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常遇到的幾種問題進行簡要分析總結，并提出了合理化建議，僅供參考。

關鍵詞：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、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鍵工作是經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、制作、裝置和運營等步驟中，其存在問題更應該引起足夠重視，對裝置安全功能有著關鍵作用。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。微觀解析關鍵使用光學顯微設備、電子顯微設備辨別縫隙的本質、開裂方向和微觀特點。

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

1 機械疲勞裂紋

經過對省內大部分的火電廠的檢查成果解析，這種縫隙大多出現的汽輪設備大軸、葉片以及葉輪和協助運轉設備上。過度勞累縫隙一般在應力集中的位置出現，很多根源是配件外表。

宏觀特點：過度使用產生的縫隙最開始和伸縮軸呈現四十五度角的滑移面擴張，漸漸轉向九十度階梯狀發展。機器過度疲勞縫隙大多呈現直線形狀，最先出現時縫隙較小，大多呈隧道樣式向內伸展，到了后部分裂縫擴張速度增快，有的時候在配件時會出現縫隙。機器運用過多產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、物料品質差的地方最先發生。

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

疲勞縫隙出現的位置沒有顯著變化；疲勞縫隙大多是穿晶，擴張態勢和主應力是相交的關系，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雜質，尾部尖銳，縫隙兩邊整齊并不是很深。

2 應力腐蝕裂紋

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

應力侵蝕縫隙和張應力是垂直走向，奧氏體不銹鋼出現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。

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

3 蠕變裂紋

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

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

蠕變裂紋主要形成在管道、集箱的高應力應變區，如高溫蒸汽管道彎管的外弧側、集箱管座的角焊縫及熱影響區、集箱孔橋區、過熱脹粗管子表面及其它高溫構件的邊緣部位。微觀特征：在蠕變損傷嚴重的宏觀區域，金屬通體內或多或少、無規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則連接，最后形成蠕變裂紋。可以描述為：蠕變裂紋區域必有大量蠕變孔洞，而裂紋的擴展沿晶進行。在焊縫損傷區裂紋由外表面向內發展，分支走向平行于焊縫熔合線方向，在裂紋兩側及前沿通體處有斷續的沿晶微裂紋，這些裂紋都平行于主裂紋的發展發向。

4 熱疲勞裂紋

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

火力發電廠主要出現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、集箱上非保護性結構管座等部位。

宏觀特征：熱疲勞裂紋通常起源于部件表面，萌生在熱應變最大的部位。部件上產生應變集中的缺口、刀痕、孔或結構不連續部位亦促使熱疲勞裂紋的萌生，但不一定要有這些應變集中的條件，表面狀態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，其中一條發展為主裂紋，其它裂紋因應力松弛不再擴展或擴展很慢。

高溫蒸汽管道內壁受熱沖擊形成的裂紋，多呈網狀、簇狀分布，主裂紋軸向擴展，如果系統應力過大亦可沿周向擴展。聯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不明顯。

熱疲勞裂紋宏觀形態一般較粗短、有時呈細口狀，表面氧化膜有線狀、網狀痕跡，痕跡下部就是熱疲勞裂紋。

微觀形態：熱疲勞裂紋的擴展極不規則，呈跳躍式，忽寬忽窄，有時還會產生分枝和二次裂紋，裂紋內氧化物疏松呈斷續狀。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

火力發電廠中在汽水作業環境中承載壓力配件存在的另一種無效樣式：侵蝕疲勞。經常發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的震動應力，隨著時間的推遲，最后出現侵蝕疲勞開裂。

宏觀特點：侵蝕疲勞和普通的疲勞還有應力侵蝕縫隙存在差別，侵蝕勞累縫隙差不多都是穿晶的，經常一群群的出現。伴隨著侵蝕勞累程序的前進，裂縫增寬，裂縫內部存在導致輸送的侵蝕物質，器皿抑或管道內部壁管隨之形成侵蝕吭等。在持續擴張程序中經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。在持續的延伸程序中會存在分枝。裂縫位置從管道內部出現深淺以及長短不一樣的縫隙群。之后有形成環境比較適宜的主縫隙出現，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 結束語

從縫隙解析形成要素能夠得知，裂縫出現的兩個關鍵要素，第一，客觀環境。關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，在工作狀況安全環境下可以預測其運用時間；不過在一些受力環境或不能夠預制的較差作業條件中，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在要素，就是原物料的不足或質量不合理，例如鋼管外表以及內部存在的缺點、很多的鑄鋼配件內部外表存在的不足。這些不足或許在生產成型之后在配件上比較穩定。一些不足或許在承載壓力配件的作業環境作用下會不穩定的延伸，其失去穩定延伸的進度牽扯到繁瑣的內部外部要素，是很難預算的行為程序。

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生。經過認真分析總結，可以從鍋爐材料本質，要素等方面進行分析，用科學設備儀器檢測，從而推動其鍋爐的順利開展。

參考文獻

[1] 孫文彩，楊自春.含裂紋壓力容器混合變量下疲勞剩余壽命分析[J].壓力容器，2010，27（1）.

[2] 孫國有，王曉春，吳立軍等.壓力容器中傾斜裂紋的失效分析方法[J].浙江大學學報（工學版），2001，35（6）.