鍋爐膜式壁裂紋原因分析

簡強(qiáng)

摘 要：在鍋爐安裝水壓試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，已組對焊接完成的膜式壁焊口附近有漏水現(xiàn)象，宏觀檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)為鰭片和管子端部焊縫附近存在開裂。通過化學(xué)分析、金相檢驗(yàn)、力學(xué)性能試驗(yàn)的方法對鍋爐膜式壁管裂紋進(jìn)行分析。發(fā)現(xiàn)是由于爐管和焊接扁鋼處熱影響區(qū)與管材過渡處材料性能比較薄弱，膜式壁管在安裝前前尺寸校正時(shí)，強(qiáng)行錘擊校正引起爐管母材開裂造成的。

關(guān)鍵詞：鍋爐 膜式壁管 泄露 裂紋

中圖分類號(hào)：TG441 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）08（b）-0000-00

0前言

大型電站鍋爐廣泛采用帶鰭片的水冷壁管，組成水冷膜式壁。膜式水冷壁是用管屏焊機(jī)采用雙面熔化極氣體保護(hù)焊把許多根鋼管和扁鋼沿縱向依次的焊接起來，組成的一個(gè)整塊的水冷壁受熱面，現(xiàn)場安裝時(shí)組與組間再用焊接進(jìn)行連接。

1檢驗(yàn)案例

某廠230t/h電站鍋爐，現(xiàn)場安裝完畢后進(jìn)行整體水壓試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)膜式壁焊接接口處有漏水現(xiàn)象。經(jīng)宏觀檢查為鰭片對接處沿管材環(huán)向有裂紋，見圖1、2。該膜式壁管材為20G，規(guī)格為Φ51㎜×5㎜，裂紋處壁厚是5.2㎜。根據(jù)現(xiàn)場情況推測，該膜式壁裂紋可能由于材料不合格、膜式壁制造質(zhì)量不合格、施焊過稱不符合工藝等原因造成的，為確定裂紋產(chǎn)生的真實(shí)原因，避免安裝過程中發(fā)生類似問題，對此發(fā)生裂紋膜式壁進(jìn)行了以下分析。

2裂紋管的理化檢測及力學(xué)實(shí)驗(yàn)

在有裂紋的爐管上取樣按GB/T223進(jìn)行化學(xué)成分分析，得到對母材內(nèi)部主要元素含量，結(jié)果見表1；按GB/T228.1進(jìn)行管材力學(xué)性能試驗(yàn)，結(jié)果見表2，可見其化學(xué)成分和力學(xué)性能滿足GB5310-2008高壓鍋爐用無縫鋼管的要求。

3施焊工藝及過程分析

膜式水冷壁在多次起吊及運(yùn)輸過程中，可能產(chǎn)生變形。所以在工地安裝時(shí)，首先要對其進(jìn)行校正。現(xiàn)場組屏?xí)r，以中心線為基準(zhǔn)，從中心向兩側(cè)進(jìn)行組焊，安裝時(shí)根據(jù)需要可在管屛的鰭片之間氣割所需的長度，最后對鰭片進(jìn)行雙面補(bǔ)焊，并打磨至與母材圓滑過渡。

經(jīng)與現(xiàn)場焊接人員進(jìn)行溝通，得知此鰭片經(jīng)現(xiàn)場校正檢驗(yàn)符合要求后起吊組對，焊工嚴(yán)格按照焊接工藝進(jìn)行焊接，該焊縫外觀檢驗(yàn)符合要求。該焊接工藝為成熟的焊接工藝，由于焊接造成管材開裂的可能性較小，進(jìn)一步懷疑為膜式壁在安裝校正過程中對管材造成了損傷。

4 金相檢驗(yàn)

將發(fā)生裂紋一側(cè)的焊接扁鋼磨平，把裂紋所在范圍的母材通過冷加工切取，并將帶有裂紋試樣分割成A、B兩塊，見圖3。取試樣B按GB/T13298-1991制備金相試樣，并進(jìn)行組織分析。

對照圖2，裂紋發(fā)生在鰭片對接焊縫下面，并沿著管材向上擴(kuò)展，裂紋范圍的母材應(yīng)受到鰭片與管材角焊縫及鰭片與鰭片對接焊縫兩次焊接熱影響的作用[2]。從裂紋兩邊的組織形貌分析，顯然是發(fā)生在施工現(xiàn)場鰭片與鰭片對接焊接之前。

5分析與討論

發(fā)現(xiàn)裂紋的爐管母材經(jīng)過化學(xué)成分分析、力學(xué)性能試驗(yàn)，可知產(chǎn)生裂紋的原因并不是所用材料不過關(guān)。由于膜式壁在制造過程中，采用自動(dòng)焊并不能焊接膜式壁的端部，而是采用手工焊進(jìn)行焊接，并將鰭片端部進(jìn)行包頭焊接，及鰭片端部與管子的連接處本來是應(yīng)力集中最大的部位，由于采用包頭的方式進(jìn)行了焊接，此處的強(qiáng)度進(jìn)行了加強(qiáng)，所以裂紋開裂并未發(fā)生在此處，而是發(fā)生在與廠內(nèi)扁鋼焊接的熱影響區(qū)范圍內(nèi)。而且裂紋斷面無明顯塑性變形，呈脆性斷裂常見形態(tài)。則可能是由于短時(shí)沖擊力造成的斷裂。

經(jīng)過對安裝現(xiàn)場調(diào)查，發(fā)現(xiàn)在膜式壁成排尺寸校正經(jīng)常采用邊管中套一個(gè)短而粗的芯棒，然后用大錘有用力敲打邊管的方式，而且發(fā)生過瞬時(shí)敲斷爐管的現(xiàn)象，這進(jìn)一步驗(yàn)證了我們的推斷。這主要是因?yàn)楹附訜嵊绊憛^(qū)組織的不均勻性，對邊管強(qiáng)行錘擊，會(huì)發(fā)生脆性斷裂的現(xiàn)象。

6結(jié)論

膜式壁成排尺寸校正時(shí)采用錘擊，可能造成焊接熱影響區(qū)和母材過渡邊界處脆性開裂的現(xiàn)象。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，宜采用撬杠深入邊管一定長度，緩慢用力的方法進(jìn)行調(diào)整。

參考文獻(xiàn)

[1] 李炯輝，林德成.金屬材料金相圖譜[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社2006.6

[2] 張文鉞.焊接冶金學(xué)（基本原理）[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2006.2

[3] GB5310-2008 高壓鍋爐用無縫鋼管 [S].