壓力管道檢驗中的裂紋問題研究

史祖強

摘 要：在壓力管道的檢驗排查中，承壓能力的大小是檢驗能否達標的首要標準，而其中承壓件缺陷主要表現在裂紋缺陷上，因為裂紋缺陷一旦產生會嚴重影響設備的正常運行，其性質異常活潑，本篇論文就如何解決裂紋產生的問題，及如何防止產生裂紋展開了深入研究。

關鍵詞：壓力管道；裂紋；缺陷

一、產生裂紋深度分析

只有對裂紋是如何產生的做好充分的分析才能掌握裂源的具體位置。裂紋的擴展方向如何，以及在一定壓力狀態下周圍環境是否會促使裂紋產生更大的裂變等方面都是我們研究預防的重點。鍋爐內的壓力管道始終處于高溫環境中，高溫環境內的承壓件是極易產生裂紋的。檢驗裂紋時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裂紋一些微小的形貌，還需借助電子設備比如光學顯微鏡，電子顯微鏡判斷裂紋屬性。一些客觀條件也會影響裂紋的產生，生產制作、加工安裝、運行操作等等，一旦有任意環節不符合正規方式就會促使裂紋出現。

壓力管道中出現的裂紋種類也不大相同，按照裂紋形變的過程，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容主要是按裂紋的機理進行分類的。

二、機理性裂紋的種類介紹

1.應力腐蝕性裂紋。所謂應力腐蝕性裂紋，顧名思義是指壓力管道在具有腐蝕環境中受到應力作用產生的裂紋。這類裂紋常見區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境中應力不需太大就會形成裂紋，而這些開裂的源頭大多源自于冷加工的物質拉伸延展做違背形體的變形。應力腐蝕受力范圍上與張應力垂直。生活中我們常用到的不銹鋼制成的容器就是容易受到應力腐蝕的材料，不難觀察到這種材料上的裂紋與秋天的樹枝紋狀極為相似，從尖銳的尾部開始分支。在顯微鏡下觀察到裂紋形態是呈“之”字狀，但是也有些混晶形式的裂紋是不連續的。

2.機械疲勞裂紋。機械疲勞裂紋大多產生在郵輪表面，油輪的葉輪，葉片裂紋最多，究其原因，郵輪葉輪葉片是發力次數最頻繁的區域，其受到的應力很集中，多次受到負載電荷的交互運動，摩擦區域疲勞產生機械疲勞性裂紋。宏觀方面，這種裂紋起初與作用力方向呈一定角度向外擴張，在作用力方向不變的情況下垂直于作用力，開始向內擴展，區域面積增大最終產生疲勞性裂紋。從微觀角度來說，環境的改變，傳輸介質不同也會加快裂紋產生。從穿晶、混晶的程度來看，機械疲勞性裂紋屬于穿晶裂紋，雖與主應力方向垂直，但從整體來看，疲勞性裂紋呈彎曲扇形分布，有些脆性高強度的鋼板中還會重復出現機械疲勞裂紋，及我們通常所說的二次裂紋，作用力較淺，裂紋走向有規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，壓力容器中也時常有蠕變裂紋的產生。這種裂紋的產生是長時間的緩慢的過程，管道長期受到溫度與應力的拉伸作用，在金屬材料內部發生變形產生裂變。蠕變裂紋作用機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木軀干的主裂紋，以主裂紋為中心向外平行發射多條細小的裂紋。蒸汽管道、集裝箱座底、焊接口等高溫構件的拼接部位都有蠕變裂紋的產生。借助電子顯微鏡的微觀環境，金屬材料內部都有多多少少的小孔，這些小孔無規則，不連續，是蠕變裂紋產生形變的起始階段，裂紋兩邊更是有很多無規律走向的平行于焊接口方向線的細小裂紋，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圍方向擴展。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是存在差別的，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坑等。在持續擴張程序中經常存在分枝尾端比較遲鈍的情況。

微觀特點：因為侵蝕勞累是侵蝕媒介以及應力產生的疲勞影響，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、縫隙是穿晶的。在持續的延伸程序中一般會存在分枝，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受到限制，在斷口中就存在不顯著的勞累縫隙紋路。

總結

壓力管道的檢驗檢查活動是依靠檢查、察覺管道上存在的不足，主要是裂紋問題的產生。經過認真分析總結，可以從管道材料的本質、要素等方面進行切入，用科學設備儀器檢測，從而推動壓力管道檢檢驗活動的順利開展。

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