（江苏国信靖江发电有限公司 江苏泰州 214500）
摘要：某电厂汽动给水泵系沈阳鼓风机集团有限公司制造的MDG366型汽动给水泵，运行期间发现两台给水泵流量偏差较大且相关汽动给水泵平衡管振动较大等问题，对故障给水泵进行解体检修，发现两只抽头插管其中一只断裂，分析原因并进行改进。
关键词：中间抽头管；断裂分析；改进
1设备概况
每台机组配备两台MDG366型汽动给水泵，某日晚23:20巡检发现现场一台汽动给水泵平衡管靠近驱动端位置的弯头焊缝漏汽，至第二天凌晨1点左右，现场平衡管泄漏点突然变大，且出现环形裂纹。经分析初步判断为汽动给水泵平衡系统出现内部故障，为防止事故进一步扩大，对小机打闸停机，对应的故障汽动给水泵停运。
2 解体情况
2.1损伤情况
汽动给水泵解体检查发现，一只连接汽动给水泵芯包中间抽头和汽动给水泵外壳减温水的抽头管整个断裂脱落，并导致抽头管两端及汽动给水泵芯包与外壳端盖之间形成多种形式的碰撞损伤。从断口不难发现该抽头管与芯包壳体的连接角焊缝未开任何坡口，为非全焊透结构的角接接头形式。
2.2其他损伤情况
抽头管的另一端与端盖为插入式密封连接，观察端盖侧插入式密封连接孔内及四周，挤压撞击变形也很严重，密封孔内金属构件也存在严重的拉毛磨损现象。此外较粗的管端与密封孔内金属构件因过度紧密接触在其最终脱落时发生了咬合撕裂磨损。除角焊缝连接一侧管孔附近及端盖密封管孔周边存在撞击挤压损伤痕迹外，断裂抽头管下方的芯包壳体及壳体连接螺栓表面均发现大量撞击损伤痕迹。
2.3 材质确认
经对断裂抽头管、未断裂抽头管、新备品抽头管及其与芯包壳体连接角焊缝进行光谱分析，确认抽头管材质均为18-8系列不锈钢，推断为SUS304，与最初提供的材料牌号SUS403Q不符；焊缝均符合SUS304常用不锈钢焊丝成分。
对邻近抽头管的旧芯包壳体及新备品芯包壳体进行光谱分析，均与提供的材料牌号SCS6（相当于X5CrNiMo13-4）相符。
表1 光谱分析结果
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2.4 硬度检测
经对断裂抽头管、未断裂抽头管、新备品抽头管及芯包壳体进行便携式里氏硬度检测，除新备品上一只抽头管的Cr、Ni含量略低于标准外，确认抽头管材质均为18-8系列不锈钢，推断为SUS304，与最初提供的材料牌号SUS403Q不符；焊缝均符合SUS304常用不锈钢焊丝成分。
表2 硬度测试分析结果
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2.5 抽头管尺寸测绘
采用游标卡尺对新旧抽头管各部位的内外径、抽头管焊缝焊脚高度、芯包壳体上的孔内径、孔深等尺寸进行测量，还原了抽头管与芯包壳体连接接头形式和各部分尺寸，见下图。
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3 原因分析
中间抽头管有两个薄弱环节，一个是与汽动给水泵芯包体连接的非全焊透形式的焊接接头，一个是汽动给水泵端盖侧的直径和壁厚突变应力集中部位。端盖侧插入式密封连接孔内及四周，挤压撞击变形也很严重，密封孔内金属构件也存在严重的拉毛磨损现象；而芯包侧角焊缝断口却保存得异常完好。说明芯包侧焊缝处就是原始断口，这是因为当芯包侧焊缝断裂后，由于另一侧非固定连接，在强大水压的作用下，管子迅速向端盖侧移动，使得管子侧焊缝金属迅速离开芯包侧焊缝金属，此后抽头管在水锤的作用下不断撞击密封孔内壁及周边，并使管子发生振动，密封侧薄壁管子很快发生变形和开裂，并不断压向密封孔，使得较粗的管子与密封孔内构件发生过盈配合，并在管子不断的震颤中，发生咬合撕裂磨损，直至管子发生偏斜，才在两侧水流的共同作用下，从密封孔中逃出；然后在多股水流的作用下，向各个方向撞击，在腔室内壁留下多处撞击损伤，且管口巨大的水流冲击力使得管子无法靠近，只在上下两处水流较弱的地方形成两处局部撞击损伤。
抽头管与芯包壳体的连接角焊缝未开任何坡口，为非全焊透结构的角接接头形式，管子壁厚约11mm，焊脚高度却仅为6.5mm左右。即焊缝强度裕量不足和存在应力集中是焊缝容易产生开裂的主要原因；其次，在焊缝接头处，管子有一小段插入管孔，导致管子流道不平滑，有一个3mm左右高的台阶环，对高速水流产生阻力，同时水流对该管子也产生一定的推力，前面说到由于管子焊缝只焊在管子外壁，该推力产生不小的力矩，况且这种焊缝根部的缝隙与裂纹尖端有相似之处；最后由于该焊缝还是异种钢接头，管子是奥氏体不锈钢，芯包体是马氏体铸钢件。以上因素均是该处焊缝易自焊缝根部起裂，并逐渐向外扩展的原因。
4 修复及改进方案
要确保抽头管路不断裂，就需要在焊接过程中不仅要保证抽头管路的位置度和强度，还需要抽头管路的焊接能够有足够的韧性和塑性。
具体步骤为：
1、清除原来断裂的部位（包括未断裂的管路）,对基体冲刷损坏的部位进行补焊（用韧性和塑性更好的镍基焊条）。然后用加工中心钻孔，确保孔的中心和抽头端盖抽头套管孔的中心一致。
2、抽头套管材料的选择，为提高抽头套管材料的内在质量，我们采用锻造材料掏孔的方式，确保材料无缺陷。
3、焊接工艺的选择
①见图，为避免单V型焊缝容易产生尖点应力集中的现象，我们将套管的焊接位置加工成圆弧（R6左右），最终形成单 U型焊缝，焊接质量更好，不易形成应力集中；
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②套管和基体之间的径向间隙尽量缩小，保证焊接后的位置度；
③套管和基体的轴向间隙为1.5-2mm，尽量缩小焊接完成后两个零件的轴向间隙。
④焊接材料的选择，采用熔覆性能和强度、塑性、韧性更好的镍基焊条；
⑤用2.5mm的焊条，减小电流，控制层间温度在150℃，均匀焊接减少工件的变形，预热工件100℃-150℃，烘干加热焊条350℃，保温1小时后温度下降到150℃以内再进行焊接，保证工件的焊接质量。制作焊接工装，确保焊接的管子的位置度准确。
5 结论及建议
（1）焊缝结构设计不当是引起汽动给水泵芯包内的抽头管断裂的主要原因。
（2）建议该类型给水泵修复时，抽头管与芯包体的焊接应采用全焊透结构，且建议尽量避免在流道中形成增加流动阻力的台阶。
（3）对于现在使用的相同类型的给水泵，建议查明抽头管原始设计材质，尽量不使用奥氏体钢材料，避免在应力集中部位使用异种钢焊接接头。
（4）对于现在使用的相同类型的给水泵，建议根据使用时间先后，逐台次开展检查和检修，焊缝检查方法可考虑使用超声波相控阵或普通超声波等方法。若已经发生断裂情况的，可以根据上述方案对焊接工艺进行改进，以保证抽头管路强度。