某發(fā)電有限責(zé)任公司5號(hào)爐系上海動(dòng)力集團(tuán)生產(chǎn)的一次中間再熱自然循環(huán)鍋爐，電負(fù)荷為125 MW時(shí)，蒸發(fā)量為410t/h。至2004年12月10日，5號(hào)機(jī)組運(yùn)行約5萬(wàn)小時(shí)，鍋爐末級(jí)再熱器管發(fā)生泄漏失效，左數(shù)第25片屏內(nèi)圈廠家制造焊口斷裂，第24、25、26、27片屏U型彎上方1600 mm處部分直管段10處泄漏，另有18處管壁減薄，斷裂焊縫距下彎頭700 mm左右，距上定位板70 mm左右。對(duì)失效現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了查勘，并取樣進(jìn)行了化學(xué)元素分析、機(jī)械性能試驗(yàn)、金相分析及斷口掃描電鏡觀察，對(duì)失效原因進(jìn)行了分析。1、試樣與方法
1.1試樣
取開(kāi)裂泄漏附近處的管段作為試樣，進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，金相試驗(yàn)及斷口掃描電鏡分析。
1.2實(shí)驗(yàn)方法
    在DLY-30型液壓萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)，試樣尺寸為300mmx20mm。
    金相組織由LEC0500大型金相分析儀觀察。
    顯微硬度用MH-6顯微硬度計(jì)測(cè)量。載荷為200 g，保載時(shí)間為15 s。
    斷口形貌由KYKY2800掃描電鏡觀察。
2、試驗(yàn)內(nèi)容及結(jié)果
2.1宏觀檢查結(jié)果
    泄漏處末級(jí)再熱器管設(shè)計(jì)材質(zhì)為鋼102(12Cr2MoWVTiB)，規(guī)格為∮63x75 mm與∮63x45 mm對(duì)接接頭，屬同外徑不同壁厚對(duì)接接頭，為保證對(duì)口厚度一致，對(duì)壁厚較大的一側(cè)進(jìn)行了內(nèi)鏜孔，鏜至∮63x4.5 mm。斷口沿焊縫熱影響區(qū)裂開(kāi)，斷面十分整齊。泄漏處管子及彎頭宏觀無(wú)明顯變形，內(nèi)外壁氧化不嚴(yán)重，無(wú)明顯氧化皮，管徑無(wú)明顯脹粗，管壁無(wú)明顯減薄。
    厚壁(∮63x7.5)側(cè)有一由于機(jī)械加工造成的退刀槽，由內(nèi)向坡口處以450方向呈螺旋線延伸，最深處在坡口邊緣，長(zhǎng)約30mm，最深處約0.5 mm。
    斷口上明顯可見(jiàn)整圈焊縫不均勻，退刀槽處外壁的焊縫有明顯的寬度變化，而焊縫內(nèi)表面有較大的焊瘤，較其他部位高出約2 mm。斷口上明顯可見(jiàn)多處未熔合。
2.2化學(xué)元素分析
    在開(kāi)裂泄漏的焊縫附近管段取樣，進(jìn)行化學(xué)元素分析。試驗(yàn)結(jié)果如表l所示。
    由表1可見(jiàn)，試樣的化學(xué)元素成分除Si的含量稍低外，其余符合GB5130-95《高壓鍋爐用無(wú)縫鋼管》標(biāo)準(zhǔn)的要求。
2.3機(jī)械性能檢驗(yàn)結(jié)果
    取開(kāi)裂泄漏附近處的管段作為試樣，進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，測(cè)定材質(zhì)的強(qiáng)度和延伸率，具體數(shù)據(jù)如表2、表3所示。
    由表2、表3數(shù)據(jù)可見(jiàn)，母材的抗拉強(qiáng)度符合GB5130-95《高壓鍋爐用無(wú)縫鋼管》標(biāo)準(zhǔn)要求。
2.4金相分析結(jié)果
2.4.1試樣
    在泄漏管上共取4處試樣進(jìn)行金相分析。試樣1為離泄漏位置250mm處∮63x4.5 mm側(cè)管段橫截面試樣，試樣2為離泄漏位置200 mm處∮63x7.5 mm側(cè)管段橫截面試樣，試樣3為泄漏焊口∮63x4.5 mm側(cè)縱截面試樣，試樣4為∮63x7.5 mm側(cè)管段退刀槽處縱截面試樣。
    分析結(jié)果認(rèn)為，試樣1～4的金相組織均為回火貝氏體，組織正常，見(jiàn)圖1～4。
2.5顯微硬度測(cè)量
    取末級(jí)再熱器管試樣，測(cè)量顯微硬度值，位置為金相分析的試樣1、試樣2等兩處。顯微硬度值見(jiàn)表4。
    由表4數(shù)據(jù)可知，管材顯微硬度符合標(biāo)準(zhǔn)要求。
2.6．?dāng)嗫趻呙桦婄R分析
    取泄漏末級(jí)再熱器斷裂管的斷口進(jìn)行電鏡掃描分析，可見(jiàn)裂紋起源于退刀處未熔合，從內(nèi)壁起裂，向外壁擴(kuò)展。斷口上可見(jiàn)沿穿晶型二次裂紋，為沿晶脆性斷口，見(jiàn)圖5～8。
3試驗(yàn)結(jié)果分析
3:1宏觀檢查結(jié)果
    (1)斷裂是在垂直于最大拉應(yīng)力方向發(fā)生的，斷口表面無(wú)宏觀的塑性變形，為脆性斷口。
    (2)末級(jí)再熱器管開(kāi)裂于退刀槽處的未熔合處，從宏觀檢查可知開(kāi)裂位置焊接質(zhì)量不良，存在未熔合等缺陷。
    (3)化學(xué)元素分析、機(jī)械性能試驗(yàn)結(jié)果表明管材化學(xué)成分、抗拉強(qiáng)度符合GB5130標(biāo)準(zhǔn)要求。
    (4)金相分析結(jié)果表明，金相組織為回火貝氏體，屬于鋼102原材料典型正常組織，顯微硬度值符合要求，原材料母材、焊縫及熱影響區(qū)組織正常。
3.2斷口的掃描電鏡觀察結(jié)果
    (1)開(kāi)裂末級(jí)再熱器管裂紋起源于退刀槽處未熔合，正是處于應(yīng)力集中處，并且存在焊接未熔合缺陷。
    (2)末級(jí)再熱器管斷口上可見(jiàn)二次沿晶裂紋，屬典型脆性斷口。
    以上分析結(jié)果表明：末級(jí)再熱器管開(kāi)裂泄漏是由于焊接質(zhì)量不良，存在未熔合焊接缺陷，成為裂紋源，加上退刀槽處應(yīng)力集中，在此處萌生裂紋，裂紋沿未熔合區(qū)擴(kuò)展，加之焊縫熱影響區(qū)力學(xué)性能相對(duì)薄弱，最終裂紋沿?zé)嵊绊憛^(qū)發(fā)展，導(dǎo)致斷裂而泄漏。