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酒槽干燥烘干机不锈钢列管断裂失效分析
发布时间：2013-06-29 12:22 来源：未知
某公司生产的GL525型酒槽干燥烘干机，其整体管束系采用402根规格为∮51×3mm.长为7.89m.材料为lCr18Ni9Ti的无缝不锈钢列管与管板连接而成。在工作中，用螺旋输送机输送含水为67%的湿酒糟，通过转动管板与不锈钢列管，管内并通以0.6MPa压力、250℃温度的水蒸汽，以10r/min转速对湿酒槽料进行干燥。为达到密封、不致泄露高温水蒸汽的目的，制造时在不锈钢列管与管板外侧连接处进行焊接，并采用胀管机对连接处的列管内侧进行胀管，以使其为紧配合。制成后，在管内通以1.28MPa压力的水，对不锈钢列管进行水压试验时未出现泄露。但经4个多月使用后，有多台干燥烘干机均有4~5根的不锈钢列管发生泄露或断裂。本文应用扫描电镜等对断裂的不锈钢列管断口进行了分析，确定其断裂失效的原因，富通新能源生产销售木屑颗粒机、木屑烘干机等生物质燃料成型、烘干机械设备。
理化分析
经化学成分分析，断裂不锈钢列管成分为lCr18Ni9Ti，所用材料符合技术要求。其横向截面的金相组织为单相奥氏体及孪晶组织。高倍下可见钢中存在较多的TiN类及硫化物类夹杂物。断口宏观分析
不锈钢列管断裂部位处在列管与管板连接处。宏观断口细致，与管轴线垂直，无明显塑性变形，其上有3个明显台阶。在各台阶面上，靠管内侧均有隐约可见、呈半圆形贝纹状特征的光滑区，表明列管呈典型的多源疲劳断裂。整个断口依其面上的台阶，也可分为4个区，裂纹以其各自源产生、扩展并相互连接而最后断裂。疲劳裂纹均起始于列管内壁（图1）；裂纹扩展区具有典型的放射状及半圆形贝纹状线条；最后瞬时断裂区隐约可见人字纹或放射状线条特征。断口局部表面有明显擦伤痕迹，此系为两匹配断口相互摩擦所致。管内壁上有肉眼可见的表面伤痕。
断口的扫描电镜分析
不锈钢列管断口的扫描电镜分析表明：疲劳裂纹均起源于列管内壁，其上存在明显的周向表面伤痕，并有垂直于管内壁表面的微裂纹。该裂纹从管内壁表面向外扩展，裂纹头部有分叉，可见列管内壁表面局部已有碎裂。疲劳裂纹慢速扩展区由于匹配断口的相互摩擦，虽己严重磨合，断口疲劳特征不甚明显，但在其后期的断口仍具有明显的疲劳辉纹花样（图2），这是材料疲劳断裂的典型特征。列管内壁表面伤痕分析
利用扫描电镜观察不锈钢列管内壁表面，可见内壁表面有明显的呈周向分布的表面伤痕及沿伤痕开裂的裂纹，这是在对与管板连接处的列管内侧进行胀管时，由于工艺不当、胀管过深所造成不应有的表面损伤。势必使该处在工作中产生较大的应力集中，成为疲劳裂纹萌生的策源地。同时，在列管内壁局部表面也发现有沿晶腐蚀特征。
分析与讨论
该酒槽干燥烘干机其整体管束系由众多不锈钢列管与管板连接而成，在制造中对其外侧连接处进行焊接，管内侧采用胀管机进行胀管，以使连接处的列管与管板为紧配合。在工作中，通过转动管板与不锈钢列管，管内并通以压力为0.6Mpa、温度为250℃的水蒸汽，以转速为10r/min对从螺旋输送机输送的含水67%的湿酒糟料施以搅动、并进行干燥。由于管外不断受到湿酒糟料的冲击，且列管较长，加之列管本身自重，故在列管与管板连接处承受着较大交变弯曲载荷。列管内壁表面上存在着因胀管不当所造成的表面伤痕及微裂纹，更加剧了该处的应力集中，从而在列管内壁表面多处产生疲劳裂纹源。在交变应力作用下，疲劳裂纹的进一步扩展，穿透列管，将引起高温蒸气泄漏。各疲劳裂纹的扩展并相互连接，当裂纹尺寸达到临界值时，裂纹将快速扩展，最终导致列管发生瞬时断裂。
