摘要：本文通过宏观检查、化学成分分析、力学性能检测和金相组织分析等方法，对某电厂后水冷壁泄漏的原因进行了研究分析，分析结果表明，侧水冷壁15CrMoG管子泄漏的原因是焊接鳍片时瞬间热输入过大，将管子焊穿，形成贯穿型焊接缺陷，最终在后续运行过程中发生泄漏。
关键词：水冷壁；泄漏；焊接缺陷
0引言
某发电公司1号锅炉为国内某锅炉厂生产的350MW超临界参数变压运行直流锅炉，单炉膛、一次中间再热、干式除渣、全钢悬吊π型布置，锅炉出口主蒸汽参数为25.4MPa/571℃，锅炉最大连续蒸发量为1117t/h。2018年2月，右侧水冷壁管屏标高52米处第18、19根管子发生泄漏。管子材质为15CrMoG，管子规格为Φ31.8×6.2mm。
1试验分析
1.1宏观分析
由样管的宏观形貌图1可以看到泄漏处位于样品向火面的中间部位，主要集中在两根直管段管子中心轴线之间的区域。附近区域的管子和扁钢上存在因泄漏吹损造成的放射状沟槽。在第18根管子（编号为#1）及其附近的鳍片焊缝上存在7处直径约为0.5~3mm的孔状泄漏点，在第19根管子（编号为#2）上存在一个长度约为15mm的条形泄漏点。
将样品在泄漏区域锯切开，可以看到在#1管上有一个贯穿管壁的泄漏孔洞，在管子内壁还附着有焊瘤和焊渣，因此初步推断此处为原始泄漏点，此处应该是焊接时被焊穿。#2管上的泄漏点为外壁被吹损减薄所致。两根管子的内外表面除漏点外，没有其他表面缺陷，无明显变形和胀粗。
对管子泄漏处和远离泄漏区域的一端进行几何尺寸测量，测量结果见表1所示。由测量结果可知，两根管子的外径和厚度与名义尺寸相符，满足尺寸公差要求，管子没有明显胀粗或减薄。
图1泄漏区域的宏观形貌
表1样管尺寸测量结果
1.2化学成分分析
分别在两根管子上远离泄漏区域的母材上截取一段圆环作为化学试样，采用OBLFQSN750直读光谱仪对试样进行化学成分分析，分析结果见表2。由分析结果可见，两根管子的化学成分含量符合GB/T5310-2017《高压锅炉用无缝钢管》标准中对15CrMoG的规定。
表2 样管化学成分(wt%)
1.3力学性能检测
在样管上远离泄漏区域的位置取布氏硬度试样进行布氏硬度试验，试验结果显示两根管子的布氏硬度和换算抗拉强度符合GB/T5310-2017《高压锅炉用无缝钢管》标准对15CrMoG的要求。
1.4金相组织分析
对两根管子远离泄漏区域的母材试样进行磨制、抛光后，采用4%硝酸酒精溶液浸蚀，观察金相组织，两根管子向火面和背火面的金相组织均为铁素体+珠光体，晶粒度7级，组织形态没有发现过热和过烧等异常现象。
对#1管子上泄漏处附近区域进行金相观察，发现漏点边缘区域金相组织均为贝氏体，漏点处焊瘤的金相组织也为贝氏体。
对#2管子上泄漏处附件区域进行金相观察，发现漏点边缘区域金相组织均为铁素体+珠光体，组织未发现过热、过烧现象。
2讨论分析
由试验分析结果可知，两根样管的化学成分、布氏硬度、换算抗拉强度、金相组织和晶粒度均符合GB/T5310-2017《高压锅炉用无缝钢管》标准对15CrMoG的要求。
由宏观检查结果可知，在#1管的金相观察面的向火面鳍片焊缝上有一个贯穿管壁的泄漏孔洞，在管子内壁还附着有焊瘤和焊渣。同时，金相观察发现此处鳍片焊缝上泄漏孔洞附近的金相组织均为贝氏体，属于焊缝或热影响区组织，说明泄漏孔洞是焊接时热输入过大将管壁焊穿所致，因此推断此处为原始泄漏点。#2管上的泄漏点为外壁被吹损减薄所致。两根管子的内外表面除漏点外，没有其他表面缺陷，尺寸检查显示无胀粗变形，金相观察结果显示此处组织为正常的铁素体+珠光体，说明泄漏区域没有明显的过热胀粗现象。
综合以上分析结果可知，原始泄漏点位于#1管的鳍片焊缝上，#2管的泄漏孔洞是被泄漏后的#1管吹损减薄所致。造成#1管鳍片焊缝泄漏的原因是：鳍片焊缝在焊接时瞬间热输入过大，管壁被焊穿，形成贯穿型焊接缺陷，仅在焊缝表面覆盖一层薄薄的焊缝金属，因此在水压试验或试运行时没有泄漏，机组运行一段时间后，缺陷扩展，最终发生泄漏，并引发附近区域的吹损性泄漏。
3结论
该水冷壁管子的泄漏因为#1（第18根）管子鳍片焊缝上存在焊接缺陷造成的，焊接鳍片时的热输入过大，将管子焊穿，形成了贯穿管壁的焊接缺陷，最终造成泄漏。
参考文献
[1]火力发电厂锅炉受热面失效分析与防护[M].中国电力出版社,2004:57-58.
[2]金属材料性能试验方法标准汇编[M].中国标准出版社,2012.
[3]GB/T5310-2017.高压锅炉用无缝钢管[S].中国标准出版社,2017.
作者简介
徐航（1988—），男，硕士，工程师，从事金属材料的质量检验和失效分析工作。
论文作者:徐航,王兆民,张丛生,李万超
论文发表刊物:《电力设备》2019年第13期
论文发表时间:2019/11/12
标签：金相论文; 区域论文; 锅炉论文; 两根论文; 组织论文; 管壁论文; 孔洞论文; 《电力设备》2019年第13期论文;