冶金工業(yè)爐高壓容器壓力管道檢驗(yàn)中的裂紋問題研究

（寶雞市質(zhì)量技術(shù)檢驗(yàn)檢測中心，陜西 寶雞 721013）

特種設(shè)備的運(yùn)行涉及人身及財(cái)產(chǎn)安全，安全運(yùn)行是重中之重。對于冶金工業(yè)鍋爐、壓力容器及壓力管道（以下稱承壓類特種設(shè)備）而言，一旦在運(yùn)行過程中出現(xiàn)裂紋問題，勢必會(huì)帶來安全隱患。無論是對現(xiàn)場的工作人員，還是對企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，均會(huì)造成不同程度的負(fù)面影響[1]。為了確保承壓類特種設(shè)備的安全運(yùn)行，檢驗(yàn)人員就必須做好相關(guān)檢驗(yàn)工作，盡量排除發(fā)現(xiàn)存在的缺陷隱患，將各種風(fēng)險(xiǎn)及時(shí)控制在萌芽當(dāng)中。

1 開展檢驗(yàn)工作的必要性分析

一般來說，承壓類特種設(shè)備自身的結(jié)構(gòu)較為特殊，容易受到外界環(huán)境、運(yùn)行壓力溫度與介質(zhì)等因素的影響，出現(xiàn)不同程度的隱患問題。嚴(yán)重時(shí)，甚至?xí)l(fā)安全事故。檢驗(yàn)工作是有一定必要性的[2]。這就要求檢驗(yàn)人員嚴(yán)格按照技術(shù)規(guī)范和檢驗(yàn)規(guī)程對特種設(shè)備進(jìn)行檢驗(yàn)，根據(jù)設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征，核查設(shè)備是否處于正常的運(yùn)作狀態(tài)中，確保其的運(yùn)行安全性。

2 冶金工業(yè)鍋爐易產(chǎn)生裂紋問題及原因

2.1 應(yīng)力腐蝕裂紋

圖1 應(yīng)力腐蝕裂紋

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

2.2 疲勞裂紋

一般來說，某些材料在連續(xù)交變應(yīng)力（疲勞應(yīng)力）作用下，會(huì)在其表面逐漸生成裂紋，稱為疲勞裂紋。疲勞裂紋會(huì)隨著作用時(shí)間而逐漸向縱深發(fā)展，使試件的力學(xué)性能下降，最終導(dǎo)致完全斷裂。疲勞裂紋通常多發(fā)生在結(jié)構(gòu)的幾何不連續(xù)部位和存在裂紋類原始缺陷的焊縫部位，屬于特種設(shè)備檢驗(yàn)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(xiàn)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(nèi)部進(jìn)行延伸等特征。最主要的是，發(fā)展趨勢與拉伸應(yīng)力軸多以呈現(xiàn)45°為主。中期階段會(huì)表現(xiàn)為較長的裂紋特征，以穩(wěn)定的延伸方式進(jìn)行擴(kuò)展，最終形成穩(wěn)定的擴(kuò)展趨勢。

2.3 蠕變斷裂

材料在長時(shí)間的恒溫、恒載荷作用下緩慢地產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象稱為蠕變，由這種變形產(chǎn)生的裂紋最后導(dǎo)致材料的斷裂稱為蠕變斷裂。金屬材料在蠕變過程中可發(fā)生不同形式的斷裂，按照斷裂時(shí)塑性變形量大小的順序，可將蠕變斷裂分為如下三個(gè)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?yàn)樵诟邷亍⒌蛻?yīng)力較長時(shí)間作用下，隨著蠕變不斷進(jìn)行，晶界滑動(dòng)和晶界擴(kuò)散比較充分，促進(jìn)了空洞、裂紋沿晶界形成和發(fā)展。在垂直于拉應(yīng)力的晶界上，當(dāng)應(yīng)力水平超過臨界值時(shí)，通過空位聚集的方式形成空洞。空洞核心一旦形成，在拉應(yīng)力作用下，空位由晶內(nèi)或沿晶界繼續(xù)向空洞處擴(kuò)散，使空洞長大并相互連接形成裂紋。穿晶蠕變斷裂主要發(fā)生在高應(yīng)力條件下。其斷裂機(jī)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(jìn)行而長大、匯合的過程。

延縮性斷裂主要發(fā)生在高溫(T＞0.6Tm)條件下。這種斷裂過程總伴隨著動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，在晶粒內(nèi)不斷產(chǎn)生細(xì)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(dòng)態(tài)再結(jié)晶抑制沿晶斷裂。晶粒大小與應(yīng)變量成反比。

3 裂紋問題的防控措施

3.1 優(yōu)化關(guān)鍵控制點(diǎn)

在進(jìn)行正式生產(chǎn)之前，進(jìn)廠原材料必須進(jìn)行二次檢驗(yàn)，仔細(xì)核查原材料的質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)，確保原材料進(jìn)廠檢驗(yàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)不出問題。

在生產(chǎn)的過程中，相關(guān)人員需要嚴(yán)格比對設(shè)計(jì)圖紙上面的工藝要求，做好把關(guān)工作，確保生產(chǎn)工藝與指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。另外，相關(guān)人員必須掌握技術(shù)流程、要點(diǎn)，對細(xì)枝末節(jié)處進(jìn)行仔細(xì)核查，將裂紋等隱患因素消除于萌芽當(dāng)中，規(guī)避裂紋問題。

3.2 強(qiáng)化檢驗(yàn)水平

承壓類特種設(shè)備在安裝完成之后，需要按照一定標(biāo)準(zhǔn)實(shí)行驗(yàn)收工作。主要進(jìn)行二次核查，并做好相關(guān)記錄工作。若能及時(shí)發(fā)現(xiàn)承壓類特種設(shè)備內(nèi)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(fā)生。除此之外，相關(guān)人員必須做好老舊特種設(shè)備的檢查工作，并適當(dāng)?shù)財(cái)U(kuò)大檢驗(yàn)范圍。一旦發(fā)現(xiàn)老舊特種設(shè)備存在的裂紋問題突出時(shí)，必須予以及時(shí)更換。值得注意的是，相關(guān)人員最好具備一定的職業(yè)素質(zhì)，根據(jù)裂紋的形態(tài)對裂紋的性質(zhì)、影響因素進(jìn)行判斷，縮短檢驗(yàn)時(shí)間，強(qiáng)化檢驗(yàn)效率。

3.3 加強(qiáng)設(shè)備驗(yàn)收管理

對于新建或者改建的承壓類特種設(shè)備必須加強(qiáng)驗(yàn)收管理力度，最好在完工之后由專業(yè)人員參與驗(yàn)收工作，進(jìn)行嚴(yán)格核查，盡量將裂紋隱患消除于根源處。在正式驗(yàn)收過程中，相關(guān)人員需要對安裝單位的質(zhì)量管理體系進(jìn)行嚴(yán)格核實(shí)，如安裝單位資質(zhì)、設(shè)計(jì)方案等。還需要對承壓類特種設(shè)備的安裝質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格檢驗(yàn)，如原材料質(zhì)量、焊接質(zhì)量等，確保鍋爐壓力容器壓力管道的運(yùn)行安全性。

4 結(jié)論

綜上所述，受力狀態(tài)與環(huán)境條件是導(dǎo)致特種設(shè)備出現(xiàn)裂紋問題的主要因素。不光是冶金工業(yè)鍋爐壓力容器管道，任何一種設(shè)備在長時(shí)間的運(yùn)行過程中，都會(huì)出現(xiàn)疲勞效應(yīng)。一旦出現(xiàn)這種情況，勢必會(huì)使設(shè)備內(nèi)部的各個(gè)部件產(chǎn)生不同程度的疲勞磨損，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)爆炸等安全事故。為了有效規(guī)避這一情況的發(fā)生，相關(guān)人員必須切實(shí)貫徹與落實(shí)好檢驗(yàn)責(zé)任與檢驗(yàn)內(nèi)容，規(guī)避裂紋問題的出現(xiàn)。與此同時(shí)，相關(guān)人員必須做好日常檢驗(yàn)工作，按照技術(shù)規(guī)范和檢驗(yàn)規(guī)程對特種設(shè)備進(jìn)行嚴(yán)格檢驗(yàn)，確保安全運(yùn)行。