冶金工业炉高压容器压力管道检验中的裂纹问题研究

（宝鸡市质量技术检验检测中心，陕西 宝鸡 721013）

特种设备的运行涉及人身及财产安全，安全运行是重中之重。对于冶金工业锅炉、压力容器及压力管道（以下称承压类特种设备）而言，一旦在运行过程中出现裂纹问题，势必会带来安全隐患。无论是对现场的工作人员，还是对企业的经济效益，均会造成不同程度的负面影响[1]。为了确保承压类特种设备的安全运行，检验人员就必须做好相关检验工作，尽量排除发现存在的缺陷隐患，将各种风险及时控制在萌芽当中。

1 开展检验工作的必要性分析

一般来说，承压类特种设备自身的结构较为特殊，容易受到外界环境、运行压力温度与介质等因素的影响，出现不同程度的隐患问题。严重时，甚至会引发安全事故。检验工作是有一定必要性的[2]。这就要求检验人员严格按照技术规范和检验规程对特种设备进行检验，根据设备内部结构特征，核查设备是否处于正常的运作状态中，确保其的运行安全性。

2 冶金工业锅炉易产生裂纹问题及原因

2.1 应力腐蚀裂纹

图1 应力腐蚀裂纹

应力腐蚀裂纹是指金属材料在某些特定介质和拉应力共同作用下所发生的延迟破裂现象。从表面上看，无明显的均匀腐蚀痕迹。所观察到的应力腐蚀裂纹呈龟裂形式，断断续续：如果在焊缝表面上，多以横向裂纹出现。若深入金属内部观察其形状如同树根样；若从断口形态看，属脆性断口特点。

2.2 疲劳裂纹

一般来说，某些材料在连续交变应力（疲劳应力）作用下，会在其表面逐渐生成裂纹，称为疲劳裂纹。疲劳裂纹会随着作用时间而逐渐向纵深发展，使试件的力学性能下降，最终导致完全断裂。疲劳裂纹通常多发生在结构的几何不连续部位和存在裂纹类原始缺陷的焊缝部位，属于特种设备检验过程中比较常见的裂纹。一般来说，在疲劳裂纹形成的初级阶段，所呈现的裂纹特征具有一定的特征，如裂纹较短小、主要以隧道方式向内部进行延伸等特征。最主要的是，发展趋势与拉伸应力轴多以呈现45°为主。中期阶段会表现为较长的裂纹特征，以稳定的延伸方式进行扩展，最终形成稳定的扩展趋势。

2.3 蠕变断裂

材料在长时间的恒温、恒载荷作用下缓慢地产生塑性变形的现象称为蠕变，由这种变形产生的裂纹最后导致材料的断裂称为蠕变断裂。金属材料在蠕变过程中可发生不同形式的断裂，按照断裂时塑性变形量大小的顺序，可将蠕变断裂分为如下三个类型：沿晶蠕变断裂、穿晶蠕变断裂、延缩性断裂。沿晶蠕变断裂是常用高温金属材料(如耐热钢、高温合金等)蠕变断裂的一种主要形式。主要是因为在高温、低应力较长时间作用下，随着蠕变不断进行，晶界滑动和晶界扩散比较充分，促进了空洞、裂纹沿晶界形成和发展。在垂直于拉应力的晶界上，当应力水平超过临界值时，通过空位聚集的方式形成空洞。空洞核心一旦形成，在拉应力作用下，空位由晶内或沿晶界继续向空洞处扩散，使空洞长大并相互连接形成裂纹。穿晶蠕变断裂主要发生在高应力条件下。其断裂机制与室温条件下的韧性断裂类似，是空洞在晶粒中夹杂物处形成，并随蠕变进行而长大、汇合的过程。

延缩性断裂主要发生在高温(T＞0.6Tm)条件下。这种断裂过程总伴随着动态再结晶，在晶粒内不断产生细小的新晶粒。由于晶界面积不断增大，空位将均匀分布，从而阻碍空洞的形成和长大。动态再结晶抑制沿晶断裂。晶粒大小与应变量成反比。

3 裂纹问题的防控措施

3.1 优化关键控制点

在进行正式生产之前，进厂原材料必须进行二次检验，仔细核查原材料的质量是否达标，确保原材料进厂检验的关键环节不出问题。

在生产的过程中，相关人员需要严格比对设计图纸上面的工艺要求，做好把关工作，确保生产工艺与指标满足设计标准。另外，相关人员必须掌握技术流程、要点，对细枝末节处进行仔细核查，将裂纹等隐患因素消除于萌芽当中，规避裂纹问题。

3.2 强化检验水平

承压类特种设备在安装完成之后，需要按照一定标准实行验收工作。主要进行二次核查，并做好相关记录工作。若能及时发现承压类特种设备内部潜在的裂纹和明显的缺陷，可从根源处杜绝隐患问题的发生。除此之外，相关人员必须做好老旧特种设备的检查工作，并适当地扩大检验范围。一旦发现老旧特种设备存在的裂纹问题突出时，必须予以及时更换。值得注意的是，相关人员最好具备一定的职业素质，根据裂纹的形态对裂纹的性质、影响因素进行判断，缩短检验时间，强化检验效率。

3.3 加强设备验收管理

对于新建或者改建的承压类特种设备必须加强验收管理力度，最好在完工之后由专业人员参与验收工作，进行严格核查，尽量将裂纹隐患消除于根源处。在正式验收过程中，相关人员需要对安装单位的质量管理体系进行严格核实，如安装单位资质、设计方案等。还需要对承压类特种设备的安装质量进行严格检验，如原材料质量、焊接质量等，确保锅炉压力容器压力管道的运行安全性。

4 结论

综上所述，受力状态与环境条件是导致特种设备出现裂纹问题的主要因素。不光是冶金工业锅炉压力容器管道，任何一种设备在长时间的运行过程中，都会出现疲劳效应。一旦出现这种情况，势必会使设备内部的各个部件产生不同程度的疲劳磨损，严重时甚至会引发爆炸等安全事故。为了有效规避这一情况的发生，相关人员必须切实贯彻与落实好检验责任与检验内容，规避裂纹问题的出现。与此同时，相关人员必须做好日常检验工作，按照技术规范和检验规程对特种设备进行严格检验，确保安全运行。