热电厂8#发电机转子冷却管开裂失效分析

检查分析

发电机转子线圈的冷却水不锈钢水管通过氧乙炔火焰将堆焊的钎料加热熔化，取下冷却管。针对冷却管的开裂部位和开裂形态进行观察分析。通过机械弯折方式将开裂处断开，截取出2个断口。用体视显微镜观察试样形貌特征。

由图1和图2可以看出，冷却水不锈钢水管的开裂部位处于弯曲处，冷却管不是纵向开裂，而是与轴线垂直方向的横向开裂。根据焊缝残留钎料的位置判断，在焊缝根部即受力最大处开裂。由图3可以看出，冷却管的断口分为大区域的原始开裂的扩展区和小区域的后期弯折的终断区两部分，原始开裂的扩展区表面大部分区域有铜黄色的钎料熔化粘染痕迹。断口原始开裂的扩展区表面平坦，无塑性变形痕迹，属于明显的脆性断口特征，判断冷却管断裂性质为疲劳、应力腐蚀、氢脆、材质脆化这些脆性断裂其中之一。后期弯折发现冷却管塑性较高，断口的终断区也为塑性变形特征，由此排除氢脆和材质脆化导致断裂的可能性。

1.2冷却管断口微观检测分析

将1个冷却管断口试样，用扫描电镜分析断口表面微观形貌，用能谱仪检测断口表面腐蚀产物成分。

由图4可以看出，冷却管断口扩展区存在径向扩展台阶，由管体外壁向内壁方向扩展，说明裂纹最先萌生于管体外壁，由此可以排除应力腐蚀开裂的可能性。通过成分检测结果可以看出，断口表面腐蚀产物成分为O、Cr、Fe、Ni、Cu元素，说明氧乙炔切割时造成开裂断口发生氧化，并粘附了钎料，未发现不锈钢应力腐蚀敏感的Cl等元素。

1.3冷却管金相组织检测分析

将2个冷却管断口试样磨制纵向截面，经过水砂纸、金相砂纸细磨、研磨和金刚石抛光，用王水溶液浸蚀，制备成金相试样，利用金相显微镜对试样进行金相组织分析，并分析内外壁裂纹情况。

管体截面的外壁附近，残留焊缝与母材的结合界面处无裂纹等缺陷，判断最初钎料焊接时未出现铜扩散致脆导致的微裂纹现象。未发现内壁介质产生的应力腐蚀裂纹，由此可以完全排除应力腐蚀的可能性。管体的金相组织为正常的奥氏体，晶粒度等级为7 级左右，微观组织正常。

1.4冷却管与钎料成分检测分析

在冷却管上截取2个试样，加上1个钎料小试块，3个试样用能谱仪检测其主要合金元素成分，推断其材质。通过检测得出，冷却管主要合金元素成分为Si、Ti、Cr、Mn、Fe、Ni元素，按照GB/T 20878-2007，其元素含量对应于321类奥氏体不锈钢：06Cr18Ni11Ti（旧牌号0Cr18Ni10Ti）或者07Cr19Ni11Ti（旧牌1Cr18Ni11Ti）。钎料主要合金元素成分为Cu、Zn、Ag元素，说明钎料为铜锌银一类合金。

2、冷却管开裂失效原因

根据以上检测结果确定，发电机转子线圈的冷却水不锈钢水管开裂失效性质为机械疲劳。造成冷却管机械疲劳的原因推测是：该冷却管较长，虽然有固定约束，但是发电机转子工作时有振动，造成冷却管发生震颤，当冷却管自振频率与发电机转速同步或者接近时，冷却管容易发生振幅较大的震颤，产生交变的疲劳载荷，经过6年长期运行，最终导致冷却管疲劳开裂。

3、建议措施

（1）每次发电机停机检修时，对类似的异种材质焊接部位进行检查和探伤，重点查找是否有微裂纹产生；（2）对于开裂失效的冷却管，在转子结构空间允许的条件下，改进、调整、增加冷却管固定约束，降低震颤幅度。

参考文献

[1]雷铭.电力设备诊断手册[M].中国电力出版社，2001.

[2]李伟清.汽轮发电机故障检查分析及预防[M].中国电力出版社，2010

[3]JB/T6228-2005汽轮发电机绕组内部水系统检验方法及评定[S].

作者简介

刘志刚（1969.6.12-），男，工程师，大学学历，黑龙江省大庆市龙凤区兴化大街大庆石化公司热电厂，从事发电厂技术管理工作。

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