鍋爐壓力容器檢驗中裂紋產生原因的分析

景凱麗 劉慶武 王婭

摘 要：在實際生活中，鍋爐壓力容器壓力管道運行面臨復雜的內外部環境，這些裂紋是混合存在的。通常情況下，按照裂紋產生與發展的原因進行分類，并且裂紋的形成與鍋爐的用途、結構、材料、部位等有關，不同部位、不同材料、不同用途的鍋爐壓力容器壓力管道形成的裂紋不同。為此，應在充分了解裂縫類型及產生原因的基礎上，采取科學、有效的措施進行處理。

關鍵詞：鍋爐壓力容器；裂紋原因；對策

1 鍋爐壓力容器壓力管道檢驗常見裂紋類型及產生原因

1.1 應力腐蝕裂紋

應力腐蝕裂紋的出現是應力和腐蝕介質共同作用的結果，腐蝕介質是濃度較大的堿水。這種裂紋主要產生于鍋爐的汽水管道和集裝箱管座上。這些構件接觸堿水后，堿水的腐蝕性使得金屬的微觀世界發生化學變化，即金屬晶體與邊界間形成電位差，促使二者之間出現微弱的電流，這些電流導致金屬內部產生裂紋。通過顯微鏡觀察裂紋，我們發現這種裂紋有主裂紋、二次裂紋，而且主裂紋的發展趨勢是穿過晶體內部，次裂紋的發展趨勢是沿著晶體邊界，呈放射狀。最易出現這種裂紋的材料是奧氏體不銹鋼，在水汽情況下受到應力作用即可形成，裂紋呈樹枝狀。

1.2 疲勞裂紋

疲勞裂紋是鍋爐壓力容器壓力管道檢驗中經常遇到的裂紋問題之一，經常出現在應力較為集中的設備上，這種裂紋剛開始比較細小，中后期會不斷擴展延伸。疲勞裂紋一般有三種類型：機械疲勞裂紋、熱疲勞裂紋、腐蝕疲勞裂紋。

出現機械疲勞裂紋的常見區域是葉輪、葉片、輔助轉動設備等零件上，而且裂紋多是源于設備表面，呈直線狀，剛開始比較短，逐漸向內擴展，直至連成一條長的裂紋，穩定擴展。這種裂紋的源頭一般是材料缺陷區域、加工產生的刀痕處、接頭處、尖角處、有小孔的位置。

熱疲勞裂紋的產生是因為在低于拉伸強度的情況下應力反復作用于金屬材料而慢慢形成的裂紋。腐蝕疲勞裂紋是在已形成的疲勞裂紋的基礎上形成的，與應力腐蝕裂紋的性質相同，也是應力和腐蝕介質共同作用的結果。這種裂紋一般是穿晶裂紋，隨著時間的推移，裂紋逐漸變寬，壓力容器壓力管道內壁會出現腐蝕坑。而且大多形成在汽包管座、集箱管座上，這些設備能接觸到腐蝕介質，長期受到振動產生的應力作用，滿足腐蝕疲勞裂紋形成的條件。

1.3 過熱過冷裂紋

鍋爐壓力容器壓力管道的制作材料是金屬板，金屬板在制作過程中會經過焊接、軋制、冷卻等工藝程序，每道程序的溫度會發生變化，溫度過冷過熱都會使金屬材料產生裂紋。加熱溫度較高使得晶體氧化或融化產生過燒裂紋，加熱溫度超過金屬的臨界溫度會產生過熱裂紋，焊接后長時間冷卻會產生冷裂紋。形成時間較長的冷裂紋具有隱蔽性，不易被檢驗出來，而熱裂紋會氧化或融化晶體邊界，過燒的金屬不能承受變形，這些裂紋給鍋爐承壓設備造成巨大隱患。

1.4 蠕變裂紋

蠕變裂紋的形成是由于溫度的變化和應力的作用，隨著使用時間的增加，鍋爐壓力容器壓力管道會由于損傷出現蠕變裂紋。這種裂紋主要形成區域是管道和集箱應力集中的位置以及過熱發脹的管道表面等，同時設備會出現變形、材料組織受損、互相分離。蠕變裂紋會發展成為一個裂紋帶，其中主裂紋居中，兩側平行分布著大量裂紋。具有蠕動裂紋的設備受損區內會有數量不等的孔洞，這些孔洞沒有規則的連接著，而且形狀多為米粒狀或橢圓狀。蠕動裂紋的擴展方向是沿著晶體邊界的。

2 鍋爐壓力容器檢驗裂紋控制對策

在現代的生活中，鍋爐作為我們日常生活中的一部分發揮著越來越重要的作用。鍋爐壓力容器管道中的裂紋問題是較為常見的問題，提早發現和預防是解決的主要辦法，只有這樣才能盡可能地減少其運行的安全隱患。

2.1 加強鍋爐壓力容器管道裂紋檢驗

目前，在鍋爐壓力管道裂紋檢驗中，常用的有射線檢測法、超聲波檢測法、磁粉檢測法、滲透檢測法等方法，這些方法結果直觀、技術成熟、檢測簡單方便。如管道超聲導波聚焦檢測方法目前主要用于油、氣管道以及石化裝置管道的裂紋檢驗中，但這類方法應用于大型鍋爐壓力管道裂紋檢驗中同樣有極高的適用價值。應用超聲導波聚焦檢測方法，通過固定在管道周圍的探頭模塊，在管道環向以均勻的間隔排列，沿管道壁利用聲波模式發射低頻超聲波，當管道壁厚發生變化時無論是增加還是減少，都會有一定比例的能量反射回探頭，從而檢測管道是否存在不連續性，根據管道壁厚的變化來確定是否存在裂紋以及裂紋位置。根據探頭模塊的設置，這一檢測方法能全面覆蓋管道壁，與傳統的超聲波檢測只能針對一個測試點進行單點檢測相比，有極高的應用價值。

2.2 加強鍋爐壓力容器壓力管道制作管理

要想預防鍋爐壓力容器壓力管道裂紋的產生，應該在鍋爐壓力容器壓力管道制作過程中控制和管理好鍋爐容器的操作、制作材料和整體質量。

首先，在管理鍋爐壓力容器操作過程中，管理人員應該對鍋爐制作過程中的每一個細節進行檢查和審核，保證在鍋爐出廠前鍋爐容易的質量，從而在最大程度上減少裂紋問題的產生；鍋爐壓力容器生產人員應該嚴格按照標準的工藝流程進行操作，避免在生產過程中出現失誤、意外等情況；在生產之前相關人員應該對鍋爐生產的工藝圖紙加以審核，保證工藝圖紙的設計是嚴格按照標準進行的。

其次，在鍋爐壓力容器生產之前，相關人員應該對生產和制作材料進行嚴格檢查和審核，對于不符合操作要求的生產材料應加以修改或更換，以此保證鍋爐壓力容器質量得以提高。

最后，對鍋爐壓力容器質量的控制應該從整體和細節出發，相關人員應該先從整個上控制好鍋爐的質量，在減少產生裂紋的前提下，對生產工序的每一步細節加以嚴格檢查，避免在單個環節中出現錯誤而導致裂紋的產生。

2.3 完善鍋爐壓力容器質量檢驗體系

鍋爐壓力容器作為容易產生裂紋的高危設備，裂紋的產生是增大鍋爐壓力容器危害的主要因素，因此為了降低鍋爐在制作過程中出現壓力管道裂紋的現象，應該加強對鍋爐壓力容易的質量檢驗，而為了提高檢驗效率，還應該構建完善的質量檢驗體系。

鍋爐壓力容器質量檢驗體系的構建應該貫穿于鍋爐壓力容器制作的整個過程，包括對制作原材料的質量檢驗、生產過程的質量檢驗和鍋爐壓力容器壓力管道的質量檢驗。原材料作為鍋爐壓力容器制作的基本要素，其質量對鍋爐壓力容器的質量有著直接影響，因此加強對原材料的質量檢驗是抵抗裂紋產生的提前，也是促進鍋爐制作質量提高的有效保障；對鍋爐生產過程進行質量檢驗，主要是加強對制作流程和生成程序的檢驗，為了確保生產過程質量檢驗的有效性，相關單位還應制定相應的管理制度，在保證生產流程正常運行的同時提高質量檢驗效率。對鍋爐壓力容器壓力管道的質量檢驗作為檢驗的最終環節，也是嚴格控制裂紋產生的重要環節，這就要求質量檢驗人員在檢驗過程中嚴格參考相關標準，避免檢驗出現疏漏情況，以此有效保證鍋爐壓力容器壓力管道產品的質量。

3 結束語

綜上所述，隨著我國經濟的迅猛發展，鍋爐行業也在不斷發展創新。我國鍋爐壓力容器已經基本接近發達國家水平，但長時間的運作，仍然會導致一些問題的出現，其中較為常見的是壓力容器管道的裂紋問題。壓力管道裂紋是導致鍋爐壓力容器各種管道事故的主要原因，為避免裂紋產生造成安全隱患，我們必須做好對鍋爐壓力容器和壓力管道的安全檢查，分析各種裂紋產生的不同原因并積極采取必要的解決方法。

參考文獻

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