鍋爐壓力容器壓力管道檢驗(yàn)中裂紋問題的研究與處理

李廣彬（萊蕪市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院,山東　萊蕪　271100）

鍋爐壓力容器壓力管道檢驗(yàn)中裂紋問題的研究與處理

李廣彬
（萊蕪市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院,山東萊蕪271100）

本文首先分析了鍋爐壓力容器壓力管道檢驗(yàn)中常見的幾種裂紋問題的產(chǎn)生原因及宏觀和微觀特征，然后提出了幾種預(yù)防處理裂紋問題的措施，以供相關(guān)人員參考。

鍋爐壓力容器；壓力管道；裂紋問題

1　前言

鍋爐，一種能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，隨著科學(xué)技術(shù)水平的提高而被廣泛的應(yīng)用，它鍋爐在社會生產(chǎn)和生活當(dāng)中的重要性也日趨明顯，因而鍋爐的安全性顯得非常重要。鍋爐在長時間運(yùn)行的情況下，其壓力容器和壓力管道方面的問題會慢慢顯露，其中較為常見和最不穩(wěn)定的問題是裂紋問題。怎樣采取有效措施和手段對壓力容器壓力管道檢驗(yàn)中的裂紋問題進(jìn)行預(yù)防和處理，對鍋爐的安全運(yùn)行有著重要的意義。

2　鍋爐壓力容器及壓力管道檢驗(yàn)中常見裂紋問題分析

（1）機(jī)械疲勞裂紋。機(jī)械疲勞裂紋，往往在應(yīng)變集中處形成，大多在汽輪機(jī)的葉輪、葉片、大軸和輔助轉(zhuǎn)動機(jī)械等部件的表面部位發(fā)生。1）宏觀特點(diǎn)：往往發(fā)生于材料缺陷處和焊縫熱影響區(qū)，通常是直線狀。其初始階段短小且以隧道式向內(nèi)擴(kuò)展，中期階段小裂紋連接成一條長裂紋，后期階段裂紋加速擴(kuò)展甚至出現(xiàn)切向裂紋；2）微觀形態(tài)：通常與主應(yīng)力呈垂直方面發(fā)展，擴(kuò)展方式大多為穿晶的，開裂區(qū)域形狀像脆性開裂，而接觸裂紋的開口較寬且有著嚴(yán)重粘結(jié)斑坑，裂紋兩側(cè)平整且深度較淺。

（2）熱疲勞裂紋。熱疲勞裂紋，來源于低于拉伸強(qiáng)度極限的熱交變應(yīng)力的反復(fù)作用，大多發(fā)生在蒸汽管道壓力表管座、疏水管座、排汽管管座和噴水減溫器等部位。1）宏觀特性：起源于單條或者多條裂紋（其中一條為主裂紋），其形狀粗短，有時為細(xì)口狀，表面氧化膜有網(wǎng)狀和線狀痕跡；2）微觀形態(tài)：呈極不規(guī)則的忽寬忽窄的跳躍式擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)，其內(nèi)氧化物疏松呈斷續(xù)狀，擴(kuò)展方式有穿晶的（蠕變溫度以下），也有沿晶的和混晶的（蠕變溫度以上）。

（3）腐蝕疲勞裂紋。腐蝕疲勞裂紋，通常為火力發(fā)電廠在汽水工作條件下產(chǎn)生，大多發(fā)生在集箱和汽包的管座上。1）宏觀特性：成群產(chǎn)生，寬度隨腐蝕疲勞過程的發(fā)展而增加，擴(kuò)展過程中常伴有分枝且尾部較鈍；2）微觀形態(tài)：具有裂紋較寬和尾部不尖銳等鮮明的腐蝕破壞特征，開裂區(qū)從內(nèi)壁形成長度和深度不一的裂紋群，主裂紋在裂紋發(fā)展后期形成，斷口上呈現(xiàn)不明顯的疲勞紋線，擴(kuò)展方式主要是穿晶。

（4）應(yīng)力腐蝕裂紋。應(yīng)力腐蝕裂紋，往往在汽水管道和集箱管座形成，是構(gòu)件在應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)共同作用下形成的。1）宏觀特征：在彎管中性區(qū)呈帶狀沿軸向延伸，與張應(yīng)力垂直，通常開口較寬、裂紋較短、呈群狀，奧氏體不銹鋼上的應(yīng)力腐蝕裂紋通常呈落葉樹枝狀；2）微觀形態(tài)：起源處多為不連續(xù)狀，裂紋由表面向里擴(kuò)展呈“之”字形分枝，擴(kuò)展方式有穿晶的、沿晶的和混晶的。

（5）蠕變裂紋。蠕變裂紋，來源于溫度與應(yīng)力的長期作用，伴隨著金屬組織損傷和變形，是引起材料分離的一種獨(dú)特裂紋方式，大多發(fā)生于集箱管座的熱影響區(qū)及角焊縫、過熱脹粗管子表面、集箱孔橋區(qū)和高溫蒸汽管道彎管的外弧側(cè)等和高應(yīng)力應(yīng)變區(qū)。1）宏觀特性：走向垂直于最大應(yīng)力方向，發(fā)展方向曲折而形成較寬的裂紋帶，主裂紋居于帶內(nèi)中間且兩側(cè)平行分布了大量裂紋；2）微觀形態(tài)：裂紋區(qū)域存在大量無規(guī)則連接的橢圓形或者多米粒狀的蠕變孔洞，焊縫損傷區(qū)內(nèi)的裂紋平行于焊縫熔合線方向由外表面向內(nèi)發(fā)展，裂紋前沿通體處及兩側(cè)有平行于主裂紋發(fā)展發(fā)向的斷續(xù)的微裂紋，擴(kuò)展方式為沿晶擴(kuò)展。

（6）過熱與過燒裂紋。過熱與過燒裂紋，通常在金屬承壓部件的鍛造、軋制、彎制、焊接等制造熱加工過程中發(fā)生，過熱裂紋是加熱到上臨界點(diǎn)后繼續(xù)升溫產(chǎn)生的，而過燒裂紋則是加熱溫度高使得晶界氧化和局部熔化所產(chǎn)生的。1）宏觀特性：過燒引起的龜裂表面有許多大小不等的破裂，有著明顯的晶界嚴(yán)重氧化和熔化痕跡等特征；2）微觀形態(tài)：晶粒粗大、魏氏組織嚴(yán)重、晶界有微細(xì)圓球狀粒子沉淀，其中過燒裂紋在顯微鏡下可以看到粗大氧化晶界網(wǎng)絡(luò)和的孔洞。

3　鍋爐壓力容器及壓力管道裂紋問題的預(yù)防與處理

（1）人為操作控制。鍋爐對能量實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)換，而鍋爐壓力容器壓力管道的裂紋問題與人為操作水平有著較大的關(guān)系，因而控制操作人員的操作規(guī)范可以在一定程度上避免裂紋的產(chǎn)生。然而，目前很多鍋爐操作人員沒有接受過專門的專業(yè)技能教育和訓(xùn)練，不太熟悉相應(yīng)的操作規(guī)范和方法，會出現(xiàn)一些操作失誤的情況，從而影響到了鍋爐的安全運(yùn)行。因此，對鍋爐操作人員的培訓(xùn)工作需要普及和加強(qiáng)，解釋和明確具體的操作規(guī)范和方法，可以安排必要的考核和績效，從根本上預(yù)防由于人為操作不當(dāng)而產(chǎn)生的裂紋問題。

（2）原材料生產(chǎn)質(zhì)量控制。鍋爐原材料的生產(chǎn)質(zhì)量與鍋爐壓力容器壓力管道裂紋問題的產(chǎn)生密不可分。鍋爐容器在進(jìn)行生產(chǎn)之前，需要仔細(xì)的對圖紙方面的內(nèi)容進(jìn)行審視，對其中的具體要求進(jìn)行明確，確保嚴(yán)格按照具體的生產(chǎn)規(guī)范進(jìn)行容器的生產(chǎn)，確保有效控制各個生產(chǎn)和加工環(huán)節(jié)得到。同時，要明確鍋爐壓力容器的生產(chǎn)管理規(guī)定內(nèi)容，確保在程序文件和質(zhì)量控制的范圍內(nèi)進(jìn)行生產(chǎn)，確保工藝流程的正常開展。

（3）鍋爐質(zhì)量控制。鍋爐是一種高危設(shè)備，在其生產(chǎn)過程中需要對設(shè)備質(zhì)量進(jìn)行充分的把控，確保誤差內(nèi)容在合理的標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。所以，嚴(yán)格的自我檢驗(yàn)和相互檢驗(yàn)的程序不可或缺，只有嚴(yán)格的控制生產(chǎn)工序才可以提升鍋爐質(zhì)量，從而最大限度上的減少和避免裂紋問題的出現(xiàn)。

4　結(jié)束語

總體來說，鍋爐中壓力容器壓力管道的裂紋問題產(chǎn)生嚴(yán)重影響了其正常安全運(yùn)行?？陀^因素和內(nèi)在條件共同決定了裂紋問題的產(chǎn)生，其中內(nèi)在條件主要是原材料質(zhì)量方面的缺陷，而客觀因素主要是鍋爐的壓力容器壓力管道的疲勞和腐蝕狀況。鍋爐在我們的生活中所發(fā)揮的作用越來越明顯，因此有效預(yù)防處理裂紋問題顯得日益重要，我們要分析裂紋產(chǎn)生的原因并進(jìn)行改進(jìn)，從而降低安全隱患發(fā)生的可能性。

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