冶金工業爐高壓容器壓力管道檢驗中的裂紋問題研究

（寶雞市質量技術檢驗檢測中心，陜西 寶雞 721013）

特種設備的運行涉及人身及財產安全，安全運行是重中之重。對于冶金工業鍋爐、壓力容器及壓力管道（以下稱承壓類特種設備）而言，一旦在運行過程中出現裂紋問題，勢必會帶來安全隱患。無論是對現場的工作人員，還是對企業的經濟效益，均會造成不同程度的負面影響[1]。為了確保承壓類特種設備的安全運行，檢驗人員就必須做好相關檢驗工作，盡量排除發現存在的缺陷隱患，將各種風險及時控制在萌芽當中。

1 開展檢驗工作的必要性分析

一般來說，承壓類特種設備自身的結構較為特殊，容易受到外界環境、運行壓力溫度與介質等因素的影響，出現不同程度的隱患問題。嚴重時，甚至會引發安全事故。檢驗工作是有一定必要性的[2]。這就要求檢驗人員嚴格按照技術規范和檢驗規程對特種設備進行檢驗，根據設備內部結構特征，核查設備是否處于正常的運作狀態中，確保其的運行安全性。

2 冶金工業鍋爐易產生裂紋問題及原因

2.1 應力腐蝕裂紋

圖1 應力腐蝕裂紋

應力腐蝕裂紋是指金屬材料在某些特定介質和拉應力共同作用下所發生的延遲破裂現象。從表面上看，無明顯的均勻腐蝕痕跡。所觀察到的應力腐蝕裂紋呈龜裂形式，斷斷續續：如果在焊縫表面上，多以橫向裂紋出現。若深入金屬內部觀察其形狀如同樹根樣；若從斷口形態看，屬脆性斷口特點。

2.2 疲勞裂紋

一般來說，某些材料在連續交變應力（疲勞應力）作用下，會在其表面逐漸生成裂紋，稱為疲勞裂紋。疲勞裂紋會隨著作用時間而逐漸向縱深發展，使試件的力學性能下降，最終導致完全斷裂。疲勞裂紋通常多發生在結構的幾何不連續部位和存在裂紋類原始缺陷的焊縫部位，屬于特種設備檢驗過程中比較常見的裂紋。一般來說，在疲勞裂紋形成的初級階段，所呈現的裂紋特征具有一定的特征，如裂紋較短小、主要以隧道方式向內部進行延伸等特征。最主要的是，發展趨勢與拉伸應力軸多以呈現45°為主。中期階段會表現為較長的裂紋特征，以穩定的延伸方式進行擴展，最終形成穩定的擴展趨勢。

2.3 蠕變斷裂

材料在長時間的恒溫、恒載荷作用下緩慢地產生塑性變形的現象稱為蠕變，由這種變形產生的裂紋最后導致材料的斷裂稱為蠕變斷裂。金屬材料在蠕變過程中可發生不同形式的斷裂，按照斷裂時塑性變形量大小的順序，可將蠕變斷裂分為如下三個類型：沿晶蠕變斷裂、穿晶蠕變斷裂、延縮性斷裂。沿晶蠕變斷裂是常用高溫金屬材料(如耐熱鋼、高溫合金等)蠕變斷裂的一種主要形式。主要是因為在高溫、低應力較長時間作用下，隨著蠕變不斷進行，晶界滑動和晶界擴散比較充分，促進了空洞、裂紋沿晶界形成和發展。在垂直于拉應力的晶界上，當應力水平超過臨界值時，通過空位聚集的方式形成空洞。空洞核心一旦形成，在拉應力作用下，空位由晶內或沿晶界繼續向空洞處擴散，使空洞長大并相互連接形成裂紋。穿晶蠕變斷裂主要發生在高應力條件下。其斷裂機制與室溫條件下的韌性斷裂類似，是空洞在晶粒中夾雜物處形成，并隨蠕變進行而長大、匯合的過程。

延縮性斷裂主要發生在高溫(T＞0.6Tm)條件下。這種斷裂過程總伴隨著動態再結晶，在晶粒內不斷產生細小的新晶粒。由于晶界面積不斷增大，空位將均勻分布，從而阻礙空洞的形成和長大。動態再結晶抑制沿晶斷裂。晶粒大小與應變量成反比。

3 裂紋問題的防控措施

3.1 優化關鍵控制點

在進行正式生產之前，進廠原材料必須進行二次檢驗，仔細核查原材料的質量是否達標，確保原材料進廠檢驗的關鍵環節不出問題。

在生產的過程中，相關人員需要嚴格比對設計圖紙上面的工藝要求，做好把關工作，確保生產工藝與指標滿足設計標準。另外，相關人員必須掌握技術流程、要點，對細枝末節處進行仔細核查，將裂紋等隱患因素消除于萌芽當中，規避裂紋問題。

3.2 強化檢驗水平

承壓類特種設備在安裝完成之后，需要按照一定標準實行驗收工作。主要進行二次核查，并做好相關記錄工作。若能及時發現承壓類特種設備內部潛在的裂紋和明顯的缺陷，可從根源處杜絕隱患問題的發生。除此之外，相關人員必須做好老舊特種設備的檢查工作，并適當地擴大檢驗范圍。一旦發現老舊特種設備存在的裂紋問題突出時，必須予以及時更換。值得注意的是，相關人員最好具備一定的職業素質，根據裂紋的形態對裂紋的性質、影響因素進行判斷，縮短檢驗時間，強化檢驗效率。

3.3 加強設備驗收管理

對于新建或者改建的承壓類特種設備必須加強驗收管理力度，最好在完工之后由專業人員參與驗收工作，進行嚴格核查，盡量將裂紋隱患消除于根源處。在正式驗收過程中，相關人員需要對安裝單位的質量管理體系進行嚴格核實，如安裝單位資質、設計方案等。還需要對承壓類特種設備的安裝質量進行嚴格檢驗，如原材料質量、焊接質量等，確保鍋爐壓力容器壓力管道的運行安全性。

4 結論

綜上所述，受力狀態與環境條件是導致特種設備出現裂紋問題的主要因素。不光是冶金工業鍋爐壓力容器管道，任何一種設備在長時間的運行過程中，都會出現疲勞效應。一旦出現這種情況，勢必會使設備內部的各個部件產生不同程度的疲勞磨損，嚴重時甚至會引發爆炸等安全事故。為了有效規避這一情況的發生，相關人員必須切實貫徹與落實好檢驗責任與檢驗內容，規避裂紋問題的出現。與此同時，相關人員必須做好日常檢驗工作，按照技術規范和檢驗規程對特種設備進行嚴格檢驗，確保安全運行。