zváranie svařování

K úloze tepelného zpracování svařenců z CrMoV ocelíz pohledu životnosti trubkových systémů kotlůžení maxima tvrdosti jsou u danéhomateriálu (charakteristického zejménaobsahy vanadu a uhlíku) závislépředevším na teplotě provozní expozice.S klesající teplotou se prodlužujedoba do maximálního vzrůstutvrdosti a také oblast zkřehnutí serozšiřuje k delším časovým horizontům,neboť oblast vysoké tvrdostioceli dobře koresponduje s nevyhovujícíúrovní lomové houževnatostia značnou citlivostí k přítomnostiapriorních vrubů. Popsané skutečnostijsou spojeny s– rizikem křehkého porušení součástíza normální teploty, např. přimontáži, opravách nebo manipulacíchs trubkovým svazkem v doběodstávky kotle, projevujícím se nízkoenergetickýmštěpným lomempředevším v lokalitách s tvrdostínad 300 HV [7],– náchylností k předčasnému creepovémupoškozování, včetně vyčerpáníživotnosti mechanismemIII. typu, což u CrMoV ocelí souvisís velmi nízkou creepovou plasticitoua prakticky zanedbatelnoumezní deformací, která předcházínestabilnímu růstu trhliny v přehřátémpásmu tepelně ovlivněnéoblasti s hrubozrnnou bainitickoustrukturou [8 – 13].V některých případech jsou snahyvýrobců neprovádět požadovanétepelné zpracování svařenců zdůvodňoványaplikacemi údajně vhodnějšíchtypů přídavných svařovacíchmateriálů. Jako příklad můžemeuvést svařování kotlových trubekz CrMoV ocelí 15 128.5 nebo15 229.5 s využitím přídavných materiálů– na bázi niklových slitin, např. ThermanitNicro 82,– bezvanadového CrMo typu, např.2,25 % Cr-1 % Mo nebo 0,5 % Cr-1 % Mo.V těchto případech lze sice eliminovatkritickou lokalitu s nevyhovujícílomovou houževnatostí ve svarovémkovu, v plném rozsahu se všaki nadále uplatňuje nejslabší článekspoje v přehřátém pásmu tepelněovlivněné oblasti s vysokou náchylnostíke křehkému lomu za normálníteploty i ke creepovému porušováníIII. typu v průběhu provozní expozice.Řešením tohoto problému je žíhánísvarových spojů v optimálním teplotnímrozmezí 700 – 730 °C, což jetaké opatřením nutným a zpravidlapostačujícím i při běžných aplikacíchsvařovacích materiálů s CrMoV bázísvarového kovu (např. E-B 321 neboGI 321 z produkce ESABu Vamberk)[7, 14, 15].Na obr. 1 jsou prezentovány výsledkyrozsáhlého šetření příčin provozníporuchovosti obvodových svarů kotlovýchtrubek z oceli typu 0,5Cr-0,5Mo-0,3V, provedeného ve VelkéBritánii a citované Colemanema Parkerem [16]. Distribuční křivka Bodpovídá v tomto vyhodnocenídefektům, způsobeným zejménanevhodným tepelným zpracovánímsvarových spojů. Z hlediska mechanismuporušení se v těchto případechjedná o obvodové creepové trhliny,lokalizované v přehřátém pásmutepelně ovlivněné oblasti (III. typporušení), vznikající v raném stadiuprovozní expozice v důsledku relaxacezbytkových nebo přídavných napětív lokalitě svaru s velmi nízkoucreepovou plasticitou [16].V tomto příspěvku jsou analyzoványhlavní příčiny předčasného perforačníhopoškození obvodového svarovéhospoje přehřívákové trubky a nátrubkukomory výstupního přehřívačepáry v trubkovém systému parníhokotle.EXPERIMENTÁLNÍ ČÁSTK předčasnému porušení kotlovétrubky a vzniku netěsnosti v tlakovémsystému parního kotle o výkonu240 t/h došlo v lokalitě montážníhosvarového spoje přehřívákové trubkyjakosti 15 229.5 (∅38/5 mm) a nátrubkuvýstupní komory výstupníhopřehřívače páry z oceli 15 128.5(∅38/6,3 mm). K utržení trubky zadnísmyčky přehříváku ve svaru nastraně nátrubku došlo při provoznímrežimu (540 °C, 9,6 MPa) po 446 hod najetí kotle po generální opravě,při níž byla provedena výměna trubekvýstupního přehříváku s jejichnapojením na stávající systém nátrubkůpůvodní komory ∅219/28mm. Jednalo se o montážní svarovéspoje typu trubka-nátrubek provedenétechnologií svařování TIG s aplikacípřídavného svařovacího drátuGI 321 o průměru 2,5 mm, s vychlazenímsvaru v izolačním zábalu bezobvyklého žíhání v teplotním rozmezídoporučeném pro popouštěnítrubek jakostí 15 128.5 a 15 229.5[17, 18].Z vizuálního a fraktografického hodnoceníje patrné, že úplné odtrženínátrubku v obvodovém svaru mácharakter poměrně členité lomovéplochy, orientované ve směru zhrubakolmém k ose trubky, přičemž magistrálnítrhlina sleduje po celém obvoduna vnějším povrchu trubky hraniciztavení tohoto svarového spoje. Navnitřním povrchu nátrubku je naObr. 1 Schématické znázornění způsobůporušování svarů kotlových trubek z CrMoVocelí [16]křivka B – obvodové trhliny v tepelně ovlivněnéoblasti (III. typ porušení), křivka C – příčnétrhliny ve svarovém kovu (I. typ), křivka D –obvodové trhliny v interkritickém pásmu (IV. typ)Curve – křivka, Operating time (h) – čas provozu(h), Failures or weld repairs (%) – trhliny anebooprava svarů (%), true life – skutečná životnostFig. 1 Failure mode in the weldments madeof CrMoV steels [16]Curve B – circumferential cracks in HAZ(Type III cracking), Curve C – transverse cracksin weld metal (Type I cracking), Curve D –circumferential cracks in the intercritical HAZ(Type IV cracking)přibližně 40 % obvodu trubky dobřepatrný nadměrně propadlý kořensvaru do hloubky až 4 mm, přičemžv této lokalitě se lomová plochav poměrně značném rozsahu přimykák hranici ztavení svarového spoje.Mimo oblast nadměrného propadukořenové svarové housenky se lomováplocha na vnitřním povrchunátrubku zřetelně odklání od hraniceztavení tak, že je přednostně orientovánakolmo k povrchu trubky. Popsanývzhled poškozené lokality ukazujena poměrně snadnou dekohezinátrubku komory v zóně ztavenía přilehlé tepelně ovlivněné oblastisvaru, vzniklé účinkem významnéhotahového napětí působícího v axiálnímsměru trubky. Účinkem tohototahového napětí mohlo dojít k iniciacia poměrně rychlému růstu obvodovémagistrální trhliny a následnémutotálnímu perforačnímu poškozenínátrubku a ztrátě těsnosti přehřívačepáry. Pro ověření tohoto mechanismuporušení nátrubku bylo provedenometalografické šetření a vyhodnoceníprofilu tvrdosti ve svarovém spoji,zaměřené především k identifikacizpůsobu porušení, průběhu magistrálnítrhliny a mikrostrukturníchaspektů tohoto poškození. Z dodanéhovýřezu trubky z poškozené lokality,zahrnujícího lomovou plochu,obvodový svarový spoj a příp. i přechoddo základního materiálu trubky,byly odebrány 3 zkušební vzorkya v rovině rovnoběžné s osou trubkybyly připraveny metalografické výbrusy.Jedná se o– vzorek 1 – v řezu procházejícímpropadlou kořenovou housenkou,106 ZVÁRANIE-SVAŘOVÁNÍ | 4/ 2007