蝕稱為點腐蝕，又稱孔蝕或小孔腐蝕。點腐蝕是一種由小陽極大陰極腐蝕電池引起的陽極區(qū)高度集中的局部腐蝕形式。點蝕隱蔽性很強。點腐蝕具有如下特征（見教材）點蝕坑形貌：第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

三、腐蝕失效5、點蝕或孔蝕第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

三、腐蝕失14第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

三、腐蝕失效6、晶間腐蝕：晶間腐蝕是指部件材料的晶界及其鄰近部位優(yōu)先受腐蝕，而晶粒本身不被腐蝕或腐蝕很輕的一種局部腐蝕。不銹鋼的晶間腐蝕要比普通碳鋼和合金鋼較為普遍。7、黃銅的脫鋅腐蝕黃銅中的脫鋅過程中會存在陽極反應和陰極反應。在陽極反應中，鋅、銅同時溶解；在陰極反應中，溶液中的O2和銅離子的還原和再沉積，其結果在脫鋅的黃銅表面出現(xiàn)多孔的銅層。8、氧的濃度差電池腐蝕含氧的水溶液中，由于溶解氧的濃度不同而引起的腐蝕稱為氧的濃度差電池腐蝕。如水線處易出現(xiàn)腐蝕。氧濃度高的地方為陰極，濃度低的地方為陽極。陽極會受到腐蝕。9、垢下腐蝕由于鍋爐給水質(zhì)量不佳，雜質(zhì)在高溫區(qū)的水冷壁管內(nèi)沉積并形成鹽垢，導致此處壁溫升高，爐水在沉積物母體中蒸發(fā)，使非揮發(fā)成分變濃，使垢下的金屬材料成為濃差電池和溫差電池的陽極，而受到腐蝕。垢下腐蝕實際上是高壓水下的電化學腐蝕。

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三、腐蝕失效6、晶間腐蝕15第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

三、腐蝕失效10、氫腐蝕氫對金屬的作用往往表現(xiàn)在使金屬產(chǎn)生脆性，因而有時把金屬的氫損傷統(tǒng)稱為氫脆。習慣上把氫對鋼的物理作用所引起的損傷叫做鋼的脆性，而把氫與鋼的化學作用引起的損傷叫做氫腐蝕。高壓含氧環(huán)境中，由于氫原子擴散進入鋼中，與鋼中的碳結合生成甲烷，使鋼出現(xiàn)沿晶裂紋，引起鋼的強度和塑性下降的腐蝕現(xiàn)象稱為氫腐蝕。

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三、腐蝕失效10、氫腐蝕16第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

四、蠕變失效1、蠕變的概念蠕變是指金屬材料在恒應力長期作用下而發(fā)生的塑性變形現(xiàn)象。

2、蠕變斷裂類型A、基本形變型蠕變斷裂（M型蠕變斷裂）

當部件受到大的應力，在較短的時間內(nèi)發(fā)生的蠕變斷裂為基本型蠕變斷裂。斷裂前整個基體發(fā)生形變。斷裂部位金屬流變明顯，形成頸縮，斷裂為穿晶型，斷口的微觀特征是韌窩。這類蠕變斷裂對缺口應力集中不敏感。第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

四、蠕變失效1、蠕變的概17第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

四、蠕變失效B、楔型裂紋蠕變斷裂（W型蠕變斷裂）高溫下晶界是粘滯性的，在較大外力作用下，晶界將產(chǎn)生滑動，在晶粒的交界處產(chǎn)生應力集中。如果晶粒的形變不能是應力集中得到松弛，且應力集中達到晶界開裂的程度時，則在晶粒的交界處產(chǎn)生楔型裂紋。C、孔洞型蠕變裂紋（R型蠕變斷裂）在形變速率小、溫度較高的低應力蠕變中，首先在晶界上形成孔洞，然后孔洞在應力作用下繼續(xù)增多、長大、聚合、聯(lián)接成微裂紋，微裂紋連通形成宏觀裂紋，直至斷裂。晶界上形成孔洞的原因是：晶界滑動時，在晶界彎曲和硬質(zhì)點分布處形成孔洞；滑移帶和滑動晶界的交割形成孔洞；空位由壓應力區(qū)擴散和沉淀；晶界上的夾雜或第二相質(zhì)點與母體分離。孔洞型蠕變斷裂形貌特點是：屬于沿晶斷裂，斷口處無明顯塑性變形，垂直于拉應力軸的晶界上孔洞成核較多。蠕變過程中臨界裂紋的形成臨界的宏觀裂紋產(chǎn)生前，在一個宏觀應力集中的區(qū)域內(nèi)，有利于形成孔洞的晶界上都可產(chǎn)生孔洞、孔洞鏈和裂紋。它們可獨立產(chǎn)生和發(fā)展，而且與金屬表面不連通。較大的微裂紋通過合并鄰近的小裂紋而長大。形成臨界宏觀裂紋后，它將成為主裂紋而加速擴展，直至斷裂。蠕變裂紋與表面連通后，氧化形成的楔形氧化物，將促進蠕變裂紋擴展。第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

四、蠕變失效B、楔型裂紋18第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

四、蠕變失效3、過熱失效過熱失效是材料在一定時間內(nèi)的溫度和應力作用而出現(xiàn)的失效形式。它是蠕變失效在電站鍋爐高溫部件的具體表現(xiàn)形式。它主要發(fā)生在受熱面管道上。過熱與超溫的概念不同，超溫就是材料超過其額定使用溫度范圍運行。主要針對鍋爐運行溫度而言，而過熱主要是針對材料的金相組織和機械性能的效果而言。過熱是鍋爐超溫運行的結果，超溫是過熱的原因。過熱失效一般分為長期過熱和短期過熱。主要表現(xiàn)形式是鍋爐管子發(fā)生爆破。長期過熱是管子在長時間的應力和超溫溫度作用下導致的爆管。長期過熱一般超溫幅度不大，過程緩慢。一般常發(fā)生在過熱器和再熱器管上。短期過熱是超溫幅度較高，在較短的時間內(nèi)發(fā)生的失效現(xiàn)象。有的短期過熱的超溫幅度會高于相變點。一般發(fā)生在水冷壁管上。

第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

四、蠕變失效3、過熱失效19第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

五、磨損失效磨損分為五類：粘著磨損、磨粒磨損、沖蝕磨損、腐蝕磨損和表面疲勞磨損。

決定磨損方式的三個因素：零件所處的運動學和動力學狀態(tài)，零件表面的幾何形貌和轉配質(zhì)量。零件的使用工況及所處的環(huán)境狀態(tài)。零件材質(zhì)狀態(tài)，摩擦副材料的匹配情況，以及材料在磨損過程中的變化等。

1、沖蝕磨損A、固體粒子沖蝕B、汽蝕

2、腐蝕磨損

第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

五、磨損失效磨損20第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

六、脆性斷裂失效

1、產(chǎn)生條件材料的脆性是指材料的其他力學性能變化不大，而韌性急劇下降的現(xiàn)象。部件的脆性斷裂是指幾乎沒有塑性變形，斷裂過程極快而吸收能量極低的突發(fā)性破壞現(xiàn)象。只有處于脆性狀態(tài)的零件才能發(fā)生脆性損壞。產(chǎn)生脆性斷裂的加載條件是：靜載或沖擊。部件發(fā)生脆斷時的應力大大低于材料的屈服強度，屬于平面應變條件下的裂紋失穩(wěn)擴展。2、陽城電廠K4大板梁斷裂實例下翼板斷口形貌腹板斷口形貌分析第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

六、脆性斷裂失效121第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

七、塑性斷裂失效產(chǎn)生條件當部件所承受的應力大于材料的屈服強度時，將發(fā)生塑性變形。如果應力進一步增加，就可能發(fā)生斷裂。這種失效，稱為塑性斷裂失效。它一般發(fā)生于靜力過載或大能量沖擊的惡劣工況情況下。

第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

七、塑性斷裂失效產(chǎn)生條件22第四節(jié)失效分析的主要分析方法和主要分析設備

一、宏觀分析和金相分析方法1、宏觀分析宏觀分析是把金屬的表面或金屬的縱斷面或橫截面磨制后，經(jīng)過侵蝕或不經(jīng)侵蝕，用肉眼或在放大鏡下觀察的方法。2、金相分析金相分析的基本任務是研究金屬和合金的組織和缺陷，以確定其性能變化的原因，在火電廠中，金相檢驗的主要任務為：A、在安裝中，檢驗金屬部件質(zhì)量。例如金屬部件的組織和焊縫的組織和質(zhì)量。B、在運行中，檢驗金屬在運行過程中的組織變化，如組織的球化、老化、顯微裂紋等。C、在事故分析中，根據(jù)組織變化情況來分析事故的產(chǎn)生原因。D、在制造和修配中，檢驗產(chǎn)品質(zhì)量，以確定熱處理工藝是否合理。

第四節(jié)失效分析的主要分析方法和主要分析設備

一、宏觀分析和23第四節(jié)失效分析的主要分析方法和主要分析設備

二、斷口的宏觀分析斷口宏觀分析的作用：尋找斷裂源和裂紋發(fā)展的路徑。判斷部件是塑性斷裂還是脆性斷裂。判斷引起部件失效的受力狀態(tài)（含組合應力狀態(tài)）。粗略地評價設計、制造、運行工況、材質(zhì)和介質(zhì)等因素對斷裂的影響。

斷口三要素：圓形光滑拉伸試樣的纖維狀斷口，由形貌不同的纖維區(qū)、放射區(qū)和剪切唇區(qū)構成這三個宏觀斷口區(qū)域特征為斷口三要素。

根據(jù)三要素中纖維區(qū)先斷而剪切唇最后斷的原則，可判斷斷裂源和斷裂的發(fā)展方向。根據(jù)三要素的分布位置、大小和形態(tài)特征，可分析試樣或部件斷裂時的應力狀態(tài)、應力大小，試樣（或部件）尺寸和缺口效益，溫度狀態(tài)和材料質(zhì)量。第四節(jié)失效分析的主要分析方法和主要分析設備

二、斷口的宏觀24第四節(jié)失效分析的主要分析方法和主要分析設備

三、斷口的微觀分析1、韌窩金屬部件或試樣因超載而產(chǎn)生塑性變形，在徑縮處由于材料內(nèi)部存在夾雜、第二相質(zhì)點和材料的彈塑性差異，形成顯微孔洞。2、滑移其顯微特征為晶體材料受到外力作用時，晶體會沿著一定的結晶面發(fā)生滑移。

3、解理解理斷裂是金屬材料在正應力作用下，由于原子間結合鍵的破壞而造成的穿晶斷裂。通常沿一定的晶面（解理面）斷裂，有時也可沿滑移面或?qū)\晶界解理斷裂。

4、準解理準解理斷裂包含顯微孔洞聚集和解理的混合機理，屬解理斷裂范疇。

5、疲勞斷口疲勞斷口的主要特征表現(xiàn)在擴展區(qū)上。6、沿晶斷口沿晶斷口的最基本特征是有晶界小刻面的冰糖狀形貌。

7、混合斷裂

第四節(jié)失效分析的主要分析方法和主要分析設備

三、斷口的微觀25第四節(jié)失效分析的主要分析方法和主要分析設備

四、光學顯微鏡光學顯微鏡是一種利用透鏡產(chǎn)生光學放大效應的顯微鏡。由物體入射的光被至少兩個光學系統(tǒng)（物鏡和目鏡）放大。首先物鏡產(chǎn)生一個被放大實像，人眼通過作用相當于放大鏡的目鏡觀察這個已經(jīng)被放大了的實像。一般的光學顯微鏡有多個可以替換的物鏡，這樣觀察者可以按需要更換放大倍數(shù)。

十八世紀，光學顯微鏡的放大倍率已經(jīng)提高到了1000倍

直到物理學家發(fā)現(xiàn)了放大倍率與分辨率之間的規(guī)律，人們才知道光學顯微鏡的分辨率是有極限的，分辨率的這一極限限制了放大倍率的無限提高，1600倍成了光學顯微鏡放大倍率的最高極限，

光學顯微鏡由于受照明光線（可見光）波長的限制，無法分辯出小于0.2μm的圖像及顯微結構。

第四節(jié)失效分析的主要分析方法和主要分析設備

四、光學顯微鏡26第四節(jié)失效分析的主要分析方法和主要分析設備

五、電子顯微鏡電子顯微鏡是根據(jù)電子光學原理，用電子束和電子透鏡代替光束和光學透鏡，使物質(zhì)的細微結構在非常高的放大倍數(shù)下成像的儀器。

掃描式電子顯微鏡的分辨率主要決定于樣品表面上電子束的直徑。放大倍數(shù)是顯像管上掃描幅度與樣品上掃描幅度之比，可從幾十倍連續(xù)地變化到幾十萬倍。掃描電子顯微鏡的分辨率高，可達3～4nm。透射電鏡有著更高的放大范圍（200×～1000000×）。透射式電子顯微鏡的分辨率約為0.3納米(人眼的分辨本領約為0.1毫米)。

第四節(jié)失效分析的主要分析方法和主要分析設備

五、電子顯微鏡27第四節(jié)失效分析的主要分析方法和主要分析設備六、X射線衍射儀X射線衍射儀主要由X射線發(fā)生裝置、測角儀、記數(shù)（記錄）裝置、控制計算裝置組成，具有快速、準確等優(yōu)點，它是進行晶體結構分析的主要設備。它是利用分析晶體將不同波長的X射線分開。也可以利用硅滲鋰探測器與多道分析器把能量不同的X射線光子分別記錄下來。儀器主要功能及其用途：X-射線定性物相分析、X-射線定量物相分析、點陣常數(shù)的精確測定、晶體顆粒度和晶格畸變的測定、單晶取向的測定。在電廠部件事故失效分析中，X射線衍射儀可用來分析：長期運行后鋼中碳化物的變化、金屬間化合物的析出等；斷口腐蝕產(chǎn)物的結構；還看用來測定部件的殘余應力。相結構分析、相含量分析、亞晶尺寸分析及微觀座力分析、晶胞參數(shù)測定。高溫相變分析，薄模結構分析等。第四節(jié)失效分析的主要分析方法和主要分析設備六、X射線衍射儀28第五節(jié)失效分析步驟一、原始情況的調(diào)查與技術資料收集二、樣品的檢查、試驗與分析三、結論與反事故措施四、編制報告第五節(jié)失效分析步驟一、原始情況的調(diào)查與技術資料收集29第六節(jié)鍋爐主要部件的失效

一、汽包的失效1、苛性脆化A、苛性脆化的特征主要發(fā)生在中低壓鍋爐汽包，汽水品質(zhì)較低；產(chǎn)生裂紋的部位：鉚釘和管子脹口處，鉚釘孔和脹口的汽包鋼板上；腐蝕具有縫隙腐蝕的特征，為陽極溶解型的應力腐蝕；初始裂紋從縫隙處產(chǎn)生，從表面不能看到；初始裂紋具有沿晶和分叉的特點，裂紋的縫隙處沒有堅固的腐蝕產(chǎn)物；金屬組織未發(fā)生變化；斷口具有冰糖狀花樣，為脆斷。B、苛性脆化的原因局部的應力超過材料的屈服點，其中有脹管和鉚接產(chǎn)生的殘余應力、開孔處的邊緣應力和熱應力；爐水的堿性大，縫隙部位由于爐水雜質(zhì)的濃縮作用，NaOH的濃度高。C、苛性脆化的防止措施改進汽包結構，把鉚接和脹管改為焊接結構，消除縫隙；改善鍋爐啟停和運行工況，減少熱應力；提高汽水品質(zhì)。第六節(jié)鍋爐主要部件的失效

一、汽包的失效1、苛性脆化30第六節(jié)鍋爐主要部件的失效

一、汽包的失效2、低周疲勞A、低周疲勞的特征在啟停頻繁和工況經(jīng)常變動的鍋爐汽包中易產(chǎn)生疲勞裂紋；容易在給水管孔、下降管孔處產(chǎn)生，且與最大應力方向垂直；在縱焊縫，環(huán)焊縫及人孔焊縫處也可能產(chǎn)生；斷口宏觀形貌具有一般疲勞斷口的特征；腐蝕對裂紋的產(chǎn)生和擴展起很大作用。B、低周疲勞的原因汽包的溫差造成的熱應力是主要原因，啟動停爐的溫度變化越快，熱應力越大，越容易造成疲勞裂紋；汽包局部區(qū)域的應力集中；焊接的缺陷和裂紋往往是低周疲勞裂紋的源點。C、低周疲勞的防止措施降低熱沖擊，正常啟停；鍋爐運行平穩(wěn)，避免溫度和壓力大幅度地波動；降低啟動次數(shù)；改進汽包結構，降低應力集中；采用抗低周疲勞的材料；提高焊接質(zhì)量。第六節(jié)鍋爐主要部件的失效

一、汽包的失效2、低周疲勞31第六節(jié)鍋爐主要部件的失效

一、汽包的失效3、應力氧化腐蝕裂紋A、特征在汽包水汽波動區(qū)的應力集中部位產(chǎn)生裂紋，如人孔門焊縫；斷口不具備疲勞特征；裂紋縫隙處充滿堅硬的氧化物，楔形的氧化物附加應力對裂紋擴展起很大作用；在裂紋邊緣有脫碳、晶粒細化、晶界孔洞等特征；裂紋尖端和周圍有沿晶的氧化裂紋；裂紋發(fā)源于焊接缺陷和腐蝕坑處。B、原因由高壓水引起的應力腐蝕斷裂；局部的綜合應力超過屈服點；使表面的Fe3O4膜破裂，發(fā)生Fe＋4H2O→Fe3O4+8H和C+4H→CH4反應；內(nèi)表面的缺陷，在水汽界面波動區(qū)，易造成縫隙處的爐水雜質(zhì)的濃縮。C、防止措施提高焊接質(zhì)量；降低焊接處的殘余應力；控制啟停時的溫度變化速度；保證汽包中的汽水品質(zhì)；保證焊縫表面的平滑，發(fā)現(xiàn)焊縫處有尖角腐蝕坑，可修磨成圓滑過渡。

第六節(jié)鍋爐主要部件的失效

一、汽包的失效3、應力氧化腐蝕裂32第六節(jié)鍋爐主要部件的失效

一、汽包的失效4、內(nèi)壁腐蝕A、內(nèi)壁腐蝕的特征主要發(fā)生于汽包下部內(nèi)表面，于水接觸的部位；點蝕易發(fā)生在焊縫和下降管的內(nèi)壁上。腐蝕區(qū)沒有過熱現(xiàn)象，基本上沒有結垢覆蓋；在應力集中區(qū)域，腐蝕坑沿管軸方向變長，可能產(chǎn)生腐蝕裂紋；單獨的點腐蝕發(fā)展會引起穿透而泄漏。點蝕的進一步發(fā)展可能誘導出應力腐蝕裂紋或疲勞裂紋。B、內(nèi)壁腐蝕的原因管內(nèi)的水，由于氧的去極化作用，發(fā)生電化學腐蝕，在管內(nèi)的鈍化膜破裂處發(fā)生氧腐蝕；從制造到安裝、運行都可能發(fā)生氧腐蝕；應力集中區(qū)域會促使點蝕的產(chǎn)生；受到熱沖擊時，會使內(nèi)壁中性區(qū)域產(chǎn)生疲勞裂紋；在停爐時存在積水也會產(chǎn)生內(nèi)壁腐蝕。C、內(nèi)壁腐蝕的防止措施加強爐管使用前的保護；新爐啟動前，應進行化學清洗，去除鐵銹和臟物；新爐啟動前管內(nèi)壁應形成一層均勻的保護膜；運行中，保持水質(zhì)的純潔，嚴格控制Ph值含氧量；注意停爐保護。

第六節(jié)鍋爐主要部件的失效

一、汽包的失效4、內(nèi)壁腐蝕33第六節(jié)鍋爐主要部件的失效

二、主蒸汽管道的失效主蒸汽管及管件蒸汽管系受力情況比較復雜。管系在運行中承受三類應力：由內(nèi)壓和持續(xù)外載產(chǎn)生的一次應力；由熱脹冷縮等變形受約束而產(chǎn)生的二次應力；由局部應力集中而產(chǎn)生的一次應力和二次應力的增量——峰值應力。在火電廠高溫高壓管系中，一次應力加峰值應力過高是造成蠕變損壞的主要原因；多次交替的二次應力加峰值應力過高是造成疲勞損壞的主要原因。1、石墨化碳鋼在450℃以上，鉬鋼在485℃以上長期運行，會發(fā)生石墨化；2、內(nèi)壁的點蝕易在水平段直管和彎頭處產(chǎn)生蝕坑；腐蝕的性質(zhì)、原因和防止措施同汽包的內(nèi)壁腐蝕；蝕坑的進一步發(fā)展，可誘導出熱疲勞裂紋或應力腐蝕裂紋。第六節(jié)鍋爐主要部件的失效

二、主蒸汽管道的失效主蒸34第六節(jié)鍋爐主要部件的失效

二、主蒸汽管道的失效3、蠕變斷裂原因：由于一次應力和峰值應力過高，造成蠕變斷裂；錯用等級較低的鋼管，發(fā)生早期蠕變斷裂；表面缺陷成為蠕變裂紋的起源。4、疲勞斷裂原因：在應力集中區(qū)域由于反復的二次應力作用，產(chǎn)生低周大應變的疲勞斷裂；腐蝕對裂紋擴展其促進作用。5、焊縫裂紋原因：焊接質(zhì)量不佳，存在較大的殘余應力，成分偏析，熱處理不良，焊接缺陷和裂紋；焊接接頭的結構不良，造成較大的應力集中；由一次應力、二次應力和峰值應力構成的組合應力值過高；焊接接頭處存在材料的強度或韌性的薄弱環(huán)節(jié)。6、鑄件泄漏原因：鑄造質(zhì)量不良，存在嚴重的疏松；應力集中；啟停的熱沖擊及停爐期間的氧腐蝕使疏松處產(chǎn)生裂紋而泄漏。

第六節(jié)鍋爐主要部件的失效

二、主蒸汽管道的失效3、蠕變斷35第六節(jié)鍋爐主要部件的失效

三、受熱面及其它部件的失效鍋爐四管爆漏是造成電廠非停的最普遍、最常見的型式。一般占機組非停的50％以上，最高可達80％。由于其嚴重影響了機組的安全性和經(jīng)濟性，因而備受電廠重視。要防止鍋爐四管爆漏，首先要了解四管爆漏的種類和型式，這樣才能有針對性地提出預防措施。1、過熱爆管（1）短期過熱第六節(jié)鍋爐主要部件的失效

三、受熱面及其它部件的失效鍋爐四36第六節(jié)鍋爐主要部件的失效

三、受熱面及其它部件的失效（2）長期過熱第六節(jié)鍋爐主要部件的失效

三、受熱面及其它部件的失效（2）37第六節(jié)鍋爐主要部件的失效

三、受熱面及其它部件的失效2、原始缺陷（1）焊口爆漏

（2）管材缺陷

第六節(jié)鍋爐主要部件的失效

三、受熱面及其它部件的失效2、原38第六節(jié)鍋爐主要部件的失效

三、受熱面及其它部件的失效3、氫脆腐蝕4、高溫腐蝕

第六節(jié)鍋爐主要部件的失效

三、受熱面及其它部件的失效3、氫39第六節(jié)鍋爐主要部件的失效

三、受熱面及其它部件的失效5、點蝕7、磨損第六節(jié)鍋爐主要部件的失效

三、受熱面及其它部件的失效5、點40第六節(jié)鍋爐主要部件的失效

三、受熱面及其它部件的失效8、異種鋼焊接接頭拉裂9、疲勞開裂第六節(jié)鍋爐主要部件的失效

三、受熱面及其它部件的失效8、異41第六節(jié)鍋爐主要部件的失效

三、受熱面及其它部件的失效10、錯用鋼材

管理和檢驗上的失誤，易造成錯用鋼材。對于超（超）臨界機組，新材料的大量使用，也常會出現(xiàn)錯用材料的現(xiàn)象。如使用看譜鏡容易造成CrMoV鋼與T91鋼的區(qū)分。再如，對于不銹鋼，光譜分析已經(jīng)不能區(qū)分普通不銹鋼和細晶不銹鋼了。第六節(jié)鍋爐主要部件的失效

三、受熱面及其它部件的失效10、4224十二月2022電站鍋爐主要部件的失效18十二月2022電站鍋爐主要部件的失效43第一節(jié)鍋爐運行基本工況一、概述鍋爐是將煤、油、天然氣等燃料或其他熱能釋放出來的熱量，通過金屬受熱面?zhèn)鬟f給經(jīng)凈化的水，并將其加熱到一定壓力和溫度的水和蒸汽的連續(xù)運行的換熱設備。也就是說，在換熱過程中，鍋爐的金屬部件在一定時間內(nèi)都要受到一定的壓力和溫度的作用。電站鍋爐金屬部件運行時的四個重要因素：時間、高溫、應力和介質(zhì)部件工況可分為2類：以溫度為主，以應力為主。材料的許用應力的確定－室溫抗拉強度、設計溫度下的屈服強度、設計溫度下持久強度、設計溫度下蠕變強度和疲勞強度選取的；也可以分出2大類：溫度作用造成的蠕變損傷、沒有溫度作用的其他損傷第一節(jié)鍋爐運行基本工況一、概述44第一節(jié)鍋爐運行基本工況二、電站鍋爐主要部件失效類型蠕變、疲勞、蠕變疲勞、侵蝕、腐蝕、磨損、材質(zhì)老化及其交互作用等；（見資料表1）注：基本情況，異常工況時比較復雜；有助于制造故障樹，形成專家系統(tǒng)；失效部位的位置與相鄰部件位置的關系；有助于積累數(shù)據(jù)；有助于金屬監(jiān)督；有助于制訂反措；第一節(jié)鍋爐運行基本工況二、電站鍋爐主要部件失效類型45第二節(jié)失效分析的意義和作用一、失效分析的概念和特點失效分析的概念（3層含義）失效分析的發(fā)展過程失效分析的特點二、失效分析的作用提出預防措施查明責任主體失效分析還可為材質(zhì)鑒定和在役鍋爐的壽命預測提供重要的技術依據(jù)失效分析可以積累寶貴數(shù)據(jù)為制訂標準提供依據(jù)。失效分析可以為企業(yè)提高技術管理水平提供依據(jù)。第二節(jié)失效分析的意義和作用一、失效分析的概念和特點46第二節(jié)失效分析的意義和作用三、部件失效的統(tǒng)計分析統(tǒng)計分析是宏觀分析方法，有關管理部門或領導機構可以從大量的設備事故中進行分類統(tǒng)計，摸清事故規(guī)律，找出主要矛盾，最后作出決策。注：1、分類2、計算百分比3、繪制主次圖4、列舉原因5、制訂措施四、失效分析的發(fā)展方向五、失效分析的注意事項第二節(jié)失效分析的意義和作用三、部件失效的統(tǒng)計分析47第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式一、過量變形失效二、疲勞失效三、腐蝕失效四、蠕變失效五、磨損失效六、脆性斷裂失效七、塑性斷裂失效第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式48第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

一、過量變形失效過量變形失效又可分為過量彈性變形失效和過量塑性變形失效其主要影響因素有：1、熱沖擊：突然升溫或降溫，產(chǎn)生的熱應力。2、部件自重：部件自重可產(chǎn)生永久變形，放置大型部件時應注意合理放置。3、殘余應力：存在殘余應力的大型部件在高溫運行中，由于殘余應力發(fā)生變化，破壞了原來部件內(nèi)部的應力平衡，造成永久變形。4、異常工況的影響：如轉子超速運行會造成彎曲；主汽門門桿的卡澀會造成門桿變形。5、材料問題：高溫材料下降后，會造成起屈服強度下降。如：εИ-723鋼螺栓，長期運行，會使汽缸漏汽。6、設計的安全系數(shù)不夠，會使部件發(fā)生變形。

第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

一、過量變形失效過量變形49第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

二、疲勞失效部件在工作過程中承受交變載荷或循環(huán)載荷的作用，引起部件內(nèi)部的應力叫交變應力。在這種交變應力的作用下發(fā)生斷裂的現(xiàn)象叫疲勞斷裂。

疲勞失效種類很多，分類方式極為復雜：按載荷分，有拉伸疲勞、拉壓疲勞、彎曲疲勞、扭轉疲勞和各種混合受力的疲勞；按載荷交變頻率分，有高周疲勞和低周疲勞；按應力大小分，有高應力疲勞和低應力疲勞；在復雜環(huán)境條件下還有腐蝕疲勞、高溫疲勞、熱疲勞、微振疲勞、接觸疲勞等。

第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

二、疲勞失效部件在工作過50疲勞斷裂也有一個時間過程，即裂紋的萌生、裂紋的擴展和最終的瞬時斷裂三個階段。

第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

二、疲勞失效疲勞斷裂也有一個時間過程，即裂紋的萌生、裂紋的擴展和最終的瞬51第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

二、疲勞失效在疲勞失效分析中，應重視疲勞源產(chǎn)生條件的分析。部件表面或內(nèi)部凡是造成應力集中的部位均可能成為疲勞源。例如：部件截面發(fā)生突變的部位；加工刀痕處或加工中形成的微裂紋；材料表面或內(nèi)部的夾雜物；腐蝕裂紋誘導出的疲勞裂紋；鑄件的疏松處和鍛件的白點發(fā)紋出；焊接的引弧處和焊接裂紋；運輸和安裝時的碰撞處；表面處理缺陷處；化學成分的微區(qū)偏析處，等。

第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

二、疲勞失效在疲52第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

二、疲勞失效1、高周疲勞斷裂低應力（σ<σs），高循環(huán)次數(shù)（N>105）。高周疲勞一般壽命較長，斷裂時沒有塑性變形，一般也稱應力疲勞。高周疲勞一般具有穿晶特征，在裂紋金相試樣上，裂紋呈波動狀，裂紋中間沒有腐蝕介質(zhì)和腐蝕產(chǎn)物，裂紋尖端往往較尖銳，疲勞條紋間距小。2、低周疲勞斷裂高應力（σ≥σs），低循環(huán)次數(shù)（N＝102～105）。低周疲勞一般壽命較短，斷裂時長伴隨應變的發(fā)生，故也稱應變疲勞。斷口較為粗糙，斷口周圍往往有殘余宏觀變形。斷口仍具有逐漸擴展區(qū)和瞬時破斷區(qū)的特征，逐漸擴展區(qū)的“海灘”標志部明顯或消失。3、高溫疲勞斷裂4、熱疲勞斷裂第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

二、疲勞失效1、高53第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

三、腐蝕失效

金屬材料受周圍環(huán)境介質(zhì)的化學與電化學作用而引起的損壞叫腐蝕失效。腐蝕對部件損壞的表現(xiàn)為失重、破壞材料表面完好狀態(tài)和生產(chǎn)裂紋。常見腐蝕失效的主要類型：1、高溫氧化：其氧化反應方程式為：2Me+O2→2MeO（高溫下）2、低熔點氧化物的腐蝕（高溫腐蝕）劣質(zhì)燃料中含有V2O5、Na2O、SO3等低熔點氧化物，它們與金屬反應生產(chǎn)新的氧化物。這些低熔點氧化物又會與金屬表面的氧化物發(fā)生反應，生成結構松散的釩酸鹽。3、煙氣腐蝕（低溫腐蝕）－部件溫度低于含酸根煙氣的露點。含有較高SO2、SO3和CO2的煙氣，當遇到較冷的物體（省煤器、空氣預熱器）時，溫度降到煙氣的露點以下。部件表面凝結的水膜與中的與SO2、SO3和CO2結合形成酸性溶液，導致鍋爐尾部受熱面嚴重的低溫腐蝕。第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

三、腐蝕失效54第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

三、腐蝕失效4、應力腐蝕應力腐蝕是材料在腐蝕環(huán)境中和靜態(tài)拉應力的同時作用下產(chǎn)生的破裂。它是斷裂中最廣泛、最嚴重的一種破壞形式。應力腐蝕的三個特定條件：特定的腐蝕環(huán)境、足夠大的拉應力和特定的合金成分和結構。應力腐蝕有下列的幾個特征：A、裂紋的宏觀走向基本上與拉應力垂直。只有拉應力才能引起應力腐蝕，壓應力會阻止或延緩應力腐蝕。B、應力腐蝕斷裂存在著孕育期。C、產(chǎn)生應力腐蝕的合金表面都會存在鈍化膜或保護膜。腐蝕只在局部區(qū)域，破裂時金屬腐蝕量極小。D、斷口呈脆性形貌，裂紋走向為穿晶、沿晶或混合型。裂紋一般起源于部件表面的蝕孔。E、應力腐蝕斷裂一般發(fā)生在活化－鈍化的過渡區(qū)的電位范圍，即在鈍化膜不完整的電位范圍內(nèi)。F、大多數(shù)應力腐蝕斷裂體系中存在臨界應力腐蝕斷裂強度因子KISCC。當應力腐蝕斷裂強度因子低于KISCC時，裂紋不擴展；大于KISCC時，應力腐蝕裂紋擴展。第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

三、腐蝕失效4、應力腐蝕555、點蝕或孔蝕在構件表面出現(xiàn)個別孔坑或密集斑點的腐蝕稱為點腐蝕，又稱孔蝕或小孔腐蝕。點腐蝕是一種由小陽極大陰極腐蝕電池引起的陽極區(qū)高度集中的局部腐蝕形式。點蝕隱蔽性很強。點腐蝕具有如下特征（見教材）點蝕坑形貌：第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

三、腐蝕失效5、點蝕或孔蝕第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

三、腐蝕失56第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

三、腐蝕失效6、晶間腐蝕：晶間腐蝕是指部件材料的晶界及其鄰近部位優(yōu)先受腐蝕，而晶粒本身不被腐蝕或腐蝕很輕的一種局部腐蝕。不銹鋼的晶間腐蝕要比普通碳鋼和合金鋼較為普遍。7、黃銅的脫鋅腐蝕黃銅中的脫鋅過程中會存在陽極反應和陰極反應。在陽極反應中，鋅、銅同時溶解；在陰極反應中，溶液中的O2和銅離子的還原和再沉積，其結果在脫鋅的黃銅表面出現(xiàn)多孔的銅層。8、氧的濃度差電池腐蝕含氧的水溶液中，由于溶解氧的濃度不同而引起的腐蝕稱為氧的濃度差電池腐蝕。如水線處易出現(xiàn)腐蝕。氧濃度高的地方為陰極，濃度低的地方為陽極。陽極會受到腐蝕。9、垢下腐蝕由于鍋爐給水質(zhì)量不佳，雜質(zhì)在高溫區(qū)的水冷壁管內(nèi)沉積并形成鹽垢，導致此處壁溫升高，爐水在沉積物母體中蒸發(fā)，使非揮發(fā)成分變濃，使垢下的金屬材料成為濃差電池和溫差電池的陽極，而受到腐蝕。垢下腐蝕實際上是高壓水下的電化學腐蝕。

第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

三、腐蝕失效6、晶間腐蝕57第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

三、腐蝕失效10、氫腐蝕氫對金屬的作用往往表現(xiàn)在使金屬產(chǎn)生脆性，因而有時把金屬的氫損傷統(tǒng)稱為氫脆。習慣上把氫對鋼的物理作用所引起的損傷叫做鋼的脆性，而把氫與鋼的化學作用引起的損傷叫做氫腐蝕。高壓含氧環(huán)境中，由于氫原子擴散進入鋼中，與鋼中的碳結合生成甲烷，使鋼出現(xiàn)沿晶裂紋，引起鋼的強度和塑性下降的腐蝕現(xiàn)象稱為氫腐蝕。

第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

三、腐蝕失效10、氫腐蝕58第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

四、蠕變失效1、蠕變的概念蠕變是指金屬材料在恒應力長期作用下而發(fā)生的塑性變形現(xiàn)象。

2、蠕變斷裂類型A、基本形變型蠕變斷裂（M型蠕變斷裂）

當部件受到大的應力，在較短的時間內(nèi)發(fā)生的蠕變斷裂為基本型蠕變斷裂。斷裂前整個基體發(fā)生形變。斷裂部位金屬流變明顯，形成頸縮，斷裂為穿晶型，斷口的微觀特征是韌窩。這類蠕變斷裂對缺口應力集中不敏感。第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

四、蠕變失效1、蠕變的概59第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

四、蠕變失效B、楔型裂紋蠕變斷裂（W型蠕變斷裂）高溫下晶界是粘滯性的，在較大外力作用下，晶界將產(chǎn)生滑動，在晶粒的交界處產(chǎn)生應力集中。如果晶粒的形變不能是應力集中得到松弛，且應力集中達到晶界開裂的程度時，則在晶粒的交界處產(chǎn)生楔型裂紋。C、孔洞型蠕變裂紋（R型蠕變斷裂）在形變速率小、溫度較高的低應力蠕變中，首先在晶界上形成孔洞，然后孔洞在應力作用下繼續(xù)增多、長大、聚合、聯(lián)接成微裂紋，微裂紋連通形成宏觀裂紋，直至斷裂。晶界上形成孔洞的原因是：晶界滑動時，在晶界彎曲和硬質(zhì)點分布處形成孔洞；滑移帶和滑動晶界的交割形成孔洞；空位由壓應力區(qū)擴散和沉淀；晶界上的夾雜或第二相質(zhì)點與母體分離?？锥葱腿渥償嗔研蚊蔡攸c是：屬于沿晶斷裂，斷口處無明顯塑性變形，垂直于拉應力軸的晶界上孔洞成核較多。蠕變過程中臨界裂紋的形成臨界的宏觀裂紋產(chǎn)生前，在一個宏觀應力集中的區(qū)域內(nèi)，有利于形成孔洞的晶界上都可產(chǎn)生孔洞、孔洞鏈和裂紋。它們可獨立產(chǎn)生和發(fā)展，而且與金屬表面不連通。較大的微裂紋通過合并鄰近的小裂紋而長大。形成臨界宏觀裂紋后，它將成為主裂紋而加速擴展，直至斷裂。蠕變裂紋與表面連通后，氧化形成的楔形氧化物，將促進蠕變裂紋擴展。第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

四、蠕變失效B、楔型裂紋60第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

四、蠕變失效3、過熱失效過熱失效是材料在一定時間內(nèi)的溫度和應力作用而出現(xiàn)的失效形式。它是蠕變失效在電站鍋爐高溫部件的具體表現(xiàn)形式。它主要發(fā)生在受熱面管道上。過熱與超溫的概念不同，超溫就是材料超過其額定使用溫度范圍運行。主要針對鍋爐運行溫度而言，而過熱主要是針對材料的金相組織和機械性能的效果而言。過熱是鍋爐超溫運行的結果，超溫是過熱的原因。過熱失效一般分為長期過熱和短期過熱。主要表現(xiàn)形式是鍋爐管子發(fā)生爆破。長期過熱是管子在長時間的應力和超溫溫度作用下導致的爆管。長期過熱一般超溫幅度不大，過程緩慢。一般常發(fā)生在過熱器和再熱器管上。短期過熱是超溫幅度較高，在較短的時間內(nèi)發(fā)生的失效現(xiàn)象。有的短期過熱的超溫幅度會高于相變點。一般發(fā)生在水冷壁管上。

第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

四、蠕變失效3、過熱失效61第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

五、磨損失效磨損分為五類：粘著磨損、磨粒磨損、沖蝕磨損、腐蝕磨損和表面疲勞磨損。

決定磨損方式的三個因素：零件所處的運動學和動力學狀態(tài)，零件表面的幾何形貌和轉配質(zhì)量。零件的使用工況及所處的環(huán)境狀態(tài)。零件材質(zhì)狀態(tài)，摩擦副材料的匹配情況，以及材料在磨損過程中的變化等。

1、沖蝕磨損A、固體粒子沖蝕B、汽蝕

2、腐蝕磨損

第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

五、磨損失效磨損62第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

六、脆性斷裂失效

1、產(chǎn)生條件材料的脆性是指材料的其他力學性能變化不大，而韌性急劇下降的現(xiàn)象。部件的脆性斷裂是指幾乎沒有塑性變形，斷裂過程極快而吸收能量極低的突發(fā)性破壞現(xiàn)象。只有處于脆性狀態(tài)的零件才能發(fā)生脆性損壞。產(chǎn)生脆性斷裂的加載條件是：靜載或沖擊。部件發(fā)生脆斷時的應力大大低于材料的屈服強度，屬于平面應變條件下的裂紋失穩(wěn)擴展。2、陽城電廠K4大板梁斷裂實例下翼板斷口形貌腹板斷口形貌分析第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

六、脆性斷裂失效163第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

七、塑性斷裂失效產(chǎn)生條件當部件所承受的應力大于材料的屈服強度時，將發(fā)生塑性變形。如果應力進一步增加，就可能發(fā)生斷裂。這種失效，稱為塑性斷裂失效。它一般發(fā)生于靜力過載或大能量沖擊的惡劣工況情況下。

第三節(jié)電站鍋爐主要部件的失效型式

七、塑性斷裂失效產(chǎn)生條件64第四節(jié)失效分析的主要分析方法和主要分析設備

一、宏觀分析和金相分析方法1、宏觀分析宏觀分析是把金屬的表面或金屬的縱斷面或橫截面磨制后，經(jīng)過侵蝕或不經(jīng)侵蝕，用肉眼或在放大鏡下觀察的方法。2、金相分析金相分析的基本任務是研究金屬和合金的組織和缺陷，以確定其性能變化的原因，在火電廠中，金相檢驗的主要任務為：A、在安裝中，檢驗金屬部件質(zhì)量。例如金屬部件的組織和焊縫的組織和質(zhì)量。B、在運行中，檢驗金屬在運行過程中的組織變化，如組織的球化、老化、顯微裂紋等。C、在事故分析中，根據(jù)組織變化情況來分析事故的產(chǎn)生原因。D、在制造和修配中，檢驗產(chǎn)品質(zhì)量，以確定熱處理工藝是否合理。

第四節(jié)失效分析的主要分析方法和主要分析設備

一、宏觀分析和65第四節(jié)失效分析的主要分析方法和主要分析設備

二、斷口的宏觀分析斷口宏觀分析的作用：尋找斷裂源和裂紋發(fā)展的路徑。判斷部件是塑性斷裂還是脆性斷裂。判斷引起部件失效的受力狀態(tài)（含組合應力狀態(tài)）。粗略地評價設計、制造、運行工況、材質(zhì)和介質(zhì)等因素對斷裂的影響。

斷口三要素：圓形光滑拉伸試樣的纖維狀斷口，由形貌不同的纖維區(qū)、放射區(qū)和剪切唇區(qū)構成這三個宏觀斷口區(qū)域特征為斷口三要素。

根據(jù)三要素中纖維區(qū)先斷而剪切唇最后斷的原則，可判斷斷裂源和斷裂的發(fā)展方向。根據(jù)三要素的分布位置、大小和形態(tài)特征，可分析試樣或部件斷裂時的應力狀態(tài)、應力大小，試樣（或部件）尺寸和缺口效益，溫度狀態(tài)和材料質(zhì)量。第四節(jié)失效分析的主要分析方法和主要分析設備

二、斷口的宏觀66第四節(jié)失效分析的主要分析方法和主要分析設備

三、斷口的微觀分析1、韌窩金屬部件或試樣因超載而產(chǎn)生塑性變形，在徑縮處由于材料內(nèi)部存在夾雜、第二相質(zhì)點和材料的彈塑性差異，形成顯微孔洞。2、滑移其顯微特征為晶體材料受到外力作用時，晶體會沿著一定的結晶面發(fā)生滑移。

3、解理解理斷裂是金屬材料在正應力作用下，由于原子間結合鍵的破壞而造成的穿晶斷裂。通常沿一定的晶面（解理面）斷裂，有時也可沿滑移面或?qū)\晶界解理斷裂。

4、準解理準解理斷裂包含顯微孔洞聚集和解理的混合機理，屬解理斷裂范疇。

5、疲勞斷口疲勞斷口的主要特征表現(xiàn)在擴展區(qū)上。6、沿晶斷口沿晶斷口的最基本特征是有晶界小刻面的冰糖狀形貌。

7、混合斷裂

第四節(jié)失效分析的主要分析方法和主要分析設備

三、斷口的微觀67第四節(jié)失效分析的主要分析方法和主要分析設備

四、光學顯微鏡光學顯微鏡是一種利用透鏡產(chǎn)生光學放大效應的顯微鏡。由物體入射的光被至少兩個光學系統(tǒng)（物鏡和目鏡）放大。首先物鏡產(chǎn)生一個被放大實像，人眼通過作用相當于放大鏡的目鏡觀察這個已經(jīng)被放大了的實像。一般的光學顯微鏡有多個可以替換的物鏡，這樣觀察者可以按需要更換放大倍數(shù)。

十八世紀，光學顯微鏡的放大倍率已經(jīng)提高到了1000倍

直到物理學家發(fā)現(xiàn)了放大倍率與分辨率之間的規(guī)律，人們才知道光學顯微鏡的分辨率是有極限的，分辨率的這一極限限制了放大倍率的無限提高，1600倍成了光學顯微鏡放大倍率的最高極限，

光學顯微鏡由于受照明光線（可見光）波長的限制，無法分辯出小于0.2μm的圖像及顯微結構。

第四節(jié)失效分析的主要分析方法和主要分析設備

四、光學顯微鏡68第四節(jié)失效分析的主要分析方法和主要分析設備

五、電子顯微鏡電子顯微鏡是根據(jù)電子光學原理，用電子束和電子透鏡代替光束和光學透鏡，使物質(zhì)的細微結構在非常高的放大倍數(shù)下成像的儀器。

掃描式電子顯微鏡的分辨率主要決定于樣品表面上電子束的直徑。放大倍數(shù)是顯像管上掃描幅度與樣品上掃描幅度之比，可從幾十倍連續(xù)地變化到幾十萬倍。掃描電子顯微鏡的分辨率高，可達3～4nm。透射電鏡有著更高的放大范圍（200×～1000000×）。透射式電子顯微鏡的分辨率約為0.3納米(人眼的分辨本領約為0.1毫米)。

第四節(jié)失效分析的主要分析方法和主要分析設備

五、電子顯微鏡69第四節(jié)失效分析的主要分析方法和主要分析設備六、X射線衍射儀X射線衍射儀主要由X射線發(fā)生裝置、測角儀、記數(shù)（記錄）裝置、控制計算裝置組成，具有快速、準確等優(yōu)點，它是進行晶體結構分析的主要設備。它是利用分析晶體將不同波長的X射線分開。也可以利用硅滲鋰探測器與多道分析器把能量不同的X射線光子分別記錄下來。儀器主要功能及其用途：X-射線定性物相分析、X-射線定量物相分析、點陣常數(shù)的精確測定、晶體顆粒度和晶格畸變的測定、單晶取向的測定。在電廠部件事故失效分析中，X射線衍射儀可用來分析：長期運行后鋼中碳化物的變化、金屬間化合物的析出等；斷口腐蝕產(chǎn)物的結構；還看用來測定部件的殘余應力。相結構分析、相含量分析、亞晶尺寸分析及微觀座力分析、晶胞參數(shù)測定。高溫相變分析，薄模結構分析等。第四節(jié)失效分析的主要分析方法和主要分析設備六、X射線衍射儀70第五節(jié)失效分析步驟一、原始情況的調(diào)查與技術資料收集二、樣品的檢查、試驗與分析三、結論與反事故措施四、編制報告第五節(jié)失效分析步驟一、原始情況的調(diào)查與技術資料收集71第六節(jié)鍋爐主要部件的失效

一、汽包的失效1、苛性脆化A、苛性脆化的特征主要發(fā)生在中低壓鍋爐汽包，汽水品質(zhì)較低；產(chǎn)生裂紋的部位：鉚釘和管子脹口處，鉚釘孔和脹口的汽包鋼板上；腐蝕具有縫隙腐蝕的特征，為陽極溶解型的應力腐蝕；初始裂紋從縫隙處產(chǎn)生，從表面不能看到；初始裂紋具有沿晶和分叉的特點，裂紋的縫隙處沒有堅固的腐蝕產(chǎn)物；金屬組織未發(fā)生變化；斷口具有冰糖狀花樣，為脆斷。B、苛性脆化的原因局部的應力超過材料的屈服點，其中有脹管和鉚接產(chǎn)生的殘余應力、開孔處的邊緣應力和熱應力；爐水的堿性大，縫隙部位由于爐水雜質(zhì)的濃縮作用，NaOH的濃度高。C、苛性脆化的防止措施改進汽包結構，把鉚接和脹管改為焊接結構，消除縫隙；改善鍋爐啟停和運行工況，減少熱應力；提高汽水品質(zhì)。第六節(jié)鍋爐主要部件的失效

一、汽包的失效1、苛性脆化72第六節(jié)鍋爐主要部件的失效

一、汽包的失效2、低周疲勞A、低周疲勞的特征在啟停頻繁和工況經(jīng)常變動的鍋爐汽包中易產(chǎn)生疲勞裂紋；容易在給水管孔、下降管孔處產(chǎn)生，且與最大應力方向垂直；在縱焊縫，環(huán)焊縫及人孔焊縫處也可能產(chǎn)生；斷口宏觀形貌具有一般疲勞斷口的特征；腐蝕對裂紋的產(chǎn)生和擴展起很大作用。B、低周疲勞的原因汽包的溫差造成的熱應力是主要原因，啟動停爐的溫度變化越快，熱應力越大，越容易造成疲勞裂紋；汽包局部區(qū)域的應力集中；焊接的缺陷和裂紋往往是低周疲勞裂紋的源點。C、低周疲勞的防止措施降低熱沖擊，正常啟停；鍋爐運行平穩(wěn)，避免溫度和壓力大幅度地波動；降低啟動次數(shù)；改進汽包結構，降低應力集中；采用抗低周疲勞的材料；提高焊接質(zhì)量。第六節(jié)鍋爐主要部件的失效

一、汽包的失效2、低周疲勞73第六節(jié)鍋爐主要部件的失效

一、汽包的失效3、應力氧化腐蝕裂紋A、特征在汽包水汽波動區(qū)的應力集中部位產(chǎn)生裂紋，如人孔門焊縫；