鍋爐膜式壁裂紋原因分析

簡強

摘 要：在鍋爐安裝水壓試驗時發現，已組對焊接完成的膜式壁焊口附近有漏水現象，宏觀檢驗發現為鰭片和管子端部焊縫附近存在開裂。通過化學分析、金相檢驗、力學性能試驗的方法對鍋爐膜式壁管裂紋進行分析。發現是由于爐管和焊接扁鋼處熱影響區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，強行錘擊校正引起爐管母材開裂造成的。

關鍵詞：鍋爐 膜式壁管 泄露 裂紋

中圖分類號：TG441 文獻標識碼：A 文章編號：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采用雙面熔化極氣體保護焊把許多根鋼管和扁鋼沿縱向依次的焊接起來，組成的一個整塊的水冷壁受熱面，現場安裝時組與組間再用焊接進行連接。

1檢驗案例

某廠230t/h電站鍋爐，現場安裝完畢后進行整體水壓試驗時，發現膜式壁焊接接口處有漏水現象。經宏觀檢查為鰭片對接處沿管材環向有裂紋，見圖1、2。該膜式壁管材為20G，規格為Φ51㎜×5㎜，裂紋處壁厚是5.2㎜。根據現場情況推測，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，為確定裂紋產生的真實原因，避免安裝過程中發生類似問題，對此發生裂紋膜式壁進行了以下分析。

2裂紋管的理化檢測及力學實驗

在有裂紋的爐管上取樣按GB/T223進行化學成分分析，得到對母材內部主要元素含量，結果見表1；按GB/T228.1進行管材力學性能試驗，結果見表2，可見其化學成分和力學性能滿足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輸過程中，可能產生變形。所以在工地安裝時，首先要對其進行校正。現場組屏時，以中心線為基準，從中心向兩側進行組焊，安裝時根據需要可在管屛的鰭片之間氣割所需的長度，最后對鰭片進行雙面補焊，并打磨至與母材圓滑過渡。

經與現場焊接人員進行溝通，得知此鰭片經現場校正檢驗符合要求后起吊組對，焊工嚴格按照焊接工藝進行焊接，該焊縫外觀檢驗符合要求。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

將發生裂紋一側的焊接扁鋼磨平，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，并進行組織分析。

對照圖2，裂紋發生在鰭片對接焊縫下面，并沿著管材向上擴展，裂紋范圍的母材應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，顯然是發生在施工現場鰭片與鰭片對接焊接之前。

5分析與討論

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

經過對安裝現場調查，發現在膜式壁成排尺寸校正經常采用邊管中套一個短而粗的芯棒，然后用大錘有用力敲打邊管的方式，而且發生過瞬時敲斷爐管的現象，這進一步驗證了我們的推斷。這主要是因為焊接熱影響區組織的不均勻性，對邊管強行錘擊，會發生脆性斷裂的現象。

6結論

膜式壁成排尺寸校正時采用錘擊，可能造成焊接熱影響區和母材過渡邊界處脆性開裂的現象。在實際生產過程中，宜采用撬杠深入邊管一定長度，緩慢用力的方法進行調整。

參考文獻

[1] 李炯輝，林德成.金屬材料金相圖譜[M].北京：機械工業出版社2006.6

[2] 張文鉞.焊接冶金學（基本原理）[M]. 北京：機械工業出版社 2006.2

[3] GB5310-2008 高壓鍋爐用無縫鋼管 [S].