便攜式金相檢驗在承壓特種設備定期檢驗中的應用

摘 要：便攜式金相儀應用在特種設備檢驗現場，具有方便、無損等特點。金相檢驗主要目的是為了獲得符合標準要求的圖片。本文簡要介紹現場金相檢驗的主要儀器和器材，以及現場金相檢驗的操作要點。

關鍵詞：現場金相;特種設備;定期檢驗;金屬材料;鍋爐;管道

1、前言

金相檢驗是通過顯微鏡的放大作用觀察金屬材料的內部組織結構，評定產品質量的重要手段。同時也是對金屬材料和在用特種設備進行定期檢驗或失效分析的主要方法。現場便攜式金相檢驗對于承壓類特種設備（如鍋爐、壓力管道）而言，因其主要工作在設備上完成，具有無損的特點，得到很好的應用。鍋爐定期檢驗規程對于電站鍋爐主蒸汽管的焊縫和彎頭、過熱器管和閥門等需要進行硬度和金相檢查;壓力管道定期檢驗規則對工作溫度≥450℃，運行時間達到或超過6萬小時的碳鋼、低合金耐熱鋼動力管道以及運行溫度在400℃～450℃之間，時間超過8萬小時的需要進行金相和硬度抽查[2]。

金相檢驗主要目的是為了獲得符合標準要求的圖片。本文簡要介紹了現場金相檢驗的主要儀器和器材，現場檢驗的操作要點，以希望對現場金相檢測人員有參考作用。

2、便攜金相儀器和材料

現場用便攜式金相儀主要由專用顯微鏡頭、三維磁性支架、光源、WIFI圖像采集器等部件組成，儀器組裝完成后如下圖所示：

現場金相檢驗主要工作量在于檢測部位的反復磨光與拋光，以及對檢測部位的侵蝕。所使用的主要耗材和用途如下：

3、現場金相檢驗

3.1檢驗主要流程

金相檢驗主要流程如下所示：

3.2檢測部位準備

1、用安裝了砂輪片的電動角磨機去除檢驗部位的氧化皮、鐵銹、脫碳層等。檢測焊縫部位時，應打磨焊縫余高，與木材齊平。應控制打磨深度，保證部件剩余壁厚不小于其最小需用壁厚。

2、用砂紙由粗到細磨光檢測部位，每到砂紙磨光方向與上一道垂直。磨光時可戴上頭燈照射檢測部位，容易觀察到上一磨光工序的劃痕是否已完全去除。

3、用研磨膏涂至羊毛輪進行拋光，粒度由W10至W2.5依次進行，每道拋光后變換方向，可邊拋光邊噴灑無水酒精。臨近結束時，拋光力度應越來越輕，對于焊縫部位的最后拋光方向應垂直于焊縫熔合線。

3.3侵蝕

用鑷子夾持棉花團，蘸濕配制好的侵蝕液（對于碳鋼和低合金鋼而言一般用濃度為4%的硝酸酒精）從檢測部位的中心開始，以順時針涂圓圈方式向外運動，至打磨部位邊緣結束，此時順便清掃一下檢測部位邊緣，以防臟物污染檢測區。

侵蝕一般在10s至15s內，應隨時觀察檢測部位的顏色變化。侵蝕完成后即噴上無水酒精進行清洗，清洗完成用吹風筒吹干檢測部位，以免留有水漬和污染物殘留影響觀察組織形貌。

3.4組織形貌觀察與圖像采集

使用合適倍數顯微鏡進行組織形貌觀察、分析，可先用低倍數鏡頭（如50～200倍）對整個部位進行觀察，再用高倍鏡頭對細節進行觀察。

便攜式金相可以通過WIFI圖像采集器連接至手機或平板電腦進行組織形貌觀察和圖像采集。為了獲得清晰顯示的圖像，除打磨部位需要平整外，采集過程應保持鏡頭無晃動的狀況。

焊縫部位的圖像采集應包含焊縫兩側母材區、熔合線（熱影響區）和焊縫金屬區的圖像。熔合線附近是產生裂紋、局部脆性破壞的發源地[3]。金相觀察有時很難找到熔合線，此時可把鏡頭切換至低倍觀察，利用焊縫金屬和熱影響區的晶粒度差別就很容易找出。

圖像采集時應記錄物鏡的倍數參數，以便在圖像軟件處理時顯示標尺的準確性。

3.5圖像處理和評定

使用儀器廠家自配的金相分析軟件對采集所得圖像進行處理，主要工作是在圖像上加載標尺，如下圖所示：

另外根據鍋爐或管道定期檢驗規則的要求對檢測部位顯微組織的珠光體球化和石墨化進行評級，檢驗材料珠光體球化或石墨化損傷嚴重程度，確保設備在檢驗周期內的安全運行。

4、總結

便攜式金相由不需割樣損壞設備的特點，在特種設備定期檢驗現場是必不可少的儀器。要獲得一幅合格的金相照片，需要熟練掌握磨光、拋光和侵蝕等操作步驟。而對金相組織的觀察與評定，則需要具備一定金屬材料基礎知識。

參考文獻：

[1]國家質檢總局.TSG G7002-2015 鍋爐定期檢驗規則[S].北京.新華出版社，2015

[2]國家質檢總局.TSG D7005-2018 壓力管道定期檢驗規則——工業管道[S].北京.新華出版社，2018

[3]蔡宏偉.金屬材料金相檢驗[M].北京.科學普及出版社，2015

作者簡介：

檀發佳（1986—），男，工程師，從事特種設備檢驗檢測工作。