热电偶套管断裂失效分析研究

　　某输送原油的管道上的热电偶套管在短期内( 使用仅十余天) 就在套管的根部发生断裂, 该热电偶用于测量进料原油的温度, 材料为 1Cr18Ni9Ti, 热电偶安装使用如图 1, 原油粘度比较高, 随管道内原油流速的变化, 对该套管有较大的冲击载荷,断裂发生在固定法兰和不锈钢套管的焊接部位。通过断口的宏微观断口分析、材料的化学成分分析及微区能谱分析等, 研了热电偶套管跟部开裂的原因及微裂纹的形成机理。

　　1 检查分析

　　1.1 材质化学成分分析

　　对热电偶套管基体材料( 非断裂裂纹处) 利用化学分析方法和微区能谱分析方法, 对材料的化学成分进行了分析, 分析结果见表 1、图 2。

　　从成分分析的结果看, 套管材料符合国家标准 GB222- 84中的 1Cr18Ni9Ti 的要求。

　　2.2 断口分析

　　2.2.1 断面整体分析

　　将套管的断口经超声波清洗后, 断面的整体形貌分区示意如图 3(a)所示。整个断口呈灰色, 某些局部呈黑色。整个断口以解理断裂为主, 断口平整, 无明显的塑性变形, 仅有一处有约2mm 高的台阶如图 3(d), 在该台阶的前面可以看见阶梯条纹状的断口如图 3(c)。另外, 套管的外壁在台阶附近有局部的变形,外壁部分地方有轻微的咬边现象如图 3(b)。

　　2.2.2 断面局部分析

　　( 1)台阶区

　　台阶区经 60 倍放大后可以看出, 台阶上有一呈三角形的区域, 如图 4( a) , 该区域有比较集中的空洞, 而其它地方都比较平整。经 230倍放大后如图 4( b) 可以看出, 这个区域的材料破坏呈韧窝状, 表现出韧性断裂特征。而整个套管断口的其它区域均无韧窝状断裂, 且该区的外壁上有少量的塑性变形的痕迹, 可以断定此处为断裂截面最后断裂的地方。

　　( 2)咬边影响区

　　如图 5( a) , 在台阶的附近, 条纹区的旁边可以发现有焊接咬边现象, 从该处的断口照片图 5( b) 可见, 咬边区在边缘的分布长度达 2mm, 有大量的微小裂纹, 并且有往内壁延伸的痕迹。

　　咬边影响区材料的微观组织与套管母材相比, 颗粒粗大,组织疏松, 呈黑色。该区域经放大后的情形见如图 5( c) 、5( d) ,可以看出该处的裂纹呈“ 冰糖状”, 属晶间断裂。对此处进行了微区能谱分析, 分析结果如图 6、图 7, 可以看出此处有大量的杂质元素出现, 形成了局部区域的杂质偏析 Na、Mg、Al、Si、P、S、Cl、Ca 等元素的含量比母材要高很多, 尤其是 P、S 含量大大超标。对条纹区进行微区能谱分析结果如图 8, 断裂区除有少量的杂质外, 化学元素含量基本上与母材一致。