压力管道检验中的裂纹问题研究

史祖强

摘 要：在压力管道的检验排查中，承压能力的大小是检验能否达标的首要标准，而其中承压件缺陷主要表现在裂纹缺陷上，因为裂纹缺陷一旦产生会严重影响设备的正常运行，其性质异常活泼，本篇论文就如何解决裂纹产生的问题，及如何防止产生裂纹展开了深入研究。

关键词：压力管道；裂纹；缺陷

一、产生裂纹深度分析

只有对裂纹是如何产生的做好充分的分析才能掌握裂源的具体位置。裂纹的扩展方向如何，以及在一定压力状态下周围环境是否会促使裂纹产生更大的裂变等方面都是我们研究预防的重点。锅炉内的压力管道始终处于高温环境中，高温环境内的承压件是极易产生裂纹的。检验裂纹时宏观方面除了用肉眼观察外还可以借助具有放大功能的仪器观察，但是这些并不能具体的展现裂纹一些微小的形貌，还需借助电子设备比如光学显微镜，电子显微镜判断裂纹属性。一些客觀条件也会影响裂纹的产生，生产制作、加工安装、运行操作等等，一旦有任意环节不符合正规方式就会促使裂纹出现。

压力管道中出现的裂纹种类也不大相同，按照裂纹形变的过程，大小分别可分为沿晶穿晶和脆性塑性，而本篇论文以下讲到的内容主要是按裂纹的机理进行分类的。

二、机理性裂纹的种类介绍

1.应力腐蚀性裂纹。所谓应力腐蚀性裂纹，顾名思义是指压力管道在具有腐蚀环境中受到应力作用产生的裂纹。这类裂纹常见区域在盛装天然气等有酸性气体液体的管道，集装箱。在酸性浓度很大的环境中应力不需太大就会形成裂纹，而这些开裂的源头大多源自于冷加工的物质拉伸延展做违背形体的变形。应力腐蚀受力范围上与张应力垂直。生活中我们常用到的不锈钢制成的容器就是容易受到应力腐蚀的材料，不难观察到这种材料上的裂纹与秋天的树枝纹状极为相似，从尖锐的尾部开始分支。在显微镜下观察到裂纹形态是呈“之”字状，但是也有些混晶形式的裂纹是不连续的。

2.机械疲劳裂纹。机械疲劳裂纹大多产生在邮轮表面，油轮的叶轮，叶片裂纹最多，究其原因，邮轮叶轮叶片是发力次数最频繁的区域，其受到的应力很集中，多次受到负载电荷的交互运动，摩擦区域疲劳产生机械疲劳性裂纹。宏观方面，这种裂纹起初与作用力方向呈一定角度向外扩张，在作用力方向不变的情况下垂直于作用力，开始向内扩展，区域面积增大最终产生疲劳性裂纹。从微观角度来说，环境的改变，传输介质不同也会加快裂纹产生。从穿晶、混晶的程度来看，机械疲劳性裂纹属于穿晶裂纹，虽与主应力方向垂直，但从整体来看，疲劳性裂纹呈弯曲扇形分布，有些脆性高强度的钢板中还会重复出现机械疲劳裂纹，及我们通常所说的二次裂纹，作用力较浅，裂纹走向有规则的沿同一方向延展。

3.蠕变裂纹。蠕变裂纹不仅在压力管道中常见，压力容器中也时常有蠕变裂纹的产生。这种裂纹的产生是长时间的缓慢的过程，管道长期受到温度与应力的拉伸作用，在金属材料内部发生变形产生裂变。蠕变裂纹作用机理与疲劳性裂纹大致相同，都是垂直于作用力方向，但是与此不同的是这种裂纹是轴向分布的，在较宽的裂纹带中有一条貌似树木躯干的主裂纹，以主裂纹为中心向外平行发射多条细小的裂纹。蒸汽管道、集装箱座底、焊接口等高温构件的拼接部位都有蠕变裂纹的产生。借助电子显微镜的微观环境，金属材料内部都有多多少少的小孔，这些小孔无规则，不连续，是蠕变裂纹产生形变的起始阶段，裂纹两边更是有很多无规律走向的平行于焊接口方向线的细小裂纹，观察了裂纹排列方式可以更容易制定出消除裂纹的方案。

4.热疲劳裂纹。金属材料在低于拉伸强度极限的热交变应力的反复作用下，缓慢产生和扩展导致的突然断裂称为热疲劳破断，简称热疲劳。火力发电厂主要出现热疲劳损伤的部位有：喷水减温器、蒸汽管道的压力表管座、疏水管座、排汽管管座及汽包、集箱上非保护性结构管座等部位。

宏观特征：热疲劳裂纹通常起源于部件表面，萌生在热应变最大的部位。部件上产生应变集中的缺口、刀痕、孔或结构不连续部位亦促使热疲劳裂纹的萌生，但不一定要有这些应变集中的条件，表面状态对热疲劳寿命影响不大。热疲劳裂纹的起源可以是多条或单条，常萌生多条裂纹，其中一条发展为主裂纹，其它裂纹因应力松弛不再扩展或扩展很慢。高温蒸汽管道内壁受热冲击形成的裂纹，多呈网状、簇状分布，主裂纹轴向扩展，如果系统应力过大亦可沿周围方向扩展。联箱或管道插管管口受热冲击形成的裂纹，沿管口呈放射性分布，裂纹一般开口较宽，相邻有大量的伴生微裂纹，表面受氧化物影响形态不明显。热疲劳裂纹宏观形态一般较粗短、有时呈细口状，表面氧化膜有线状、网状痕迹，痕迹下部就是热疲劳裂纹。

微观形态：热疲劳裂纹的扩展极不规则，呈跳跃式，忽宽忽窄，有时还会产生分枝和二次裂纹，裂纹内氧化物疏松呈断续状。其扩展的方式有沿晶的也有穿晶的，在蠕变温度以下为穿晶扩展，在蠕变温度以上为沿晶扩展或混合型。

5.腐蚀疲劳裂纹。火力发电厂中在汽水作业环境中承载压力配件存在的另一种无效样式：侵蚀疲劳。经常发生在汽包以及集箱的底座上，底座除了承受着媒介压力还接受着管道运输的震动应力，随着时间的推迟，最后出现侵蚀疲劳开裂。

宏观特点：侵蚀疲劳和普通的疲劳还有应力侵蚀缝隙是存在差别的，侵蚀劳累缝隙差不多都是穿晶的，经常一群群的出现。伴随着侵蚀劳累程序的前进，裂缝增宽，裂缝内部存在导致输送的侵蚀物质，器皿抑或管道内部壁管随之形成侵蚀坑等。在持续扩张程序中经常存在分枝尾端比较迟钝的情况。

微观特点：因为侵蚀劳累是侵蚀媒介以及应力产生的疲劳影响，缝隙存在显著的侵蚀损坏特点，例如，缝隙比较宽、尾端不是很尖利、缝隙是穿晶的。在持续的延伸程序中一般会存在分枝，裂缝位置从管道内部出现深浅以及长短不一样的缝隙群，之后有形成环境比较适宜的主缝隙出现，而次生缝隙的前进就会受到限制，在断口中就存在不显著的劳累缝隙纹路。

总结

压力管道的检验检查活动是依靠检查、察觉管道上存在的不足，主要是裂纹问题的产生。经过认真分析总结，可以从管道材料的本质、要素等方面进行切入，用科学设备仪器检测，从而推动压力管道检检验活动的顺利开展。

参考文献：

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