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摘要：沙特某电厂锅炉为660MW超临界燃油锅炉，锅炉满负荷额定压力25.4MPa，锅炉出口额定温度542℃。本文对水冷壁泄漏原因进行了失效分析。主要分析内容包括宏观观察、几何尺寸测量、拉伸性能试验、金相组织分析、硬度试验、扫描电镜分析、能谱分许和失效原因进行了综合分析,并给出了建议。
关键词：泄漏；焊接热裂纹；
1引言
1.1水冷壁管取样及试验内容
锅炉水冷壁管共取样4根，材料部编号为S201846-1~S201846-4，为描述方便，报告中样品编号简写为1~4号。管样编号、材质及对应焊口编号见表1-1。
表1-1 管样信息表
1.2 主要分析内容包括宏观观察、几何尺寸测量、拉伸性能试验、金相组织分析、硬度试验、扫描电镜分析、能谱分许。
2试验内容及结果
2.1宏观观察
4根水冷壁管样宏观形貌见图2-1，1、2号管T22侧向火面表面吹损严重，2号管上有泄漏孔；3、4号管样未见泄漏，外壁未见损伤。
2.2几何尺寸测量
对4根管样进行了几何尺寸测量，测量结果见表2-2。由测量结果可知：4根管样实测外径、壁厚与公称尺寸基本相符。
2.3金相分析
根据现场进行的射线探伤结果，1、2号管的T22侧、3、4号管的T12、T22侧存在靠鳍片的轴向缺陷，2、3、4号管对接焊缝处存在轴向缺陷，故对上述位置取环向试样，并对2号管泄漏孔处取环向样，取样位置见图2-2。试样经砂纸粗磨、细磨和抛光、浸蚀后在OLYMPUS GX71型光学显微镜下进行金相观察分析。由分析可知：
图2-1 管样宏观形貌（左侧为T22，右侧为T12）
表2-2 管样几何尺寸测量结果
1）射线底片上1、2号管的T22侧、3、4号管的T22、T12侧鳍片附近的轴向缺陷对应为鳍片与管子的未焊透处，不存在于管子的母材上，非裂纹类缺陷。
2）4根管子的T22、T12母材组织均为铁素体+贝氏体，未见球化，组织正常，T22、T12与鳍片焊接处组织正常。由于4根管子母材及焊接组织形貌基本一致，故只选取代表性照片。
3）2号管对接焊缝内壁存在焊接裂纹，根部较宽，端部圆钝，深度约0.1mm，3号焊缝内壁存在焊接裂纹，根部较宽，端部圆钝，深度约0.9mm；4号管对接焊缝制取了两个横截面，1号截面发现存在内壁裂纹，根部较宽，端部圆钝，最深约0.5mm；2号截面存在内壁裂纹，裂纹锯齿状，深度约2.6mm，距内壁1.5mm处存在锯齿状小裂纹，长约0.2mm。
4）2、3、4号管对接焊缝均未见过烧及淬硬马氏体组织。
2.4硬度试验
对金相试样进行维氏硬度试验，试验载荷分别为10Kg和1Kg，加载时间均为15秒。结果表明：
1）试验管样的T22、T12侧母材硬度值均符合标准要求。
2）2号管泄漏处硬度值正常。
3）参考DL/T 752-2010《火力发电厂异种钢焊接技术规程》标准的规定，2、3、4号管对接焊缝硬度值偏高。
4）鳍片焊缝硬度值正常。
2.5拉伸性能试验
对2号管样上T12侧母材取样进行常温拉伸性能试验（T22侧由于尺寸不够，无法进行试验），拉伸试验机型号为CMT5205，拉伸试验结果。由试验结果可知：管样的常温拉伸性能满足相关标准对T12新钢管的要求。
2.6综合分析
水冷壁管样的几何尺寸、显微组织、硬度、拉伸性能(T12母材)均符合标准要求，可判断水冷壁钢管材质状态正常。对接焊缝的成分与母材基本一致，焊缝、热影响区组织均未见淬硬和过烧组织，故可判断焊缝金属材料正常，即焊缝所用焊材质量正常。T12-T22对接焊缝硬度值偏高。2号管样泄漏处位于焊缝的T22侧热影响区，吹损严重，已无法具体分析其泄漏原因。
2、3、4号管样对接焊缝内壁均发现有轴向裂纹，与其射线探伤结果对应。取样试验时无法精准定位到轴向裂纹的最深处，故2~4号管金相观察的裂纹深度不代表焊缝整条裂纹的深度。2~4号管对接焊缝除内壁裂纹外，4号管焊缝上还存在位于焊缝内部的小裂纹，焊缝裂纹总体呈锯齿状，尖端圆钝，裂纹内可见较多的氧化物，氧化明显，由这些特征可判断焊缝裂纹应为焊接热裂纹，存在焊接热裂纹的焊缝质量是不合格的。
焊接热裂纹是在焊接高温下产生的裂纹。在焊缝的固液阶段，当已凝固的相彼此接触并彼此倾轧到一起，这时金属的流动发生困难，在这种情况下，由于液态金属无法填充拉伸应力作用下的的微小缝隙，
只要稍有拉伸应力存在就可能产生裂纹。焊缝热裂纹形成主要与焊缝金属中杂质（如C、S、P）造成低熔点共晶物的形成和焊接拉应力有关，也与焊接工艺有关，如焊接速度、焊接温度等。
3 结论及建议
1）锅炉水冷壁泄漏管样吹损严重，已无法具体分析其泄漏原因；3根水冷壁管的T22/T12对接焊缝均存在焊接热裂纹，这些裂纹的存在和扩展会导致水冷壁管的泄漏。
2）为避免水冷壁管子对接焊缝出现焊接热裂纹，应限制管材和焊材中低熔点杂质的含量，严格执行焊接规范，注意焊接速度，适当提高预热温度，并注意焊接环境的保护。
参考文献
[1]DL/T 752-2010《火力发电厂异种钢焊接技术规程》
[2]ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section II material -2017
论文作者:宋同乐
论文发表刊物:《电力设备》2018年第23期
论文发表时间:2018/12/25
标签：裂纹论文; 水冷论文; 金相论文; 硬度论文; 内壁论文; 组织论文; 尺寸论文; 《电力设备》2018年第23期论文;