摘要：某电厂3#炉运行约2年后，后水冷壁下部管屏发生了泄漏。对泄漏样管取样进行宏观检查和理化检测检测分析。分析结果表明，后水冷壁下部管屏泄漏的原因是：管屏上的管子对接焊时，在起弧收弧交界处的焊缝中存在未熔合、夹渣和气孔等焊接缺陷，锅炉运行时，在锅炉运行应力和介质冲刷的共同作用下，在焊缝缺陷处发生泄漏。
关键词：后水冷壁下部管屏；未熔合；焊接缺陷
某电厂3#炉于2014年10月投运，2016年4月11日发现后水冷壁下部管屏发生泄漏。泄漏管子规格为Φ63.5x6.6MWT，材质为SA210C，泄漏点在标高28米的对接焊缝区，泄漏点位于管屏背火面。泄漏管子的宏观形貌见图1和图2所示。
图1 泄漏管子的宏观形貌
图2 泄漏点的宏观形貌
1.检测及分析
1.1 宏观检查
对送检样管进行宏观观察发现，样管无胀粗或壁厚减薄，无明显腐蚀。泄漏点位于管子对接环缝和扁钢纵缝的交点处，见图2所示，泄漏点位于对接环缝上。泄漏点在外壁的最大长度和宽度为3.2mm和2.0mm。观察管子内壁泄漏点，发现其位于管子对接环缝的起弧收弧交界处，其最大长宽尺寸为2.95mm和1.6mm，见图3所示。
图3 管子内壁泄漏点形貌
切割下的纵向金相试样带缺陷的纵剖面磨抛后观察，发现泄漏缺陷位于管子对接环缝的起弧收弧交接处，在对接环缝的熔合线处存在未熔合缺陷，在对接环缝中存在气孔缺陷，形貌见图4所示。
图4 金相试样纵剖面上缺陷形貌
对金相试样纵剖面深度磨抛至缺陷贯通内外壁后进行宏观观察，发现未熔合缺陷沿熔合线向外壁延伸并终止于管子外壁的热影响区（外壁扁钢焊缝的热影响区），在对接环缝中存在夹渣缺陷，见图5所示。
图5 管子纵剖面缺陷形貌
1.2化学成分分析
在样管上取样进行化学成分析，检测结果见表1所示。检测结果表明送检样管的化学成分符合ASME SA-210C标准要求。
1.3硬度检测
送检样管的尺寸较小，无法进行拉伸试验。对样管上的圆环硬度试样上的向火面和背火面分别进行洛氏硬度检测，检测结果：样管向火面实测硬度为80HRB，背火面实测硬度81HRB，ASME SA-210C的标准要求为不大于89 HRB。硬度检测结果表明：送检样品的洛氏硬度检测结果符合ASME SA-210C标准要求。
1.4微观金相检测
对图5中纵向金相试样对接环缝两侧的母材进行微观金相检测，结果为：两侧母材金相组织均为铁素体加珠光体（F+P），晶粒度均为9级，金相照片见图6和图7所示。
表1 送检样管的化学成分 (wt%)
对图5中纵剖面上的焊缝进行微观检测，结果：未熔合缺陷位于焊缝和母材的熔合线处；紧靠熔合线左侧为管子的热影响，金相组织为珠光体加铁素体加魏氏组织2级，见图8所示；环缝中存在2个夹渣缺陷，尺寸分别达到直径0.85mm和0.30mm，见图9所示。
图6 焊缝左侧母材组织形貌 图7 焊缝右侧母材组织形貌 图8 缺陷左侧热影响区形貌 图9 环缝中的夹渣缺陷形貌
2 讨论分析
2.1通过送检样的管理化检测分析可知，样管的化学成分符合ASME SA-210C标准要求，样管向火面和背火面的洛氏硬度检测结果符合ASME SA-210C标准要求。
2.2通过对送检样管远离泄漏点的母材进行金相检测，对泄漏点附件母材进行金相检测，确定样管母材的金相组织和晶粒度符合材质特征。
2.3通过对泄漏点内外表面进行的宏观检查分析，判断泄漏点位于管子对接环缝的起弧收弧处，该处为焊接的薄弱区，易产生气孔、夹渣等焊接缺陷[1]。
将泄漏点剖开后，发现在对接环缝一侧熔合线上存在未熔合缺陷，在对接环缝中存在气孔和夹渣缺陷，且紧靠泄漏点的未熔合缺陷由内壁向外壁扩展。
2.4通过泄漏处的微观检测结果，发现管子外壁扁钢焊缝较小，管子外壁还存在扁钢焊接时产生的热影响区，管子对接环缝中的未熔合、夹渣和气孔等缺陷均在扁钢热影响区以外，由此判断未熔合、夹渣和气孔等缺陷是管子在对接焊时产生的[2]。
2.5 综合对送检样管的宏微观金相检测分析，判断导致管子泄漏的原因是：管子对接环缝起弧收弧交界处存在未熔合、夹渣和气孔等焊接缺陷，且未熔合缺陷尺寸较大，在锅炉运行时，在介质的冲刷下导致焊缝处发生泄漏。该焊接缺陷是管子在对接焊时产生的，与管子外壁的扁钢焊接无关。
3 结论
3.1送检的后水冷壁下部管子母材的化学成分和洛氏硬度符合ASME SA-210C的标准要求。金相组织和晶粒度符合符合材质特征。
3.2本次后水冷壁下部管屏泄漏的原因是：管屏上的管子对接焊时，在起弧收弧交界处的焊缝中存在未熔合、夹渣和气孔等焊接缺陷，锅炉运行时，在锅炉运行内应力和介质冲刷的共同作用下，在焊缝缺陷处发生泄漏。
参考文献
[1]周昕等.火力发电厂锅炉受热面失效分析与防护[M].北京：中国电力出版社，2004.
[2]李彦林等.锅炉热管失效分析及预防[M].北京：中国电力出版社，2005.
作者简介
龚巍（1984-），男，工程师，主要从事锅炉耐热钢性能和使用方面的研究及失效分析工作。
论文作者:龚巍1,2,史丹1,2
论文发表刊物:《电力设备》2019年第11期
论文发表时间:2019/10/14
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