鍋爐壓力管道檢驗中的裂紋問題分析

張旭磊

摘 要：文章主要講述了鍋爐壓力器皿壓力管道檢修中經(jīng)常遇到的幾種問題進行簡要分析總結(jié)，并提出了合理化建議，僅供參考。

關(guān)鍵詞：壓力容器；壓力管道；檢驗；裂紋；分析

縫隙解析是無效解析的根本。經(jīng)過縫隙解析能夠判斷縫隙根源的地方、延伸方向、斷開的本質(zhì)、受力情況、境況要求等資料。鍋爐壓力器皿壓力管道檢查的關(guān)鍵工作是經(jīng)過檢查察覺承壓配件的不足，特別是裂隙不足帶來的安全隱患。受壓配件中隱匿縫隙不足或許因為生產(chǎn)、制作、裝置和運營等步驟中，其存在問題更應(yīng)該引起足夠重視，對裝置安全功能有著關(guān)鍵作用。在縫隙解析中，宏觀解析除了使用放大鏡以及裸眼去查看，還能夠使用無損檢查以及金相低倍檢查方式進行研究分析。微觀解析關(guān)鍵使用光學(xué)顯微設(shè)備、電子顯微設(shè)備辨別縫隙的本質(zhì)、開裂方向和微觀特點。

縫隙劃分的方式有很多種。根據(jù)縫隙出現(xiàn)的順序能夠劃分為主縫隙和二次縫隙；根據(jù)縫隙的路線能夠劃分為沿晶與穿晶縫隙；根據(jù)縫隙位置塑性變化的狀況能夠劃分為脆性和塑性縫隙。經(jīng)常根據(jù)縫隙發(fā)生和眼神的紋理劃分。

1 機械疲勞裂紋

經(jīng)過對省內(nèi)大部分的火電廠的檢查成果解析，這種縫隙大多出現(xiàn)的汽輪設(shè)備大軸、葉片以及葉輪和協(xié)助運轉(zhuǎn)設(shè)備上。過度勞累縫隙一般在應(yīng)力集中的位置出現(xiàn)，很多根源是配件外表。

宏觀特點：過度使用產(chǎn)生的縫隙最開始和伸縮軸呈現(xiàn)四十五度角的滑移面擴張，漸漸轉(zhuǎn)向九十度階梯狀發(fā)展。機器過度疲勞縫隙大多呈現(xiàn)直線形狀，最先出現(xiàn)時縫隙較小，大多呈隧道樣式向內(nèi)伸展，到了后部分裂縫擴張速度增快，有的時候在配件時會出現(xiàn)縫隙。機器運用過多產(chǎn)生的縫隙大多在軸變徑位置、小孔、尖角、連接、制作刀痕、焊接縫隙、物料品質(zhì)差的地方最先發(fā)生。

微觀特點：物料的構(gòu)造、纖維構(gòu)成樣式、受力狀況、條件媒介等要素都對過度使用產(chǎn)生的縫隙的發(fā)生以及擴張有著直接作用，狀況較為繁瑣。

疲勞縫隙出現(xiàn)的位置沒有顯著變化；疲勞縫隙大多是穿晶，擴張態(tài)勢和主應(yīng)力是相交的關(guān)系，縫隙大多是彎曲走向，在塑性疲勞痕跡中能夠查看到二次縫隙。碰觸機器疲勞縫隙開口端較寬，開口端存在嚴峻的黏結(jié)雜質(zhì)，尾部尖銳，縫隙兩邊整齊并不是很深。

2 應(yīng)力腐蝕裂紋

應(yīng)力侵蝕縫隙主要指配件在應(yīng)力和侵蝕載體影響下出現(xiàn)的縫隙。汽水管道和集箱管座是最經(jīng)常遇到的應(yīng)力侵蝕縫隙出現(xiàn)的位置。奧氏體不銹鋼是最容易出現(xiàn)應(yīng)力侵蝕的物料，在汽水載體作業(yè)環(huán)境下只要存在較小的應(yīng)力就有可能會出現(xiàn)侵蝕裂縫，冷加工變形、震動以及剩余應(yīng)力都是產(chǎn)生裂縫的根源。

應(yīng)力侵蝕縫隙和張應(yīng)力是垂直走向，奧氏體不銹鋼出現(xiàn)的縫隙大多是枯樹枝的形狀，縫隙呈開枝特點，末端比較尖銳。

火電廠汽水管道應(yīng)力侵蝕裂縫大多在管道內(nèi)部中性結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)，這種縫隙其實是侵蝕程序同時接受應(yīng)力推動的內(nèi)部侵蝕，亦或者稱之為因為應(yīng)力來導(dǎo)向的侵蝕。裂縫在管道中性位置呈現(xiàn)帶狀沿著軸承方向加長，裂縫呈現(xiàn)群體狀，長度補償、縫隙較寬、數(shù)量不少。

3 蠕變裂紋

蠕變破壞是依賴于時間過程而產(chǎn)生的導(dǎo)致材料分離的一種獨特方式，實際上是在溫度與應(yīng)力長期作用下，伴隨著變形及金屬組織損傷而產(chǎn)生的裂紋。

宏觀特征：蠕變裂紋的走向垂直于最大應(yīng)力方向，在彎管上裂紋沿軸向分布。裂紋呈曲折發(fā)展，形成一個較寬的裂紋帶，在帶內(nèi)主紋居中，主裂紋兩側(cè)有大量平行分布的裂紋。

蠕變裂紋主要形成在管道、集箱的高應(yīng)力應(yīng)變區(qū)，如高溫蒸汽管道彎管的外弧側(cè)、集箱管座的角焊縫及熱影響區(qū)、集箱孔橋區(qū)、過熱脹粗管子表面及其它高溫構(gòu)件的邊緣部位。微觀特征：在蠕變損傷嚴重的宏觀區(qū)域，金屬通體內(nèi)或多或少、無規(guī)則地形成許多米粒狀或橢圓形孔洞，孔洞在晶界上進行無規(guī)則連接，最后形成蠕變裂紋?？梢悦枋鰹椋喝渥兞鸭y區(qū)域必有大量蠕變孔洞，而裂紋的擴展沿晶進行。在焊縫損傷區(qū)裂紋由外表面向內(nèi)發(fā)展，分支走向平行于焊縫熔合線方向，在裂紋兩側(cè)及前沿通體處有斷續(xù)的沿晶微裂紋，這些裂紋都平行于主裂紋的發(fā)展發(fā)向。

4 熱疲勞裂紋

金屬材料在低于拉伸強度極限的熱交變應(yīng)力的反復(fù)作用下，緩慢產(chǎn)生和擴展導(dǎo)致的突然斷裂稱為熱疲勞破斷，簡稱熱疲勞。

火力發(fā)電廠主要出現(xiàn)熱疲勞損傷的部位有：噴水減溫器、蒸汽管道的壓力表管座、疏水管座、排汽管管座及汽包、集箱上非保護性結(jié)構(gòu)管座等部位。

宏觀特征：熱疲勞裂紋通常起源于部件表面，萌生在熱應(yīng)變最大的部位。部件上產(chǎn)生應(yīng)變集中的缺口、刀痕、孔或結(jié)構(gòu)不連續(xù)部位亦促使熱疲勞裂紋的萌生，但不一定要有這些應(yīng)變集中的條件，表面狀態(tài)對熱疲勞壽命影響不大。

熱疲勞裂紋的起源可以是多條或單條，常萌生多條裂紋，其中一條發(fā)展為主裂紋，其它裂紋因應(yīng)力松弛不再擴展或擴展很慢。

高溫蒸汽管道內(nèi)壁受熱沖擊形成的裂紋，多呈網(wǎng)狀、簇狀分布，主裂紋軸向擴展，如果系統(tǒng)應(yīng)力過大亦可沿周向擴展。聯(lián)箱或管道插管管口受熱沖擊形成的裂紋，沿管口呈放射性分布，裂紋一般開口較寬，相鄰有大量的伴生微裂紋，表面受氧化物影響形態(tài)不明顯。

熱疲勞裂紋宏觀形態(tài)一般較粗短、有時呈細口狀，表面氧化膜有線狀、網(wǎng)狀痕跡，痕跡下部就是熱疲勞裂紋。

微觀形態(tài)：熱疲勞裂紋的擴展極不規(guī)則，呈跳躍式，忽寬忽窄，有時還會產(chǎn)生分枝和二次裂紋，裂紋內(nèi)氧化物疏松呈斷續(xù)狀。其擴展的方式有沿晶的也有穿晶的，在蠕變溫度以下為穿晶擴展，在蠕變溫度以上為沿晶擴展或混合型。

5 腐蝕疲勞裂紋

火力發(fā)電廠中在汽水作業(yè)環(huán)境中承載壓力配件存在的另一種無效樣式：侵蝕疲勞。經(jīng)常發(fā)生在汽包以及集箱的底座上，底座除了承受著媒介壓力還接受著管道運輸?shù)恼饎討?yīng)力，隨著時間的推遲，最后出現(xiàn)侵蝕疲勞開裂。

宏觀特點：侵蝕疲勞和普通的疲勞還有應(yīng)力侵蝕縫隙存在差別，侵蝕勞累縫隙差不多都是穿晶的，經(jīng)常一群群的出現(xiàn)。伴隨著侵蝕勞累程序的前進，裂縫增寬，裂縫內(nèi)部存在導(dǎo)致輸送的侵蝕物質(zhì)，器皿抑或管道內(nèi)部壁管隨之形成侵蝕吭等。在持續(xù)擴張程序中經(jīng)常存在分枝尾端比較遲鈍。

微觀特點：因為侵蝕勞累是侵蝕媒介以及應(yīng)力的疲勞影響，縫隙存在顯著的侵蝕損壞特點，例如，縫隙比較寬、尾端不是很尖利、縫隙是穿晶。在持續(xù)的延伸程序中會存在分枝。裂縫位置從管道內(nèi)部出現(xiàn)深淺以及長短不一樣的縫隙群。之后有形成環(huán)境比較適宜的主縫隙出現(xiàn)，而次生縫隙的前進就會收到限制，在斷口中就存在不顯著的勞累縫隙紋路。

6 結(jié)束語

從縫隙解析形成要素能夠得知，裂縫出現(xiàn)的兩個關(guān)鍵要素，第一，客觀環(huán)境。關(guān)鍵是配件在使用程序中受力狀況以及周圍境況。鍋爐壓力器皿的承載壓強的配件差不多通過策劃強度計算，在工作狀況安全環(huán)境下可以預(yù)測其運用時間；不過在一些受力環(huán)境或不能夠預(yù)制的較差作業(yè)條件中，可做無效的方向性估算，使用時間就很難說。第二，承載壓力配件物料的內(nèi)在要素，就是原物料的不足或質(zhì)量不合理，例如鋼管外表以及內(nèi)部存在的缺點、很多的鑄鋼配件內(nèi)部外表存在的不足。這些不足或許在生產(chǎn)成型之后在配件上比較穩(wěn)定。一些不足或許在承載壓力配件的作業(yè)環(huán)境作用下會不穩(wěn)定的延伸，其失去穩(wěn)定延伸的進度牽扯到繁瑣的內(nèi)部外部要素，是很難預(yù)算的行為程序。

鍋爐壓力器皿壓力管道的檢查活動是依靠檢查察覺裝置上存在的不足，主要是裂紋問題的產(chǎn)生。經(jīng)過認真分析總結(jié)，可以從鍋爐材料本質(zhì)，要素等方面進行分析，用科學(xué)設(shè)備儀器檢測，從而推動其鍋爐的順利開展。

參考文獻

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