马来西亚沐若水电站进水阀活门焊接开裂原因分析及处理.docx

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水利水电技术第44卷2013年第4期

马来西亚沐若水电站进水阀活门焊接开裂原因分析及处理

张华清

(长江三峡技术经济发展有限公司，北京100038)

关键词：活门；焊接；开裂；处理

中图分类号：TV732.1(338)文献标识码：B文章编号：1000-0860(2013)04-0087-03

1概述

马来西亚沐若水电站装有4台单机239.6MW的水轮发电机组，其中水轮机、发电机和进水阀部分全部由哈尔滨电机厂有限责任公司进行生产。

进水阀主要由上、下游侧阀体，活门，阀轴，拐臂，上、下游连接管等组成。活门为铸焊接结构，左右轴座为铸造，材质为ZG20SiMn;其余部分均为钢板下料、卷制而成。

2011年3月16日，1#机进水阀活门立筋板与围板焊缝焊接后退火前，活门中间2层厚70mm立筋板发生开裂。目测共发现5条裂纹，裂纹开口宽1~2mm,呈断续分布，其中最长一条长4000mm。开裂情况见图1和图2。

图1活门开裂位置示意

为确认裂纹深度，在活门整体去应力退火后，用碳弧气刨法对裂纹部位进行气刨，刨深至40mm左右，仍存在开口1～2mm的裂纹。刨开后的裂纹情况见图3。

图2活门立筋板开裂情况

图3活门立筋板焊缝刨开后情况

2活门立筋板焊缝结构

如图4所示可以看出，活门共有4层立筋板，3

收稿日期：2013-01-09

作者简介：张华清(1987一),男，助理工程师。

WaterResouresandHydnopouerEngineringVol.44No.487

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张华清//马来西亚沐若水电站进水阀活门焊接开裂原因分析及处理

层环形围板和2层锥形围板，三者均为厚70mm的S355J0轧制钢板。开裂的为中间的2层立筋板。该2层立筋板与3段环形围板之间的焊缝构成典型的“T”型焊缝。环形围板开有坡口，立筋板未开坡口，环形围板与立筋板焊缝呈直角三角形。焊缝采用半自动气体保护焊焊接。

4120

80

立筋板

立筋板

70

环形围板

图4活门立筋板焊接(单位：mm)

3活门开裂型式

如图5所示可以看出，裂纹是延立筋板厚度方向开裂的，开裂后向立筋板轧制方向延伸。而且，这是典型的“T”字焊缝，不难判断出，该裂纹即为“钢板的层状撕裂”[1]。

图5立筋板裂纹示意

层状撕裂即焊接时，在焊接构件中沿钢板轧层形成的呈阶梯状的一种裂纹。层状撕裂不同于通常发生在焊缝上的热裂纹和冷裂纹，它是发生在热影响区和靠近热影响区母材上的一种特殊裂纹。层状撕裂通常发生在角焊接头中(如T型接头、十字型接头和隅角

焊接头等)。

4活门开裂原因分析

由于活门立筋板的开裂型式为层状撕裂，因此在分析立筋板的开裂原因之前，先来了解一下层状撕裂的产生机理。

产生层状撕裂的主要原因是钢材中含有一定微量的非金属夹杂物，特别是硫化物，如MnS,其次是SiO?、Al?O?等氧化物，轧制钢材时，这些夹杂物受到延压，呈片状分布在平行于钢板表面的板材中。

焊接时，焊缝金属由液相冷却而凝结成固相，伴随着发生收缩，当收缩力顺板厚方向，其拉应力σ?达到一定程度后，使夹杂物与基体金属沿弱结合面脱开而产生开裂，严重时会造成相邻夹杂物之间的基体金属的晶界断裂或穿晶断裂或韧窝断裂，形成层状撕裂。图6为典型焊接接头的层状撕裂，图7为层状撕裂形成的微观示意。

(a)T型角接焊接头(b)隔角焊接头

图6典型焊接接头的层状撕裂

(a)金属夹杂物的分布

(b)拉应力引发层状撕裂

(c)微观示意

图7层状撕裂的形成及微观

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从层状撕裂的产生机理，加上现场了解的