承压特种设备检验检测中的裂纹问题探究

承压特种设备检验检测中的裂纹问题探究

何玉坤

广东省特种设备检测研究院韶关检测院512026

摘要：承压类特种设备的操作风险较高，操作不当可能导致安全事故甚至人员伤亡，因此，特种设备的检测至关重要。本文在强调特种承压设备检验检测必要性的基础上，分析主要特种承压设备在检验中出现的冷热裂纹、应力腐蚀裂纹、疲劳裂纹，合理用一系列针对特种承压设备的裂纹检测策略，如多种裂纹检测方法，仅供参考。

关键词：承压设备；裂纹问题；应对策略；

引言

出现裂纹问题，将直接影响到特殊承压装备的使用安全性，为此，在特殊承载装置的现场检测中，应着重注意并加以控制，基于此，对特殊压力装备在检查和检验过程中出现的裂纹进行较深的研究和探讨，同时，在特殊承压装备的检查和检测中，加强对裂纹问题的预防和控制，并加大相关对策的运用，使裂纹问题的出现概率大大降低。

1.承压类特种设备检验中的裂纹问题分析

1.1应力腐蚀裂纹

在高浓度的强碱环境中，材料的应力和腐蚀介质之间的交互作用会导致应力腐蚀裂纹的产生，该裂纹多发生在蒸汽管路及高压锅炉装置的压力容器阀座，在与碱性溶液接触后，由于碱性溶液的腐蚀作用，使其在微观尺度上产生了化学变化，换言之，在金属粒子的内层与界面处会产生一种不同的电位，从而使二者间产生一种较小的电流。这一输出电压引起了金属材料内部结构的裂纹，利用显微技术对裂纹进行观测，发现裂纹通常分为主裂纹和次裂纹，主裂纹是从金属材料颗粒内部直接扩展而来，次裂纹是从金属材料颗粒边缘扩展而来，而在水汽环境中，由于内应力的作用，最容易产生裂纹的材质是奥氏体不锈钢，裂纹的结构就表现为树枝状。

1.2疲劳裂纹

在特种承压设备的检验过程中，出现疲劳裂纹的概率相对较高，一般来说，这种类型的裂纹在应力相对集中的设备中更常见，疲劳裂纹开始时形状较小，在中后期逐渐扩展，疲劳裂纹主要有三种类型。(1)机械疲劳裂纹，承压设备运行过程中会产生震动，以及抵抗风力载荷等其他外界因素产生的震动，长年累月可能会产生疲劳裂纹，而这些裂纹大多是从装备的表面产生的，这些裂隙一般呈直线状，最初的裂隙很短，后来逐渐扩展到更长的裂隙中，裂纹多发生在局部缺陷部位，机械疲劳裂纹一般为线状，初期只有很小的范围，且随著时间的增加而逐渐扩展，相对于其它的裂纹，这种裂纹的张口较大，并且末端非常尖锐，在刚产生机械疲劳裂纹的时候，特性并不显著，很难被识别出来，随著使用年限的延长，裂纹愈来愈显著，所以，必须及时发现这类裂纹，并采取相应的对策；(2)热疲劳裂纹，主要发生在金属材料在较低抗拉强度条件下应力作用时，逐渐形成裂纹；(3)腐蚀疲劳裂纹，在腐蚀与应力的共同作用下，随着时间的推移，裂纹开始变大变宽，在压力管路的内侧形成小凹陷，主要发生在汽鼓和底盘的管座上，由于这些设备长期受力并与腐蚀性物质接触，最终形成腐蚀疲劳裂纹。

1.3过热过冷裂纹

特种承压设备中使用的金属板原材料在加工过程中需要经过轧制、焊接、冷却等多道工序，不可避免地需要不同的温度环境，在这个过程中，温度变化很大，容易出现过热和过热问题，导致金属材料逐渐出现裂纹，通常，过热会导致晶体氧化或熔化，从而形成过热裂纹，如果金属材料的加热温度已经高于材料的临界温度，则过热裂纹的可能性很高，如果材料经过加热处理后继续冷却，例如焊接操作后进入冷却阶段，也可能导致金属材料出现裂纹，而这类裂纹隐蔽性强，不容易被发现，因此安全隐患的可能性更大，由于热裂纹和金属结晶的同步发生，热裂纹可以表现出晶格破坏特性，尤其是当焊缝长时间暴露在空气中时，它可以呈现黑蓝色或蓝色，出现冷裂纹的可能性通常很低，仅在低温或焊接后很长一段时间后出现，它还具有隐蔽性强、难以探测和难以探测的特点，然而，一旦出现冷裂纹，极有可能造成严重伤害。

1.4焊接裂纹

承压特种设备的焊接工作中经常出现焊接裂纹，承压特种设备由于焊接工艺复杂，焊接内容多样，焊接裂纹的风险也随之增加，焊接裂纹产生的主要原因有：(1)材质方面的缺陷，若所使用的焊材或焊机有品质问题，则会造成焊机作业延误，进而影响成效；(2)人员是焊接工作中的主要力量，其整体素质如何，对工作的效率与质量有直接的影响，所以，若作业人员自身没有足够的知识或技能，就会造成作业中的疏漏，很容易造成焊缝开裂，焊接裂纹的出现会引起传输介质泄露等安全问题，这不但会影响到设备自身的安全性，而且还会严重影响到设备的总体运行稳定性和使用寿命。

2.承压特种设备检验检测中裂纹问题的处理策略探究

2.1合理使用多种裂纹检验方法

第一，宏观检查，应结合照明设备的使用，对特种承压设备的内外表面进行全面检查，在此过程中，裂纹检查应集中在焊接位置、冲击载荷位置和承受交变载荷的位置等区域；第二，表面裂纹检测，在PT和MT表面检测方法的支持下，确定压力部件表面是否存在裂纹，发现裂纹后，进行抛光处理，并根据抛光坑深度和壁厚余量确定相应的裂纹等级；第三，声发射检测，这种检测方法更多地应用于特种承压设备裂纹的活动检测，在实践中，根据声发射源的活动性和强度对声发射源级别进行分类。

2.2定期检验

承压设备的定期检验通常侧重于宏观检查、壁厚测量、表面缺陷检测和安全附件检查，如有必要，增加埋藏缺陷检测、材料分析、密封件检查、强度校核、压力测试、泄漏测试等项目，通过裂纹检查，检验员可以了解压力炉的整体运行状态和其自身使用寿命的消耗，包括容器和管道在正常运行过程中的磨损和腐蚀；其次，在进行定期检查的过程中，检验员应依靠辅助设备进行认真、严格和全面的检查，必须避免仅仅依靠肉眼粗略的检查，必要时，应使用相关检验方法对埋藏缺陷进行检测，并对压力容器、压力管道、锅炉等的埋藏缺陷加以检测，使小裂纹和生产残留物无处藏身，设备在定期检验过程中的磨损、腐蚀、裂纹等具体情况必须仔细记录并附上详细的图片，以便通过磨损和腐蚀来计算压力容器的整体使用寿命，同时，检验员在例行检验时，应始终保持一种严谨、有责任心的态度，最好事先准备好有关的检验方案，按照计划内容，对整个容器、管道和锅炉设备展开测试，能够极大地避免漏检、错检或漏项，从而保证每一个细节的安全和质量，具体包括容器的内外部、管道连接、管道内外壁等。

2.3强化设备、零件以及原材料的检验工作

为了防止特种压力设备中裂纹的形成，要注意相关设备、零件和原材料的检查工作，其中，加强对设备、零部件和原材料的检查，可以确保设备、零部件、原材料的质量符合承压特种设备的生产制造要求，以最大限度地降低承压特种设备出现裂纹的概率，提高其安全性和可靠性。在生产制造阶段，应按照标准或既定要求进行相关质量检查，重点应放在特种压力设备原材料的检查上；另外，在确认了原料的质量达到了有关标准之后，还需对各部件的质量做细致的检测，以免由于部件的问题而导致整体的质量受到影响，与此同时，在制造特种承压装备的时候，与之相对应的生产制造工艺也应该是合理的、科学的，并对其进行严格的控制，以保证承压特种装备的生产质量与现实需求相一致，同时也可以保证高压专用装备的可靠性；最后，在特殊承压装备的制造过程中，可以聘请第三方组织对装备进行监理和检验，以减少裂纹在设备中出现的概率。

2.4提高操作人员的技能水平

承压设备及其管道系统通常在高温、高压的工作条件下工作，大部分的裂纹都是由于内压的剧烈或者短时间内的变化所造成，这与操作人员有直接的联系，比如，在承压设备起动、运转和停机过程中，必须达到平滑的转换，这个过程需要承压设备的温度缓慢变化，在单位时间内减小温差，防止因温升剧烈变化引起的交变内应力不均匀而产生裂纹，若操作人员未经过专门的教育与训练，对作业标准与方法不熟悉，则会造成作业失误与不规范，造成承压设备与管路的压力与温度不能控制在规定范围之内，承压设备及管路的材料加速疲劳，因此，要加强对承压设备操作人员的专业知识教育和操作规范培训，制定适当的评估方法，从操作的角度尽量避免裂纹的发生。

结束语

总之，在特种承压设备的应用过程中，各种设备可能会出现由应力、疲劳或过冷、过热等多种因素引起的裂纹问题，从而逐渐导致更严重的问题，因此，要分析裂纹问题的具体情况，加强各种控制措施，以降低裂纹问题的可能性，如果已经出现，应进行科学合理的处理，以提高特种承压设备的使用效果和设备的整体运行安全。

参考文献

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