火電廠鍋爐壓力容器壓力管道裂紋的檢驗

火電廠鍋爐壓力容器壓力管道裂紋的檢驗

由于熱能行業(yè)的鍋爐壓力容器壓力管道是一種高壓設備，在運行過程中會出現(xiàn)故障，這將對人們的生活和財產安全造成嚴重危害，并造成不可彌補的經濟損失。因此,做好鍋爐壓力容器壓力管道檢驗可以在很大程度上發(fā)現(xiàn)設備缺陷,避免設備帶缺陷投入運行。鍋爐壓力容器壓力管道檢驗的主要任務是通過檢驗發(fā)現(xiàn)設備缺陷,尤其是最不穩(wěn)定的裂紋缺陷。通過對鍋爐壓力容器壓力管道檢出的裂紋進行形態(tài)分析,可以推斷出裂紋的性質、類別和影響因素,以及時采取科學、合理的應對措施,為設備安全運行提供支持。裂紋分析是失效分析的基礎,可以判定出裂源位置、擴展方向、開裂性質、受力狀態(tài)、環(huán)境條件等信息。裂紋分析在宏觀分析上,可以利用肉眼、放大鏡進行觀察,還可以應用無損檢測和金相低倍檢驗方法來顯示裂紋的形貌。裂紋分析在微觀分析上,主要應用光學顯微鏡、電子顯微鏡設備來判斷裂紋性質、斷裂路徑及微觀特征。目前,裂紋的分類方法尚不統(tǒng)一。以裂紋形成先后來分類,可分為主裂紋和二次裂紋;以裂紋途徑來分類,可分為沿晶裂紋和穿晶裂紋;以裂紋區(qū)塑性變形大小來分類,可分為脆性裂紋和塑性裂紋。而習慣上,一般以裂紋萌生和擴展機理來分類。1機械疲勞裂紋微觀特征在對火電廠鍋爐壓力容器的檢驗結果分析中發(fā)現(xiàn),機械疲勞裂紋通常形成于應變集中處,多發(fā)生在汽輪機的大軸、葉輪、葉片及輔助轉動機械等部件的表面部位。機械疲勞裂紋的宏觀特征為:機械疲勞裂紋一般為直線狀,起源于軸變徑臺階、尖角、小孔、接頭、加工刀痕、焊縫熱影響區(qū)及材料缺陷處。在初始階段應在與拉伸應力軸呈45°的滑移面擴展,接著就進入與拉伸應力成90°的階段。機械疲勞裂紋在開始階段較短小,以隧道式向內擴展。在中間階段小裂紋相連接為一條長裂紋后穩(wěn)定向前發(fā)展。在后期階段裂紋擴展加速,有時在部件側部出現(xiàn)宏觀切向裂紋。機械疲勞裂紋的微觀特征為:機械疲勞裂紋的萌生和擴展受到材料結構、顯微組織狀態(tài)、受力條件、環(huán)境介質等多種因素的影響,情況較復雜。機械疲勞裂紋的開裂區(qū)域沒有明顯的塑性變形,其形狀似脆性開裂。機械疲勞裂紋一般是穿晶裂紋,與主應力呈垂直方面發(fā)展,除高強度鋼之外,機械疲勞裂紋較彎曲,可在塑性疲勞痕中觀察到二次裂紋。接觸機械疲勞裂紋的開口較寬,且在開口處存在嚴重粘結斑坑,其尾端鋒利,裂紋兩側較平整,深度較淺。2應力腐蝕裂紋應力腐蝕裂紋指構件在應力及腐蝕介質共同作用下所形成的開裂。應力腐蝕裂紋常萌生于汽水管道和集箱管座。奧氏體不銹鋼是應力腐蝕裂紋的易形成材料,應力腐蝕裂紋在汽水介質工作條件下只需很小的應力就可形成,冷加工變形、振動、殘余應力都可成為應力腐蝕開裂的應力源。應力腐蝕裂紋基本與張應力垂直,在奧氏體不銹鋼上,應力腐蝕裂紋呈落葉樹枝狀,有分枝特征,且尾部較尖?；痣姀S汽水管道的應力腐蝕裂紋多因受應力促進的局部腐蝕或由應力導向的腐蝕,而萌生于彎管內壁中性層區(qū)。應力腐蝕裂紋呈帶狀在彎管中性區(qū)沿軸向延伸,且應力腐蝕裂紋一般較短、開口較寬、呈群狀、數(shù)量較多。應力腐蝕裂紋在微觀形態(tài)上,由表面向內擴展,呈“之”字形分枝,裂紋起源處多呈不連續(xù)狀,可發(fā)現(xiàn)沿晶裂紋、穿晶裂紋和混晶裂紋。3高溫下導質下氫脆性電導率分布蠕變裂紋是依賴于時間過程而產生的導致材料分離的一種獨特裂紋方式,其實質是在溫度與應力的長期作用下,伴隨著變形及金屬組織損傷而產生的裂紋。蠕變裂紋的宏觀特征是:蠕變裂紋走向與最大應力方向垂直,在彎管上蠕變裂紋沿軸向分布。蠕變裂紋發(fā)展方向曲折,形成一個較寬的裂紋帶,主裂紋在帶內居中,其兩側有大量裂紋平行分布。蠕變裂紋主要在管道、集箱的高應力應變區(qū)中形成,比如,在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(qū)、集箱孔橋區(qū)、過熱脹粗管子表面和其它高溫構件的邊緣部位。蠕變裂紋的微觀特征是:在蠕變裂紋產生嚴重的宏觀區(qū)域,金屬通體內或多或少、無規(guī)則地形成許多米粒狀或橢圓形的孔洞,孔洞在晶界上進行無規(guī)則連接,最后形成蠕變裂紋。既蠕變裂紋區(qū)域一定存在大量蠕變孔洞,且蠕變裂紋沿晶擴展。在焊縫損傷區(qū)內,蠕變裂紋由外表面向內發(fā)展,其分支走向平行于焊縫熔合線方向,在蠕變裂紋兩側及前沿通體處有斷續(xù)的沿晶微裂紋,且微裂紋平行于主裂紋發(fā)展發(fā)向。4熱疲勞裂紋的宏觀特征和微觀形態(tài)熱疲勞裂紋是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,而緩慢產生和擴展導致的突然斷裂。火力發(fā)電廠的主要熱疲勞裂紋產生部位有:噴水減溫器、蒸汽管道壓力表管座、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。熱疲勞裂紋的宏觀特征是:熱疲勞裂紋一般起源于部件表面,萌生于熱應變的最大部位。部件上應變集中的缺口、刀痕、孔或結構不連續(xù)部位容易萌生熱疲勞裂紋,但應變集中不是必要條件,表面狀態(tài)對熱疲勞壽命影響不大。熱疲勞裂紋可起源于多條或單條裂紋,通常萌生于多條裂紋,其中一條裂紋發(fā)展為主裂紋,其它裂紋因應力松弛不再擴展或擴展很慢。熱疲勞裂紋的宏觀形態(tài)一般較粗短、有時呈細口狀,表面氧化膜具有線狀、網狀痕跡,熱疲勞裂紋就處于痕跡下部。熱疲勞裂紋的微觀形態(tài)是:熱疲勞裂紋呈極不規(guī)則的跳躍式擴展狀態(tài),忽寬忽窄,有時還會產生分枝和二次裂紋,熱疲勞裂紋的內氧化物疏松呈斷續(xù)狀。熱疲勞裂紋的擴展方式有沿晶的、也有穿晶的,在蠕變溫度以下為穿晶裂紋,在蠕變溫度以上為沿晶裂紋或混合裂紋。5疲勞裂紋的形成機理腐蝕疲勞裂紋是火力發(fā)電廠在汽水工作條件下承壓部件所產生的另一種裂紋方式。大多產生于汽包和集箱的管座上,這些管座除承受介質壓力之外,還承受管系傳遞的振動應力,隨運行時間的推移而產生腐蝕疲勞裂紋。腐蝕疲勞裂紋的宏觀特征是:腐蝕疲勞裂紋多為成群產生是穿晶裂紋。隨著腐蝕疲勞過程的發(fā)展,腐蝕疲勞裂紋的寬度增加,疏松腐蝕物充滿于裂縫內部,腐蝕坑、溝槽或通道在容器或管子內壁出現(xiàn)。在擴展過程中,腐蝕疲勞裂紋常伴有分枝,且尾部較鈍。腐蝕疲勞裂紋的微觀特征是:由于腐蝕疲勞裂紋是在腐蝕介質和應力的雙重作用下產生的,其具有明顯的腐蝕破壞特征,比如,裂紋較寬,尾部不尖銳,為穿晶裂紋,擴展過程有分枝出現(xiàn)。腐蝕疲勞裂紋的開裂區(qū)從內壁形成深度及長度不一的裂紋群。在裂紋發(fā)展后期主裂紋形成,而次生裂紋的發(fā)展受到抑制,在斷口上出現(xiàn)不明顯的疲勞紋線。6受壓迫采用金屬缺陷造成的損傷過熱與過燒裂紋發(fā)生在承壓部件的彎制、鍛造、軋制、焊接、熱處理等制造熱加工過程中,過熱裂紋是金屬加熱到上臨界點后繼續(xù)升溫而產生的裂紋,過燒裂紋則是金屬加熱溫度很高,晶界氧化和局部熔化所形成的沿晶裂紋。過燒的金屬經不起變形,在軋制、彎制或鍛制過程中,極易產生裂紋或龜裂,這會給承壓部件埋下安全隱患。過熱與過燒裂紋的宏觀特征是:過燒所引起的龜裂表面有很多大小不等的破裂,可觀察到熔化痕跡或晶界的嚴