壳程换热器与管子管板焊接的相互关系

　　管子外壁表面的腐蚀浅表沟槽和裂痕，管子的热影响区显微组织为孪晶奥氏体与晶界及滑移带上不连续析出的碳化物，该区域材质出现轻度敏化，但在管子外壁表面的该区域，并未出现晶间腐蚀或与此有关的腐蚀开裂，也进一步说明本次破裂与材质本身关系不大。离焊缝稍远一点的热影响区则是完全奥氏体，晶界及滑移带无碳化物析出。远离焊缝的显微组织为正常的单相孪晶奥氏体。因此，管子材质是好的。

　　断口的扫描电子显微镜分析对割取的断口试样用扫描电镜进行了断口形貌分析。管子与管板联接焊缝处的断口形貌照片，为典型的腐蚀疲劳断口形貌，有非常清晰的疲劳辉纹。因此，管子与管板联接焊缝处的破裂是腐蚀疲劳破裂。管子与管板联接焊缝处的断口、管板孔内侧直管段断口的扫描电镜照片。由照片可见：在它们的断口表面都能清晰地看到腐蚀疲劳指纹形貌-腐蚀产物+疲劳辉纹。因此，管子与管板联接焊缝、管板孔口内侧直管段处的断裂都是由腐蚀疲劳破裂引起的。此外，在用扫描电镜观察分析断口形貌的同时，在断口扩展区的不同部位进行了疲劳辉纹统计。由于腐蚀破裂辉纹易遭破坏，因而以下只能近似估算。如上述估算结果可靠，则上述的疲劳属于高周次疲劳破裂。

　　腐蚀疲劳破裂的应力来源分析关于引起腐蚀疲劳破裂的应力来源，目前可供分析的可靠信息很少，在工作状态，管板上半部分管子因压力与温度可能产生的轴向合力作用于管子上，将对管板上半部分管子产生压应力，这个应力与引起管口与管板联接焊缝处开裂的主应力方向一致。而该应力强度尚不足以引起该处发生过载破坏。显然，一定还存在有某种未知的波动外力没有被发现。但是，在管口与管板联接焊缝处存在应力集中，此处的大应力已超过了材料的屈服点应力。在交变载荷的作用下，就会造成管口疲劳开裂。

　　此外，管子遭受的力有侧向力，可在管子的轴向产生导致管子沿截面破裂的应力。从工艺角度看，该水冷器管内走合成气，温度高达450e.在服役条件下，管外一侧的冷却水处于亚临界的水气状态。此时，管子外表面会出现大量的气泡核。由于水温未达临界状态，因此，形成的气泡核长大到一定尺寸即破灭。此应力作用于管子的外壁表面，是一侧向高频随机波动力。它与轴向应力联合作用，即会造成管口疲劳开裂。

　　壳程压力对U型管会产生轴向推力，对于壳程压力较高。换热管直径较大的U型管换热器，此推力将比较大。双壳程U型管换热器，由于管、壳程流体在壳程隔板两侧具有温差，特别是如E-1253逆流操作的换热器，会使U型管两侧的换热管产生温差，从而引起热变形差。若换热管的自由变形受到约束，如折流板，支撑及U型弯头的约束，则壳程上下的U型管内会产生方向相反的温度应力。在换热管受到轴向推力及轴向拉力作用时，如果管子与管板间未胀接，则此力全部由连接焊缝承受，使焊缝处出现明显的应力集中，大应力可达到轴向推力引起的换热管上应力的56倍。这样的应力集中加之由于交变应力的作用，容易造成管口焊缝的疲劳断裂。