壓力管道檢驗(yàn)中的裂紋問(wèn)題研究

史祖強(qiáng)

摘 要：在壓力管道的檢驗(yàn)排查中，承壓能力的大小是檢驗(yàn)?zāi)芊襁_(dá)標(biāo)的首要標(biāo)準(zhǔn)，而其中承壓件缺陷主要表現(xiàn)在裂紋缺陷上，因?yàn)榱鸭y缺陷一旦產(chǎn)生會(huì)嚴(yán)重影響設(shè)備的正常運(yùn)行，其性質(zhì)異常活潑，本篇論文就如何解決裂紋產(chǎn)生的問(wèn)題，及如何防止產(chǎn)生裂紋展開(kāi)了深入研究。

關(guān)鍵詞：壓力管道；裂紋；缺陷

一、產(chǎn)生裂紋深度分析

只有對(duì)裂紋是如何產(chǎn)生的做好充分的分析才能掌握裂源的具體位置。裂紋的擴(kuò)展方向如何，以及在一定壓力狀態(tài)下周圍環(huán)境是否會(huì)促使裂紋產(chǎn)生更大的裂變等方面都是我們研究預(yù)防的重點(diǎn)。鍋爐內(nèi)的壓力管道始終處于高溫環(huán)境中，高溫環(huán)境內(nèi)的承壓件是極易產(chǎn)生裂紋的。檢驗(yàn)裂紋時(shí)宏觀方面除了用肉眼觀察外還可以借助具有放大功能的儀器觀察，但是這些并不能具體的展現(xiàn)裂紋一些微小的形貌，還需借助電子設(shè)備比如光學(xué)顯微鏡，電子顯微鏡判斷裂紋屬性。一些客觀條件也會(huì)影響裂紋的產(chǎn)生，生產(chǎn)制作、加工安裝、運(yùn)行操作等等，一旦有任意環(huán)節(jié)不符合正規(guī)方式就會(huì)促使裂紋出現(xiàn)。

壓力管道中出現(xiàn)的裂紋種類也不大相同，按照裂紋形變的過(guò)程，大小分別可分為沿晶穿晶和脆性塑性，而本篇論文以下講到的內(nèi)容主要是按裂紋的機(jī)理進(jìn)行分類的。

二、機(jī)理性裂紋的種類介紹

1.應(yīng)力腐蝕性裂紋。所謂應(yīng)力腐蝕性裂紋，顧名思義是指壓力管道在具有腐蝕環(huán)境中受到應(yīng)力作用產(chǎn)生的裂紋。這類裂紋常見(jiàn)區(qū)域在盛裝天然氣等有酸性氣體液體的管道，集裝箱。在酸性濃度很大的環(huán)境中應(yīng)力不需太大就會(huì)形成裂紋，而這些開(kāi)裂的源頭大多源自于冷加工的物質(zhì)拉伸延展做違背形體的變形。應(yīng)力腐蝕受力范圍上與張應(yīng)力垂直。生活中我們常用到的不銹鋼制成的容器就是容易受到應(yīng)力腐蝕的材料，不難觀察到這種材料上的裂紋與秋天的樹(shù)枝紋狀極為相似，從尖銳的尾部開(kāi)始分支。在顯微鏡下觀察到裂紋形態(tài)是呈“之”字狀，但是也有些混晶形式的裂紋是不連續(xù)的。

2.機(jī)械疲勞裂紋。機(jī)械疲勞裂紋大多產(chǎn)生在郵輪表面，油輪的葉輪，葉片裂紋最多，究其原因，郵輪葉輪葉片是發(fā)力次數(shù)最頻繁的區(qū)域，其受到的應(yīng)力很集中，多次受到負(fù)載電荷的交互運(yùn)動(dòng)，摩擦區(qū)域疲勞產(chǎn)生機(jī)械疲勞性裂紋。宏觀方面，這種裂紋起初與作用力方向呈一定角度向外擴(kuò)張，在作用力方向不變的情況下垂直于作用力，開(kāi)始向內(nèi)擴(kuò)展，區(qū)域面積增大最終產(chǎn)生疲勞性裂紋。從微觀角度來(lái)說(shuō)，環(huán)境的改變，傳輸介質(zhì)不同也會(huì)加快裂紋產(chǎn)生。從穿晶、混晶的程度來(lái)看，機(jī)械疲勞性裂紋屬于穿晶裂紋，雖與主應(yīng)力方向垂直，但從整體來(lái)看，疲勞性裂紋呈彎曲扇形分布，有些脆性高強(qiáng)度的鋼板中還會(huì)重復(fù)出現(xiàn)機(jī)械疲勞裂紋，及我們通常所說(shuō)的二次裂紋，作用力較淺，裂紋走向有規(guī)則的沿同一方向延展。

3.蠕變裂紋。蠕變裂紋不僅在壓力管道中常見(jiàn)，壓力容器中也時(shí)常有蠕變裂紋的產(chǎn)生。這種裂紋的產(chǎn)生是長(zhǎng)時(shí)間的緩慢的過(guò)程，管道長(zhǎng)期受到溫度與應(yīng)力的拉伸作用，在金屬材料內(nèi)部發(fā)生變形產(chǎn)生裂變。蠕變裂紋作用機(jī)理與疲勞性裂紋大致相同，都是垂直于作用力方向，但是與此不同的是這種裂紋是軸向分布的，在較寬的裂紋帶中有一條貌似樹(shù)木軀干的主裂紋，以主裂紋為中心向外平行發(fā)射多條細(xì)小的裂紋。蒸汽管道、集裝箱座底、焊接口等高溫構(gòu)件的拼接部位都有蠕變裂紋的產(chǎn)生。借助電子顯微鏡的微觀環(huán)境，金屬材料內(nèi)部都有多多少少的小孔，這些小孔無(wú)規(guī)則，不連續(xù)，是蠕變裂紋產(chǎn)生形變的起始階段，裂紋兩邊更是有很多無(wú)規(guī)律走向的平行于焊接口方向線的細(xì)小裂紋，觀察了裂紋排列方式可以更容易制定出消除裂紋的方案。

4.熱疲勞裂紋。金屬材料在低于拉伸強(qiáng)度極限的熱交變應(yīng)力的反復(fù)作用下，緩慢產(chǎn)生和擴(kuò)展導(dǎo)致的突然斷裂稱為熱疲勞破斷，簡(jiǎn)稱熱疲勞?；鹆Πl(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(hù)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(duì)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(kuò)展或擴(kuò)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(kuò)展，如果系統(tǒng)應(yīng)力過(guò)大亦可沿周圍方向擴(kuò)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(kāi)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(shí)呈細(xì)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(kuò)展極不規(guī)則，呈跳躍式，忽寬忽窄，有時(shí)還會(huì)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(kuò)展的方式有沿晶的也有穿晶的，在蠕變溫度以下為穿晶擴(kuò)展，在蠕變溫度以上為沿晶擴(kuò)展或混合型。

5.腐蝕疲勞裂紋?；鹆Πl(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(wú)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(yùn)輸?shù)恼饎?dòng)應(yīng)力，隨著時(shí)間的推遲，最后出現(xiàn)侵蝕疲勞開(kāi)裂。

宏觀特點(diǎn)：侵蝕疲勞和普通的疲勞還有應(yīng)力侵蝕縫隙是存在差別的，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(jìn)，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坑等。在持續(xù)擴(kuò)張程序中經(jīng)常存在分枝尾端比較遲鈍的情況。

微觀特點(diǎn)：因?yàn)榍治g勞累是侵蝕媒介以及應(yīng)力產(chǎn)生的疲勞影響，縫隙存在顯著的侵蝕損壞特點(diǎn)，例如，縫隙比較寬、尾端不是很尖利、縫隙是穿晶的。在持續(xù)的延伸程序中一般會(huì)存在分枝，裂縫位置從管道內(nèi)部出現(xiàn)深淺以及長(zhǎng)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(jìn)就會(huì)受到限制，在斷口中就存在不顯著的勞累縫隙紋路。

總結(jié)

壓力管道的檢驗(yàn)檢查活動(dòng)是依靠檢查、察覺(jué)管道上存在的不足，主要是裂紋問(wèn)題的產(chǎn)生。經(jīng)過(guò)認(rèn)真分析總結(jié)，可以從管道材料的本質(zhì)、要素等方面進(jìn)行切入，用科學(xué)設(shè)備儀器檢測(cè)，從而推動(dòng)壓力管道檢檢驗(yàn)活動(dòng)的順利開(kāi)展。

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