锅炉膜式壁裂纹原因分析

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摘 要：在锅炉安装水压试验时发现，已组对焊接完成的膜式壁焊口附近有漏水现象，宏观检验发现为鳍片和管子端部焊缝附近存在开裂。通过化学分析、金相检验、力学性能试验的方法对锅炉膜式壁管裂纹进行分析。发现是由于炉管和焊接扁钢处热影响区与管材过渡处材料性能比较薄弱，膜式壁管在安装前前尺寸校正时，强行锤击校正引起炉管母材开裂造成的。

关键词：锅炉 膜式壁管 泄露 裂纹

中图分类号：TG441 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）08（b）-0000-00

0前言

大型电站锅炉广泛采用带鳍片的水冷壁管，组成水冷膜式壁。膜式水冷壁是用管屏焊机采用双面熔化极气体保护焊把许多根钢管和扁钢沿纵向依次的焊接起来，组成的一个整块的水冷壁受热面，现场安装时组与组间再用焊接进行连接。

1检验案例

某厂230t/h电站锅炉，现场安装完毕后进行整体水压试验时，发现膜式壁焊接接口处有漏水现象。经宏观检查为鳍片对接处沿管材环向有裂纹，见图1、2。该膜式壁管材为20G，规格为Φ51L×5L，裂纹处壁厚是5.2L。根据现场情况推测，该膜式壁裂纹可能由于材料不合格、膜式壁制造质量不合格、施焊过称不符合工艺等原因造成的，为确定裂纹产生的真实原因，避免安装过程中发生类似问题，对此发生裂纹膜式壁进行了以下分析。

2裂纹管的理化检测及力学实验

在有裂纹的炉管上取样按GB/T223进行化学成分分析，得到对母材内部主要元素含量，结果见表1；按GB/T228.1进行管材力学性能试验，结果见表2，可见其化学成分和力学性能满足GB5310-2008高压锅炉用无缝钢管的要求。

3施焊工艺及过程分析

膜式水冷壁在多次起吊及运输过程中，可能产生变形。所以在工地安装时，首先要对其进行校正。现场组屏时，以中心线为基准，从中心向两侧进行组焊，安装时根据需要可在管蔚镊⑵之间气割所需的长度，最后对鳍片进行双面补焊，并打磨至与母材圆滑过渡。

经与现场焊接人员进行沟通，得知此鳍片经现场校正检验符合要求后起吊组对，焊工严格按照焊接工艺进行焊接，该焊缝外观检验符合要求。该焊接工艺为成熟的焊接工艺，由于焊接造成管材开裂的可能性较小，进一步怀疑为膜式壁在安装校正过程中对管材造成了损伤。

4 金相检验

将发生裂纹一侧的焊接扁钢磨平，把裂纹所在范围的母材通过冷加工切取，并将带有裂纹试样分割成A、B两块，见图3。取试样B按GB/T13298-1991制备金相试样，并进行组织分析。

对照图2，裂纹发生在鳍片对接焊缝下面，并沿着管材向上扩展，裂纹范围的母材应受到鳍片与管材角焊缝及鳍片与鳍片对接焊缝两次焊接热影响的作用[2]。从裂纹两边的组织形貌分析，显然是发生在施工现场鳍片与鳍片对接焊接之前。

5分析与讨论

发现裂纹的炉管母材经过化学成分分析、力学性能试验，可知产生裂纹的原因并不是所用材料不过关。由于膜式壁在制造过程中，采用自动焊并不能焊接膜式壁的端部，而是采用手工焊进行焊接，并将鳍片端部进行包头焊接，及鳍片端部与管子的连接处本来是应力集中最大的部位，由于采用包头的方式进行了焊接，此处的强度进行了加强，所以裂纹开裂并未发生在此处，而是发生在与厂内扁钢焊接的热影响区范围内。而且裂纹断面无明显塑性变形，呈脆性断裂常见形态。则可能是由于短时冲击力造成的断裂。

经过对安装现场调查，发现在膜式壁成排尺寸校正经常采用边管中套一个短而粗的芯棒，然后用大锤有用力敲打边管的方式，而且发生过瞬时敲断炉管的现象，这进一步验证了我们的推断。这主要是因为焊接热影响区组织的不均匀性，对边管强行锤击，会发生脆性断裂的现象。

6结论

膜式壁成排尺寸校正时采用锤击，可能造成焊接热影响区和母材过渡边界处脆性开裂的现象。在实际生产过程中，宜采用撬杠深入边管一定长度，缓慢用力的方法进行调整。

参考文献

[1] 李炯辉，林德成.金属材料金相图谱[M].北京：机械工业出版社2006.6

[2] 张文钺.焊接冶金学（基本原理）[M]. 北京：机械工业出版社 2006.2

[3] GB5310-2008 高压锅炉用无缝钢管 [S].