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摘 要

从十八世纪的工业革命以来，人们对各种产品的需求不断增多，于此同时对大型容器的依赖不断加深。各种容器是产品生产的重要依托，然而容器的安全性能又不尽相同，所以研究容器的安全性能及可靠性分析对指导生产就极具重要性了，这就需要我们对反应容器的材料进行各种失效分析，特别是材料的焊缝失效分析，以达到反应容器的安全运营。本文从反应容器的焊缝失效分析来源和特征入手，分析材料失效的危害性和研究的重要性，并提出主要预防手段。反应容器的材料失效分析方法有很多，本文主要是通过金属的金相分析方法来探测金属内部组织的情况，通过分析金属的内外部组织，可以分析出反应容器的各种情况。本论文的主要工作和所得结果有：

（1）介绍了水煤气变换反应器材料的理化性质、失效来源及危害、焊接方法及国内外研究现状，为材料的失效分析奠定了基础；

（2）利用金相分析的方法，探究和分析水煤气变换反应器的组织结构和机械性能，可知：奥氏体不锈钢321试样的焊缝区域组织为粗大的柱状奥氏体晶粒，这种组织有典型的方向性；Q345R组织会发生偏析现象，使组织不均匀。

（3）利用试样的拉伸机械性能试验来进一步探究材料的机械性能性能，发现使用后的容器比使用前的容器机械性能有所减低。

关键词：失效分析；焊缝；变换反应器；金相分析；

ABSTRACT

Since the industrial revolution of the eighteenth century,The growing demand for all kinds of products,At the same time rely on deepening of large container.All kinds of product production container is depending on the containers，However, the security performance of the container is not the same again， so the vessel safety and reliability analysis is very important to direct production,This needs us to the reaction vessel materials for all kinds of failure analysis,Especially the weld failure analysis of materials, the reaction tank in order to achieve the safety of the operation.This paper analyzes the sources and characteristics of the failure from the start of the reaction vessel welds, the importance of the dangers and research materials failure analysis,And the main prevention methods are put forward.for the Material of the reaction vessel failure analysis ，There are many ways, this paper is the case of metals by metallurgical analysis methods to detect metal inside the organization, through the analysis of internal and external organizations metal can analyze various situations of the reaction vessel. The main contents of this paper are:

（1）This paper introduces the physical and chemical properties, reaction container material failure sources and harm, welding method and the research status at home and abroad, which laid a foundation for failure analysis of materials.

（2）Metallographic analysis using the method, by exploring and analyzing water gas shift reactor organizational structure and mechanical properties of shows: 321 austenitic stainless steel weld specimens regional organizations for coarse columnar austenite grains, this organization has a typical directionality; 16MnR tissue segregation occurs, the tissue is uneven.

（3）The tensile mechanical properties of the sample test is used to further to explore the mechanical properties of material performance, found that after using container than before have lower mechanical properties .

Key words: Failure analysis; Weld; Transform reactor; Metallographic analysis.

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1课题背景及其研究意义 1

1.1.1课题的来源 1

1.1.3本课题的研究意义 2

1.2反应器筒体材料的特点 2

1.2.1材料的力学性能 2

1.2.2材料的其他性能 2

1.2.3水煤气变换反应器的结构 2

1.3反应器筒体内衬材料焊接的焊接方法 3

1.3.4 钨极脉冲氩弧焊(TAW-P) 4

1.4焊接接头常见缺陷及对策 4

1.5反应器筒体内衬材料焊接的失效分析的国内外研究现状 9

1.5.1国内研究现状 9

1.5.2国外研究状况 10

1.6 本章小结 11

第二章 水煤气变换反应器金相实验及其分析 12

2.1实验装置和材料 12

2.1.1实验装置 12

2.1.2实验材料 12

2.2金相检验的主要方法 12

2.2.1显像技术 12

2.2.2衍射技术 13

2.2.3微区成分分析技术 13

2.3金相试样的制备 14

2.3.1取样 14

2.3.2磨制 15

2.3.3抛光 16

2.3.4腐蚀 16

2.4金相试样的显微分析 17

2.4本章小结 24

第三章 试样的拉伸机械性能试验 25

3.1实验设备及材料 25

3.1.1实验设备 25

3.1.2实验材料 25

3.2试样制备及试验方法 26

3.2.1试样制备 26

3.2.2试验方法 26

3.3实验结果及分析 27

3.4本章小结 30

第四章 总结与展望 31

4.1总结 31

4.2展望 31

参考文献 32

致谢 35

第一章 绪论

1.1课题背景及其研究意义

1.1.1课题的来源

随着工农业的发展，人们对大型煤化工压力容器的安全日益重视。水煤气变换反应器在人们日常生活中所起的作用也越来越大了。水煤气 一种低热值煤气。由蒸汽与灼热的无烟煤或焦炭作用而得。主要成分为氢气和一氧化碳，也含有少量二氧化碳、氮气和甲烷等组分；各组分的含量取决于所用原料及气化条件。主要用作台成氨、合成液体燃料等的原料，或作为工业燃料气的补充来源。工业上，水煤气的生产在变温条件下进行。若为放热反应需要将反应器冷却，吸热反应则要加热，使反应的温度控制在要求的范围内，以获得较好的转化率和安全地操作，特别是那些温度过高会发生爆炸，或者会损坏催化剂或设备的反应更为重要。 焊缝缺陷是造成锅炉、压力容器失效和事故的主要原因，因此，必须对焊缝缺陷的危害性有充分的认识：

（1）焊缝弧坑缺陷对焊接接头的强度和应力水平有不利的影响。焊瘤不仅影响了焊缝的外观，而且也掩盖了焊瘤处焊趾的质量情况，往往会在这个部位上出现未熔会缺陷。

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