T型過濾器失效和導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生與擴(kuò)展原因分析

某公司直流式T型過濾器三通采用模具冷拔工藝制作，因此在T直段以及兩部分彎段變形很大，冷加工殘余應(yīng)力水平很高。T直段內(nèi)壁空間位置小，角焊縫偏大，兩條焊縫之間的距離太小，焊接殘余應(yīng)力水平較高。另外在操作使用過程中，T型過濾器濾芯在流體作用下通過濾芯導(dǎo)軌把流體沖擊力傳遞到管壁上，操作壓力產(chǎn)生的工作應(yīng)力也附加在管壁上。因此過濾器主體存在冷加工、焊接殘余應(yīng)力，以及工作壓力的作用，總體應(yīng)力水平較高。

結(jié)合操作介質(zhì)調(diào)查，在實(shí)際操作過程中流體介質(zhì)含有21%氫組份，且T型過濾器的操作壓力為3.32MPa，操作溫度為-99℃，具備了材料發(fā)生氫脆的基本環(huán)境。

該T型過濾器在含氫氛圍的低溫環(huán)境中工作，氫原子通過以下步驟進(jìn)入鋼材組織嘗對(duì)其產(chǎn)生危害。首先鋼材與含氫組分接觸后發(fā)生碰撞，氫氣分子(H2S)通過物理吸附留在鋼材表面，然后吸附的氫分子分解成氫原子，吸附在鋼材外表面(化學(xué)吸附)，進(jìn)而吸附在鋼材內(nèi)表面，去吸附成溶解在鋼材中的氫原子，最后沿晶界向鋼材內(nèi)部擴(kuò)散。尤其在鋼材受力變形時(shí)，會(huì)劇烈加速氫原子的擴(kuò)散，高速擴(kuò)散的氫原子在滑移面上轉(zhuǎn)變成分子狀態(tài)，而分子氫不具有擴(kuò)散能力，在晶間聚集產(chǎn)生內(nèi)壓力，使鋼材進(jìn)一步變形受限制而呈現(xiàn)出脆性，在較高的應(yīng)力水平下最終導(dǎo)致開裂。

通過失效部位試驗(yàn)機(jī)械性能試驗(yàn)、裂紋宏微觀檢查以及金相檢查，結(jié)果都一致證明了該T型過濾器在較高殘余應(yīng)力作用下發(fā)生氫脆，最終導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生與擴(kuò)展。