Перегрева околошовной

Во фторопластовых самосмазывающихся узлах трения (теплопроводность фторопласта-4 примерно в 250 — 300 раз меньше, чем у стали) отдача тепла, возникающего в результате нагрева, осуществляется в основном через металлические детали. Из-за недостаточной отдачи тепла температура трущихся деталей может возрасти до опасных пределов. Во избежание перегрева необходимо определять из теплового баланса максимальную температуру нагрева узла трения.

При проектировании регуляторов перегрева необходимо удовлетворять следующие требования:

Регулирование промежуточного перегрева необходимо прежде всего для надежной работы блока. Условия безопасной работы цилиндра среднего или низкого давления турбины и выходной ступени промежуточного перегревателя ограничивают верхний йредел температуры промежуточного перегрева. Условия допустимой влажности пара в последних ступенях турбины ограничивают нижний предел температуры промежуточного перегрева. Наконец, надежная работа турбины не допускает резких колебаний температуры пара за промежуточным перегревателем по условиям относительных сдвигов ротора, температурных напряжений в паровпускных органах, коробления цилиндра, особенно при пусках, а также температурных перекосов в подводящих паропроводах.

Так как пароперегреватели находятся в зоне высоких температур со стороны газов (600—750° С в котлах старых конструкций и 800—1000° С в современных крупных котельных агрегатах) и высоких температур со стороны пара (300—350° С в старых конструкциях и 425—510° С в современных крупных котельных агрегатах), необходимо тщательно наблюдать за стенками труб и не допускать их перегрева.

Необходимо помнить, что увеличение температуры перегретого пара выше установленного предела может привести как к аварии •самого перегревателя (перегреву и разрыву его стенок), так и к аварии оборудования потребителей пара (например, к поломке лопаток турбины).

На рис.6.1 представлены два предельных варианта заполнения испарителя, между которыми при настройке перегрева необходимо выбирать разумный компромисс. 6

При колебаниях параметров свежего пара или пара промежуточного перегрева необходимо очень

Для исключения возможной конденсации пара в остывающих в последующем перепускных трубах ЦВД и паропроводах промежуточного перегрева необходимо при закрытой ГПЗ через вентили обеспаривания выпустить пар из тракта промежуточного перегрева, а через дренажи — из перепускных труб ЦВД.

Для исключения попадания воды из паропроводов свежего пара и пара промежуточного перегрева необходимо, прежде всего, обеспечить их правильную прокладку: паропроводы выполняются с уклоном в сторону дренажных трубопроводов, без тупиковых и недренируемых участков, где может скапливаться конденсат. Дренажи паропроводов должны быть исправны, т.е. обеспечивать надежный отвод конденсата на всех режимах работы, и иметь достаточные проходные сечения не только для отвода конденсата во время прогрева, но и для пропуска достаточного количества пара на этапе прогрева паропроводов «пролетным» паром.

Для предотвращения неблагоприятного изменения структуры и снижения ударной вязкости металла зоны перегрева необходимо ограничивать минимальную скорость охлаждения. Чрезмерно высокие погонные энергии сварки приводят к образованию у линии сплавления крупнозернистых структур с низкими показателями ударной вязкости. Кроме того, длительное пребывание отдельных зон основного металла при температурах, превышающих температуру отпуска стали, может способствовать разупрочнению металла. При сварке бейнитно-мартенситных сталей скорость охлаждения целесообразно регулировать, изменяя как погонную энергию, так и температуру таедварительного или последующего подогрева соединений. Подогрев замедляет скорость остывания при температуре ниже 300 °С и способствует более полному удалению водорода из наплавленного металла. При этом возрастает стойкость соединений против образования холодных трещин. Увеличение погонной энергии продлевает пребывание металла в области высоких температур, что ухудшает его механические свойства. Поэтому наилучшее сочетание механических свойств соединений и их стойкости против трещин достигается при использовании оптимальных режимов сварки и температур предварительного и последующего подогрева.

Обычно карбидообразование начинается на участках местного перегрева; необходимо не дать распространиться процессу на весь электролизер. Для этого анод поднимают, увеличивая междуполюс-

При ЭШС нужно стремиться к уменьшению перегрева околошовной зоны и к уменьшению роста зерна в ней. Этого можно добиться с помощью многослойной ЭШС, позволяющей уменьшить рост зерна в околошовной зоне и измельчить его за счет нагрева и охлаждения при наложении последующих слоев. Другой путь - местная последующая или сопутствующая термообработка сварного соединения дополнительным источником тепла (газокислородным пламенем, высокочастотным индуктором) или искусственное охлаждение шва и околошовной зоны в процессе сварки. Отрицательное влияние перегрева можно также устранить, применяя стали, малочувствительные к термическому циклу ЭШС.

Прохождение процесса охрупчивания околошовной зоны во время отпуска в сталях такого типа при сочетании других неблагоприятных факторов способствовало разрушению при гидравлических испытаниях трех крупных сосудов, в том числе барабана высокого давления и корпуса атомного реактора [114]. Несмотря на то, что все они были подвергнуты отпуску после сварки, разрушение носило катастрофический характер и привело к необходимости изготовления новых сосудов. Были зафиксированы зародышевые трещины на участке перегрева околошовной зоны, образовавшиеся предположительно при отпуске; развитию разрушения способствовал повышенный уровень рабочих напряжений у отверстия под штуцер, где оно началось.

На участке перегрева околошовной зоны, подвергающемся при сварке нагреву до температур, превышающих 1200—1250° С, на границах зерен аустенита протекают необратимые процессы. Последующее замедленное охлаждение сварного соединения или длительное воздействие рабочих температур может вызвать выпадение избыточных фаз по этим границам с понижением пластических свойств или с появлением склонности к ножевой коррозии. Охруп-чивание, являющееся следствием сварочного перегрева аустенит-ной стали, может привести к так называемым локальным разрушениям сварных соединений, причем последующая аустенитизация сварных соединений в большинстве случаев не устраняет пагубного действия высокотемпературной части термодеформационного сварочного цикла.

При сварке аустенитными швами неаустенитных сталей и в том числе 12%-ных хромистых нержавеющих сталей возможна диффузия углерода из участка перегрева околошовной зоны основного металла в шов. Это явление перехода углерода из стали в шов, обусловленное реакционной диффузией углерода (его стремлением к сильным карбидообразователям — хрому, титану, ниобию, находящимся в металле шва), обычно наблюдали только в сварных швах, находившихся длительное время под действием высоких температур. Установлено, однако, что диффузия углерода из стали в аустенитный шов успевает получить заметное развитие еще в процессе сварки, т. е. под действием сварочного нагрева. Вопросы диффузии на линии сплавления шов—основной металл детально рассмотрены в известных работах Г. Л. Петрова [17, 18],В.Н.Зем-зина [4] и др.

1) снижение температуры фактического солидуса металла шва относительно реального солидуса основного металла в участке перегрева околошовной зоны;

Многое зависит от характера легирования стали или сплава. Наличие в составе свариваемой аустенитной стали даже небольших концентраций элементов, резко снижающих температуру солидуса металла в участке перегрева околошовной зоны, делает неизбежным появление околошовных кристаллизационных трещин. Например, даже двойной электрошлаковый или вакуумно-дуговой переплав жаропрочных сталей ЭИ726, ЭИ787, содержащих более 0,010% В, не избавляет от околошовных трещин.

раторных условиях, причем воспроизводить их экспрессно, не затрачивая многие сотни или даже тысячи часов на ожидание появления околошовной трещины в испытуемом образце. Такая экспрессная методика была предложена автором с сотрудниками в Институте электросварки [17]. При разработке этой методики руководствовались следующими соображениями. Чтобы ускорить процесс разрушения сварного соединения в участке перегрева околошовной зоны, необходимо усилить действие главных факторов, обусловливающих этот вид разрушения. К таким факторам относятся:

Известно, что в аустенитных сталях типа 18-8 молибден и вольфрам являются более слабыми карбидообразователями, чем хром или даже ванадий. Об этом можно судить по изменению температуры изобарного потенциала для различных карбидов (рис. 73, а). Это значит, что низкоуглеродистая аустенитная сталь, легированная молибденом и вольфрамом, в отличие от сталей, содержащих титан или ниобий, не может быть отнесена к числу жаропрочных сталей с карбидным упрочнением*. Это означает, что сварочный термодеформационный цикл в хромоникелемолибденовой или хромоникелевольфрамовой аустенитной стали не вызывает столь же энергичного изменения состава карбидов. Он не вызывает, следовательно, и столь же заметного разупрочнения границ зерен в участке перегрева околошовной зоны.

Проведены эксперименты, свидетельствующие о целесообразности сварки аустенитных швов с большим коэффициентом формы, особенно, если сварка производится тонкой проволокой (рис. 94) [45]. Следует подчеркнуть, что стремление производить сварку аустенитных сталей и сплавов тонкой проволокой оправдано и с точки зрения уменьшения перегрева околошовной зоны — чем тоньше проволока, тем меньше может быть и так называемое тепловложение в шов.

Мы привели все эти рассуждения для того, чтобы предостеречь от переоценки возможностей предотвращения локальных разрушений путем резкого повышения концентрации сварочного нагрева. Да, действительно при электроннолучевой сварке ширина участка перегрева околошовной зоны минимальна. Ее нельзя сравнить с зоной термического влияния электрошлаковой сварки. Но нельзя забывать, что повышение концентрации сварочного нагрева означает и повышение концентрации сварочных напряжений. Следовательно, сокращение времени нахождения аустенита в области температур перегрева уменьшает лишь ширину участка перегрева, но вовсе не предотвращает протекания необратимых явлений в этом участке. Иными словами, уменьшение ширины участка перегрева может локализовать зону зарождения и развития межзеренных трещин в процессе эксплуатации сварного соединения, но не может полностью исключить образование этих трещин.

Жаропрочный никелевый сплав типа нимоник ЭИ437Б (ХН77ТЮР). Сплав ЭИ437Б очень широко используется в авиационном газотурбостроении. Из него изготовляют сварные валы и роторы газотурбинных двигателей, детали соплового аппарата и др. Сварка сплава ЭИ437Б в виде тонколистового проката (толщиной до 5 мм) обычно производится аргоно-дуговым способом без особых затруднений — трещины в околошовной зоне не наблюдаются. Это можно, по-видимому, объяснить мелкозернистой однородной структурой, характерной для хорошо деформированного металла. Однако положение резко меняется, если сварке подлежит толстый металл. Сплав ЭИ437Б в виде толстолистового или сортового проката, поковок или штамповок, наоборот, обладает повышенной склонностью к горячим околошовным трещинам. Причиной этого служит большая разнозернистость и загрязненность сплава неметаллическими включениями, а также наличие в нем критических концентраций бора. Если загрязненный участок сплава попадает в зону действия сварочного высокотемпературного нагрева, в нем могут зародиться трещины (рис. 180, д). Трещины появляются и в тех случаях, когда участок перегрева околошовной зоны попадает в район крупнозернистой структуры.