徐优

盘锦中瑞无损检测有限公司辽宁盘锦

摘要：由于压力管道和压力容器承受的压力值较大，长期处于高温高压下运行。一旦出现裂缝，将严重威胁工厂的生产安全和工人的生命安全，所以在加工过程中，一定要重视压力管道和压力容器的裂纹检测，确保压力管道和压力容器的质量满足要求。其质量受影响的因素较多，如果设备的质量不能满足要求，随着时间的推移可能会出现裂纹。对于压力容器和管道而言，内部出现裂纹是致命的质量隐患和安全隐患，可能会导致设备爆炸等安全事故，所以一定要重视裂纹的检测工作，合理应用无损检测技术及时发现压力容器的安全隐患，并结合其裂纹类型深入分析压力容器和压力管道出现裂纹的原因，并采取有效的措施进行预防，提升压力容器和压力管道的质量，进一步促进我国工业建设的发展。

关键词：压力容器；管道裂纹；检验；无损检测技术；应用

引言

锅炉的生产效率与压力容器和管道的质量密切相关。如果压力容器和压力管道破裂损坏，肯定会影响锅炉的安全运行。因此，有必要对锅炉的压力容器和管道进行全面检查，加强锅炉的运行管理，确保压力容器和管道的裂纹能够及时解决。分析压力容器和管道裂纹的原因和类型，需要结合实践和理论知识制定具体的处理措施，以保证锅炉的安全稳定运行。

1压力容器管道的常见裂纹分析

1.1应力腐蚀裂纹

腐蚀裂纹是一种常见的裂纹类型，它与内外应力和腐蚀介质的共同作用有关。常见于锅炉汽水管道和容器座，主要绑扎在管道外。根据研究，由于热水介质对管道本身的影响，锅炉系统长期运行后，管道容易受到内部热水的定向腐蚀，流动的水介质具有一定的压力。当管道外表面的压力值超过该区域的应力极限时，必然会引起压力管道的外部变形和开裂。

1.2机械疲劳裂纹

机械疲劳裂纹常见于锅炉辅助系统中的叶轮、叶片、轴等旋转机械零件。这种裂纹形成主要包括两个阶段，具体分为长裂纹扩展初期和切向裂纹形成后期。因此，机械疲劳裂纹的形成与锅炉的运行时间有关。在初始阶段，主要表现为应变响应的积累，导致长的机械疲劳裂纹，具有明显的外部特征。

1.3蠕变裂纹

由于高温和应力粘结的长期影响，压力管道容易发生蠕变开裂，导致管道金属结构的破坏和管道部分区域的变形，降低了压力管道的安全性。通常蠕变开裂多发生在集箱热影响区、高温蒸汽管、加热膨胀管等区域。蠕变特性非常明显，裂纹方向多垂直于最大拉应力，裂纹的走向通常比较曲折，出现裂纹的面积较大，且大部分裂纹平行排列，大部分主裂纹位于裂纹中间。蠕变问题也有一些细微的特征，比如蠕变孔洞，一些不规则的孔洞会分布在裂纹区域，而裂纹孔洞的形状一般为椭圆形。此外，焊缝破损区域裂纹的排列相当特殊，大部分与焊缝方向平行分布。裂纹会沿焊缝表面向焊缝内容物扩展，主裂纹两侧平行的微裂纹会沿晶粒分布并向主裂纹边界扩展，形成裂纹区。

1.4焊接裂纹

目前我国使用的锅炉、压力容器和压力管道大多采用金属板焊接，因此锅炉承压设备的焊接裂纹在承受压力后容易产生裂纹，而裂纹产生的影响因素多集中在高温环境下管道结构强度的降低，以及承受压力后的热裂纹现象。通常，锅炉制造完成后，需要静置冷却后才能投入使用。因此，在制造锅炉时，也会带来冷裂纹，影响锅炉运行的安全性。由于焊接时氢元素会与金相组织接触，在焊接冷却时，奥氏体会慢慢转变为铁元素，此时管道结构中的氢元素会逐渐向中间靠近，在焊接冷却时形成氢裂纹。

2压力容器管道焊接裂纹的发生原因

2.1裂纹发生原因

用压力容器焊接管道时，焊缝金属会凝固。如果温度过高，会直接导致开裂。主要原因是这种裂纹主要引起晶体间的裂纹。造成这种裂纹的原因主要是管道受热均匀，受到冷却作用，在热应力的影响下形成熔池晶体。因此，在不同的结晶时间范围内，不同的晶体会产生不同的杂质，先结晶的金属纯度较高。但随着时间的推移，金属的纯度会降低，在结晶过程中会形成大量的金属杂质，这些杂质具有团聚的特性，当接触到它时，就会出现晶间膜，地带出现并出现热裂纹。

2.2材料与环境

焊接材料本身包含着诸多化学成分在管道焊接区域，如果材料不符合相应标准或是局部应用过于集中，此类质量隐患就会直接关系到管道的运行质量，所以材料环境应该成为施工之前的首要工作。从环境角度来看，现场施工受到气候条件的影响非常明显，长期处于低温环境中，会让管道焊接部位有裂纹产生地风险；长期处于湿度较大的环境下，会让空气中的水分明显增加，让焊接部位出现气孔等质量问题。

3压力容器压力管道裂纹的防治措施

3.1提高生产材料和制作的科学性

其中之一是加强生产资料管控。高压管道长期处于高强度运行状态，因此对自身材料的要求比较高。采购人员必须加强选材和分析，选择可靠的大型供应商，以匹配管材压力。其次，要加强压力管道的生产。一方面，要严格核对设计图纸。相应的技术人员应根据具体的设计条件，对压力管道设计图纸的科学性和有效性进行分析。压力管道的图纸和使用。另一方面，要提高生产人员的能力。在制造过程中，必须严格按照制造工艺或制造标准进行。在制造过程中，还需要对出料线中经常出现的裂纹进行分析，以提高出料线的质量，减少裂纹的发生。

3.2增强压力容器压力管道的生产制作质量

加强锅炉的有效质量控制也非常重要。因此，在测试锅炉管道系统的过程中，应建立可靠的互检程序和自检程序，并建立严格的监控系统。一旦出现问题，可以迅速制定出一套有效的解决方案，同时可以将锅炉、压力容器和压力管道检查中出现裂纹的可能性降到最低[4]。此外，还要加强锅炉安装过程中的质量控制，对焊接的主要压力部件进行x光检查，找出焊接中各种情况产生的问题。一般问题应修复，第二个不合格工件将禁止使用。这项工作应由当地锅炉检验人员监督，只有胶片图像合格后，才能顺利进行下一步工作。对接组装合格的气瓶及附件，完成总装前的所有任务，按生产工艺要求做好组装记录，锅炉部件组装调试前填写相关资料。

3.3加强温度的的控制

由于锅炉和压力容器的压力管道连续运行且温度较高，以及其他一些因素的影响，容易产生裂纹。所以，在压力管道裂纹问题进行处理的过程中，我们应严格控制温度变化，并对运行环境进行改善，如在生产区域之内安置相应的降温设备，从而避免因为升温出现裂纹。同时，在实际检验过程中，如果温度较高，也应及时停止容器的运行，及时进行降温处理，只有这样，才能更好的控制裂纹问题的出现。

3.4强化裂纹区域的控制

第一，在采取防护措施时，可将冷裂纹作为裂纹防护的依据。为了帮助增加管道的延展性，可以使用碱性覆盖电极来抑制管道中氢分子的含量，以缩减其中含量。在这个过程中，必须严格按照有关标准和规定进行应力分布，加强焊后热处理，降低金属的冷却速度。在管道上焊接前，需要智能地使用预热技术。焊接工作完成后，必须验收。开启缓冷模式，确保焊材干燥。在焊接过程中，必须彻底清除接头中的污染物。焊接完成后，必须根据焊接情况采取适当措施去除氢分子。在处理裂缝的过程中，必须从以下几个方面着手。我们必须按照焊接顺序，使用碱性焊剂来减少焊缝中的杂质。依靠热敏材料降低预热温度并减少焊接应力。

4压力容器管道裂纹检验常用的无损检测技术应用

4.1超声波检测技术

超声波检测技术是利用超声波检测的技术，也就是说利用频率高于20KHZ的声波进行检测，如果工件中存在缺陷，那么缺陷和金属材料中一定形成一个不同介质的交界面，交界面之间的声阻抗不同，当发射的超声波遇到这个界面之后，就会发生反射,反射回来的能量又被探头接受到，我们根据这个反射信号在屏幕中的位置对被检工件进行评定。

这种检测技术被广泛应用到压力容器和压力管道的裂纹检测。为提升其检测效果，在应用该技术时要掌握以下要点：1、超声波检测收表面耦合好坏限制较大，被检工件表面需处理的平滑光洁，探头表面不能有异物；2、若缺陷在工件中存在的角度与探头释放超声波的角度一致或相近，可能造成回波信号很弱甚至检测不到回波信号，所以检测高温高压高危介质管线容器时尽量在检测过程中选择多角度探头进行检测；3、裂纹反射回波的波峰多尖锐，很多裂纹信号的端角还会产生分叉信号，虽然能从经验上初步判断缺陷性质，但从原理上无法识别缺陷信号是否一定为裂纹信号，在确定缺陷性质时，可采用其他无损检测手段严重缺陷性质，如X射线/γ射线检测。

4.2X射线/γ射线检测

射线法是检测压力管道焊缝的主要方法之一。其原理是利用缺陷与周围金属对射线的吸收率不同，使X射线或γ射线的透射强度发生变化，从而检测缺陷及其位置。目前主要采用中心透照法对主管路环焊缝进行射线探伤。辐射源安装在自行式履带车上。其主要优点是灵敏度高，工作效率高。外部辐照设备用于焊接接头和弯头，返工和测试小直径焊缝。目前，X射线胶片探伤主要用于高压容器管道的焊接。这种方法虽然比较直观，但需要大量的X光片。设计大多是在野外或户外完成，这使得拍摄和开发变得更加困难。而且对人体有辐射危害，管道建设完成后还需要大量的空间存储这些胶片，导致消耗大量的人力和物力。伴随DR（X射线数字成像）技术在工业领域应用的成熟，国外已经在部分压力容器管道建设中采用DR技术取代胶片射线检测。国内管道环焊缝检测方面，DR技术还没有在管道工程中大规模应用，仅在一些工程中进行了工业试验和小规模试用，目前在中俄东线工程准备大规模推广DR检测技术，但还存在着设备投资成本高、装备体积大、现场效率低于传统胶片射线检测、检测数据格式不统一、无法现场上传数据等问题。射线法对于裂纹的检测多数是比较直观的，可以解决超声波检测中无法确定缺陷性质的问题。射线法检测裂纹需要注意以下几点：1、X射线检测在保证穿透力的前提下，尽量遵循低电压长时间原则，以保证灵敏度；2、γ射线检测中应根据标准采用高质量底片3、暗室处理中洗片药水应该一定时间或洗一定片数后进行更换，不能为了节约成本，虽然洗片数量不多，但长时间存放后再洗片，影响底片质量。

4.3TOFD和相控阵检测

TOFD（超声波衍射时差法）和相控阵检测也都是超声波检测，但TOFD与传统的超声检测区别是，TOFD是用超声波的衍射波进行检测，超声波检测是用超声波的反射波进行检测。衍射波检测的特点是：灵敏度高，缺陷定位定深定高准，无方向性可在任意位置接收，能在一定程度上确定缺陷性质。

相控阵检测技术和传统手工超声波检测的原理相同，都是利用超声波反射法对被检工件进行检测，不同的是，传统的超声波检测使用单件探头来偏转声束。在某些情况下，双晶片或单元件聚焦探头也用于减少盲点和提高分辨率。但无论如何，超声波场在介质中以一个角度沿轴传播。单角度扫描限制了不同方向的定性和定量超声检测的可能性。因此，最“有效”的标准需要使用多角度光束扫描来提高检测速度。然而，对于复杂的几何形状、大壁厚或有限的探头扫描空间难以实现检测，因此需要多元件相控阵探头和电子聚焦声束来满足上述情况下的检测要求。相控阵探头可实现角度偏转和动态聚焦，这就使超声波检测从二维方向移动变成一维方向移动，可以外置编码器以实现图像存储，经过对A扫、B扫、C扫或D扫图像的分析可有效地检出各种面状缺陷和体积型缺陷。检测结果还可以三维图像显示，为缺陷定位、定量、定性、定级等提供了丰富的信息。上述TOFD检测技术也可实现图像存储，这就为后续的复核与校验提供条件，使得检测结果有效可查询。

结束语

我国涉及工业生产的压力容器和管道越来越多，运行条件相当苛刻，长期处于高温高压作用下，会导致安全隐患，一旦出现裂纹则在后期使用中可能导致爆炸事故，所以需要重视容器和管道裂纹检测工作，深入分析产生压力容器和管道裂纹的原因，并采取有效的措施控制容器和管道裂纹。为提升设备质量、规范人员操作，在应用检测技术时要采用先进的无损检测技术，并掌握其检测要点，合理选用检测方法，确保检测结果的准确度和工业生产的安全性，进一步促进我国工业化的发展。

参考文献：

[1]杨秋萍,黄亚男.锅炉压力容器压力管道检验中的裂纹问题研究[J].中国金属通报,(12):-.

[2]黄亚飞.锅炉压力容器压力管道检验中裂纹问题分析[J].冶金管理,(21):51+94.

[3]魏伟.锅炉压力容器管道检验中的裂纹问题与对策[J].中国高新科技,(21):71+79.

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