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壓力容器及管道常見(jiàn)裂紋類(lèi)型及其無(wú)損檢測(cè)技術(shù)
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加入時(shí)間：2024-12-12 15:34:40 點(diǎn)擊：次 |
| 由于壓力容器及管道長(zhǎng)期處于高溫高壓下運(yùn)行，一旦出現(xiàn)裂紋，將嚴(yán)重威脅工廠(chǎng)的正常生產(chǎn)和工作人員的生命安全，所以在加工過(guò)程中，一定要重視壓力容器及管道的裂紋檢測(cè)，確保壓力容器及管道的質(zhì)量滿(mǎn)足要求。合理應(yīng)用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)及時(shí)發(fā)現(xiàn)壓力容器的安全隱患，并結(jié)合其裂紋類(lèi)型深入分析壓力容器及管道出現(xiàn)裂紋的原因，并采取有效的措施進(jìn)行預(yù)防，對(duì)于提升壓力容器及管道的質(zhì)量，進(jìn)一步促進(jìn)我國(guó)工業(yè)建設(shè)的發(fā)展意義重大。
壓力容器及管道常見(jiàn)裂紋類(lèi)型
應(yīng)力腐蝕裂紋
應(yīng)力腐蝕裂紋是一種常見(jiàn)的裂紋類(lèi)型，它與內(nèi)外應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)的共同作用有關(guān)。常見(jiàn)于鍋爐汽水管道和容器座，主要綁扎在管道外。根據(jù)研究，由于熱水介質(zhì)對(duì)管道本身的影響，鍋爐系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行后，管道容易受到內(nèi)部熱水的定向腐蝕，流動(dòng)的水介質(zhì)具有一定的壓力。當(dāng)管道外表面的壓力值超過(guò)該區(qū)域的應(yīng)力極限時(shí)，必然會(huì)引起壓力管道的外部變形和開(kāi)裂。
機(jī)械疲勞裂紋
機(jī)械疲勞裂紋常見(jiàn)于鍋爐輔助系統(tǒng)中的葉輪、葉片、軸等旋轉(zhuǎn)機(jī)械零件。這種裂紋形成主要包括兩個(gè)階段，具體分為長(zhǎng)裂紋擴(kuò)展初期和切向裂紋形成后期。因此，機(jī)械疲勞裂紋的形成與鍋爐的運(yùn)行時(shí)間有關(guān)。在初始階段，主要表現(xiàn)為應(yīng)變響應(yīng)的積累，導(dǎo)致長(zhǎng)的機(jī)械疲勞裂紋，具有明顯的外部特征。
蠕變裂紋
由于高溫和應(yīng)力粘結(jié)的長(zhǎng)期影響，壓力管道容易發(fā)生蠕變開(kāi)裂，導(dǎo)致管道金屬結(jié)構(gòu)的破壞和管道部分區(qū)域的變形，降低了壓力管道的安全性。通常蠕變開(kāi)裂多發(fā)生在集箱熱影響區(qū)、高溫蒸汽管、加熱膨脹管等區(qū)域?。蠕變特性非常明顯，裂紋方向多垂直于******拉應(yīng)力，裂紋的走向通常比較曲折，出現(xiàn)裂紋的面積較大，且大部分裂紋平行排列，大部分主裂紋位于裂紋中間。蠕變問(wèn)題也有一些細(xì)微的特征，比如蠕變孔洞，一些不規(guī)則的孔洞會(huì)分布在裂紋區(qū)域，而裂紋孔洞的形狀一般為橢圓形。此外，焊縫破損區(qū)域裂紋的排列相當(dāng)特殊，大部分與焊縫方向平行分布。裂紋會(huì)沿焊縫表面向焊縫內(nèi)容物擴(kuò)展，主裂紋兩側(cè)平行的微裂紋會(huì)沿晶粒分布并向主裂紋邊界擴(kuò)展，形成裂紋區(qū)。
焊接裂紋
目前我國(guó)使用的壓力容器及管道大多采用金屬板焊接，因此鍋爐承壓設(shè)備的焊接部位在承受壓力后容易產(chǎn)生裂紋，而裂紋產(chǎn)生的影響因素多集中在高溫環(huán)境下管道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的降低，以及承受壓力后的熱裂紋現(xiàn)象。通常，鍋爐制造完成后，需要靜置冷卻后才能投入使用，而在制造鍋爐時(shí)，也會(huì)帶來(lái)冷裂紋，影響鍋爐運(yùn)行的安全性。由于焊接時(shí)氫元素會(huì)與基體組織接觸，在焊接冷卻時(shí)，奧氏體會(huì)慢慢轉(zhuǎn)變?yōu)殍F元素，此時(shí)管道結(jié)構(gòu)中的氫元素會(huì)逐漸向中間靠近，在焊接冷卻時(shí)形成氫裂紋。
預(yù)防措施
提高生產(chǎn)材料和制造的科學(xué)性
其一是加強(qiáng)生產(chǎn)資料管控。高壓管道長(zhǎng)期處于高強(qiáng)度運(yùn)行狀態(tài)，因此對(duì)自身材料的要求比較高。采購(gòu)人員必須加強(qiáng)選材及分析，選擇可靠的大型供應(yīng)商，以匹配管材壓力。其次是加強(qiáng)生產(chǎn)制造管控。一方面，要嚴(yán)格核對(duì)設(shè)計(jì)圖紙。相應(yīng)的技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)具體的設(shè)計(jì)條件，對(duì)壓力管道設(shè)計(jì)圖紙的科學(xué)性和有效性進(jìn)行分析。另一方面，要提高生產(chǎn)人員的能力。在制造過(guò)程中，必須嚴(yán)格按照制造工藝或制造標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。在制造過(guò)程中，還需要對(duì)出料線(xiàn)中經(jīng)常出現(xiàn)的裂紋進(jìn)行分析，以提高出料線(xiàn)的質(zhì)量，減少裂紋的發(fā)生。
增強(qiáng)質(zhì)量控制
加強(qiáng)鍋爐的有效質(zhì)量控制也非常重要。因此，在測(cè)試鍋爐管道系統(tǒng)的過(guò)程中，應(yīng)建立可靠的互檢程序和自檢程序，并建立嚴(yán)格的監(jiān)控系統(tǒng)。一旦出現(xiàn)問(wèn)題，可以迅速制定出一套有效的解決方案，同時(shí)可以將檢查中出現(xiàn)裂紋的可能性降到最低。此外，還要加強(qiáng)鍋爐安裝過(guò)程中的質(zhì)量控制，對(duì)焊接的主要壓力部件進(jìn)行X射線(xiàn)檢測(cè)，找出焊接中各種情況產(chǎn)生的問(wèn)題。一般問(wèn)題應(yīng)予以修復(fù)，出現(xiàn)第二個(gè)不合格工件將被禁止使用。這項(xiàng)工作應(yīng)由當(dāng)?shù)劐仩t檢驗(yàn)人員監(jiān)督，只有膠片圖像合格后，才能順利進(jìn)行下一步工作。對(duì)接組裝合格的氣瓶及附件，完成總裝前的所有任務(wù)后需按生產(chǎn)工藝要求做好組裝記錄，鍋爐部件組裝調(diào)試前也需認(rèn)真填寫(xiě)相關(guān)資料。
加強(qiáng)溫度控制
由于壓力容器及管道連續(xù)運(yùn)行且溫度較高，以及其他一些因素的影響，容易產(chǎn)生裂紋，所以應(yīng)嚴(yán)格控制溫度變化，并對(duì)運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行改善，如在生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)安置相應(yīng)的降溫設(shè)備，從而避免因?yàn)樯郎爻霈F(xiàn)裂紋。同時(shí)，在實(shí)際檢驗(yàn)過(guò)程中，如果溫度較高，也應(yīng)及時(shí)停止容器的運(yùn)行，及時(shí)進(jìn)行降溫處理，只有這樣，才能更好的控制裂紋問(wèn)題的出現(xiàn)。?
強(qiáng)化裂紋區(qū)域的控制
在采取防護(hù)措施時(shí)，可將冷裂紋作為裂紋防護(hù)的依據(jù)。為了幫助增加管道的延展性，可以使用堿性覆蓋電極來(lái)抑制管道中氫分子的含量。在這個(gè)過(guò)程中，必須嚴(yán)格按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定進(jìn)行應(yīng)力分布，加強(qiáng)焊后熱處理，降低金屬的冷卻速率。在對(duì)管道進(jìn)行焊接前，需要智能地使用預(yù)熱技術(shù)。焊接工作完成后，必須驗(yàn)收。開(kāi)啟緩冷模式，確保焊材干燥。在焊接過(guò)程中，必須徹底清除接頭中的污染物。焊接完成后，必須根據(jù)焊接情況采取適當(dāng)措施去除氫分子。
壓力容器管道裂紋檢驗(yàn)常用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)
超聲波檢測(cè)技術(shù)
超聲波檢測(cè)技術(shù)是利用頻率高于20KHz的聲波進(jìn)行檢測(cè)，如果工件中存在缺陷，那么缺陷和金屬材料中一定會(huì)形成一個(gè)不同介質(zhì)的交界面，交界面之間的聲阻抗不同，當(dāng)發(fā)射的超聲波遇到這個(gè)界面之后，就會(huì)發(fā)生反射，反射回來(lái)的能量又被探頭接受到，我們根據(jù)這個(gè)反射信號(hào)在屏幕中的位置對(duì)被檢工件進(jìn)行評(píng)定。這種檢測(cè)技術(shù)被廣泛應(yīng)用到壓力容器和壓力管道的裂紋檢測(cè)。為提升其檢測(cè)效果，在應(yīng)用該技術(shù)時(shí)要掌握以下要點(diǎn)：(1) 超聲波檢測(cè)受表面耦合好壞限制較大，被檢工件表面需處理的平滑光潔，探頭表面不能有異物；(2) 若缺陷在工件中存在的角度與探頭釋放超聲波的角度一致或相近，可能造成回波信號(hào)很弱甚至檢測(cè)不到回波信號(hào)，所以檢測(cè)高溫高壓高危介質(zhì)管線(xiàn)容器時(shí)盡量在檢測(cè)過(guò)程中選擇多角度探頭進(jìn)行檢測(cè)；(3) 裂紋反射回波的波峰多尖銳，很多裂紋信號(hào)的端角還會(huì)產(chǎn)生分叉信號(hào)，雖然能從經(jīng)驗(yàn)上初步判斷缺陷性質(zhì)，但從原理上無(wú)法識(shí)別缺陷信號(hào)是否一定為裂紋信號(hào)，在確定缺陷性質(zhì)時(shí)，可采用其他無(wú)損檢測(cè)手段驗(yàn)證缺陷性質(zhì)，如X射線(xiàn)/γ射線(xiàn)檢測(cè)。?
X射線(xiàn)/γ射線(xiàn)檢測(cè)
射線(xiàn)法是檢測(cè)壓力管道焊縫的主要方法之一。其原理是利用缺陷與周?chē)饘賹?duì)射線(xiàn)的吸收率不同，使X射線(xiàn)或γ射線(xiàn)的透射強(qiáng)度發(fā)生變化，從而檢測(cè)缺陷及其位置。目前主要采用中心透照法對(duì)主管路環(huán)焊縫進(jìn)行射線(xiàn)探傷。輻射源安裝在自行式履帶車(chē)上。其主要優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，工作效率高。外部輻照設(shè)備用于焊接接頭和彎頭，返工和測(cè)試小直徑焊縫。目前，X射線(xiàn)膠片探傷主要用于高壓容器管道的焊接。這種方法雖然比較直觀(guān)，但需要大量的膠片。而檢測(cè)工作很多會(huì)在野外或戶(hù)外完成，這使得拍攝和沖洗膠片變得更加困難，而且對(duì)人體有輻射危害，管道建設(shè)完成后還需要大量的空間存儲(chǔ)這些膠片，導(dǎo)致消耗大量的人力和物力。伴隨DR（X射線(xiàn)數(shù)字成像）技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的成熟，國(guó)外已經(jīng)在部分壓力容器管道建設(shè)中采用DR技術(shù)取代膠片射線(xiàn)檢測(cè)。國(guó)內(nèi)管道環(huán)焊縫檢測(cè)方面，DR技術(shù)還沒(méi)有在管道工程中大規(guī)模應(yīng)用，僅在一些工程中進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)和小規(guī)模試用，目前在中俄東線(xiàn)工程準(zhǔn)備大規(guī)模推廣DR檢測(cè)技術(shù)，但還存在著設(shè)備投資成本高、裝備體積大、現(xiàn)場(chǎng)效率低于傳統(tǒng)膠片射線(xiàn)檢測(cè)、檢測(cè)數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一、無(wú)法現(xiàn)場(chǎng)上傳數(shù)據(jù)等問(wèn)題。射線(xiàn)法對(duì)于裂紋的檢測(cè)多數(shù)是比較直觀(guān)的，可以解決超聲波檢測(cè)中無(wú)法確定缺陷性質(zhì)的問(wèn)題。射線(xiàn)法檢測(cè)裂紋需要注意以下幾點(diǎn)：(1) X射線(xiàn)檢測(cè)在保證穿透力的前提下，盡量遵循低電壓長(zhǎng)時(shí)間原則，以保證靈敏度；(2)?γ射線(xiàn)檢測(cè)中應(yīng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)采用高質(zhì)量底片；(3) 暗室處理中洗片藥水應(yīng)該一定時(shí)間或洗一定片數(shù)后進(jìn)行更換，不能為了節(jié)約成本，雖然洗片數(shù)量不多，但長(zhǎng)時(shí)間存放后再洗片，影響底片質(zhì)量。?
TOFD和相控陣檢測(cè)
TOFD（超聲波衍射時(shí)差法）和相控陣檢測(cè)也都是超聲波檢測(cè)，但TOFD與傳統(tǒng)的超聲檢測(cè)區(qū)別是，TOFD是用超聲波的衍射波進(jìn)行檢測(cè)，超聲波檢測(cè)是用超聲波的反射波進(jìn)行檢測(cè)。衍射波檢測(cè)的特點(diǎn)是：靈敏度高，缺陷定位定深定高準(zhǔn)，無(wú)方向性可在任意位置接收，能在一定程度上確定缺陷性質(zhì)。相控陣檢測(cè)技術(shù)和傳統(tǒng)手工超聲波檢測(cè)的原理相同，都是利用超聲波反射法對(duì)被檢工件進(jìn)行檢測(cè)，不同的是，傳統(tǒng)的超聲波檢測(cè)使用單件探頭來(lái)偏轉(zhuǎn)聲束。在某些情況下，雙晶片或單元件聚焦探頭也用于減少盲點(diǎn)和提高分辨率。但無(wú)論如何，超聲波場(chǎng)在介質(zhì)中以一個(gè)角度沿軸傳播。單角度掃描限制了不同方向的定性和定量超聲檢測(cè)的可能性。因此，最“有效”的標(biāo)準(zhǔn)需要使用多角度光束掃描來(lái)提高檢測(cè)速度。然而，對(duì)于復(fù)雜的幾何形狀、大壁厚或有限的探頭掃描空間難以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)，因此需要多元件相控陣探頭和電子聚焦聲束來(lái)滿(mǎn)足上述情況下的檢測(cè)要求。相控陣探頭可實(shí)現(xiàn)角度偏轉(zhuǎn)和動(dòng)態(tài)聚焦，這就使超聲波檢測(cè)從二維方向移動(dòng)變成一維方向移動(dòng)，可以外置編碼器以實(shí)現(xiàn)圖像存儲(chǔ)，經(jīng)過(guò)對(duì)A掃、B掃、C掃或D掃圖像的分析可有效地檢出各種面狀缺陷和體積型缺陷。檢測(cè)結(jié)果還可以三維圖像顯示，為缺陷定位、定量、定性、定級(jí)等提供了豐富的信息。與上述TOFD檢測(cè)技術(shù)一樣也可實(shí)現(xiàn)圖像存儲(chǔ)，這就為后續(xù)的復(fù)核與校驗(yàn)提供條件，使得檢測(cè)結(jié)果有效可查詢(xún)。 |
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