一、概述
某发电公司1#锅炉前墙水冷壁管发生泄漏失效 漏点位于标高50.4米、距离下方燃烧器3米左右处 该区域曾因高温硫腐蚀超标进行换管 部分管段实施热喷涂（爆管位置是否喷涂不确定） 此次泄漏涉及多根管道 为明确失效原因 开展了全面理化检验与分析
二、理化检验
（一）宏观分析
1. 来样及解剖
送检为泄漏点段割管（编号55、56、57） 泄漏主要涉及55号与56号管 57号基本未损伤 向火面泄漏部位可见泄漏孔、吹损减薄及厚积灰层（图1a） 背火面密封鳍片在对接焊缝区域出现异常深凹坑 凸向向火侧（图1b）
分析表明 57号管对接焊缝处爆口呈放射状纹理 为首漏点 其泄漏后冲刷临近管段 引发二次泄漏（图1c） 对泄漏核心区域纵向解剖 暴露内壁情况（图1d、1e）
2. 57号纵向半管
首漏点内壁呈放射状冲刷痕迹 表面金属有由内而外凸起 复原后可见金属缺失部位紧邻对接焊缝熔合线区域（图2a – 2d） 内壁沿焊缝熔合线发现一条约2mm长开口状裂纹 由内而外扩展 尚未穿透管壁（图2e、2f）
3. 56号纵向半管
内壁观察可见，距离焊缝10mm处，内壁出现明显凸起的栽丝焊接区域，栽丝露头形貌完整，长度约5mm，（见图3a、3b）。可以确定，栽丝区域无漏点。
体式显微镜下观察，射流冲刷孔形貌，可见明显的未穿透坑点，以及穿透点由外而内的金属变形形貌，(见图3c、3d)。
（二）泄漏孔微观形貌分析
泄漏孔扫描电镜下观察，首漏点内壁形貌见图4a，焊缝另一侧二次泄漏点形貌(见图4b)。焊缝熔合线裂纹起源于内壁，基本严格按照熔合线位置扩展，(见图4c～4f)。裂纹旁能谱显示，主要含Fe、O、Mn、Mo、Si、Cr等元素，(见图4g)。
（三）外壁硫腐蚀积灰层
管管焊接两侧管段，非首漏点侧向火、背火均无明显减薄；首漏点一侧向火面明显减薄，(见图5a)。
切取高倍及电镜能谱试样，金相显微镜外壁腐蚀形貌(见图5b)。扫描电镜形貌(见图5c)。能谱现象外壁腐蚀层主要含硫元素。数据显示靠近管壁处硫含量高于表面积灰层，(见图5d～5f）。
（四）化学成分
化学成分检测表明 水冷壁管化学成分符合12Cr1MoV材质要求（表1）
（五）拉伸试验
（六）金相分析
直管段环状试样金相，依据DL/T 773–2016评定。向火面与背火面组织均评定为2级 内壁氧化皮厚度约11μm 外壁约12μm（图6a – 6f）
2. 泄漏孔试样紧邻泄漏孔半环试样：向火面与背火面组织评定为2级 内壁有多处微裂纹 深度约12μm 外壁可见氧化及焊接飞溅焊瘤形貌（图7a – 7h）
– 紧邻泄漏孔纵向试样， 紧邻泄漏孔纵向试样经4%硝酸酒精溶液浸蚀后，各区域组织检测结果显示：非首漏侧母材与首漏侧母材均为铁素体+珠光体，球化级别2.0级；焊缝及熔合线处均为粒状贝氏体+沿晶细颗粒状碳化物，其中熔合线区域显微硬度值分别为226HV1、288HV1、293HV1和268HV1、255HV1、266HV1，焊缝区域显微硬度值为284HV1、297HV1、310HV1（图8a～8f）。
三、讨论
3.1材料及热处理
水冷壁管母材化学成分合格，力学指标合格，金相组织合格。焊接工艺为同种钢手工电弧管管对接焊。管屏采用鳍片密封结构，鳍片密封焊接成型不良。密封鳍片处凸起严重。56号管焊接时造成穿孔，后期栽丝补孔。
焊接焊缝区以及熔合线处组织不良，有沿晶分布细小颗粒状碳化物沿原奥氏体晶界分布。
3.2泄漏原因推理分析
泄漏孔宏观形貌分析可以确定，57号管对接焊缝处爆口属首漏点。首漏点因冲刷破损，不能直接提取到有效性致裂证据。紧邻首漏点焊缝熔合线处有从内而外的尚未泄漏微裂纹，因裂纹尺寸过小，不具备人工断口试样制备条件，本次未获得开裂断口形貌。根据紧邻爆口的纵向试样，焊缝及熔合线均显示粒状贝氏体及沿晶细颗粒状碳化物，可以推理：水冷壁管泄漏大概率与焊缝熔合线处开裂有关，其开裂机理应为焊接热影响区再热裂纹。
3.3 再热裂纹形成机理
再热裂纹的形成，就是由晶内强度很大而晶界强度较弱，在焊后热处理或再次受热时，应力松弛时的形变集中在了晶界上，一旦晶界应变超出了晶界强度极限时，会导致沿晶界开裂产生裂纹。再热裂纹的生成有内因和外因两大因素。内因是焊接时熔合线附近的热影响区被加热到1200℃左右，晶粒粗大，而在冷却时强碳化物析出较慢，在晶内弥散沉淀，从而强化了晶内，使热处理时应力松弛的应变集中加载在晶界上，晶粒粗大，使承载应变的晶界数锐减，同样应变单位晶界应变量大大增加，应变超过晶界的塑性极限就开裂。再热裂纹生成的外因是焊接残余应力和膨胀应力。焊后热处理或某种原因再次受热后，焊接残余应力通过松弛蠕变变形得以降低，当材料的变形难以满足这种变形要求时，就会产生裂纹。
3.4硫腐蚀
水冷壁管表面积灰层显示出硫腐蚀。硫腐蚀的进展对管壁起到减薄作用。但是，根据漏点分析，并未显示泄漏与硫腐蚀有对应关系。同时，未发现喷涂管段。
4.结论
57号管对接焊缝处为首漏点。首漏点无法提取到原始致裂证据。根据熔合线裂纹推理分析，其泄漏原因大概率为焊接再热裂纹所致。首漏点与硫腐蚀壁厚减薄无直接关联。
5.建议
5.1 防止再热裂纹生成方面
再热裂纹生成内因方面通常系焊接质量不稳定，热输入量偏大，建议核查焊接功率。外因方面通常与整体结构应力，CrMoV耐热钢的再热敏感温度区间等因素有关。水冷壁管服役温度通常低于再热敏感区间，但此处鳍片因密封焊，栽丝补焊等行为均属不利因素，建议优化鳍片密封角焊缝工艺。
5.2硫腐蚀监控方面
虽然本次泄漏不是硫腐蚀引起，但因硫腐蚀对管壁减薄引起爆管的风险是存在的。建议，关注管壁硫腐蚀减薄状况。