便携式金相检验在承压特种设备定期检验中的应用

摘 要：便携式金相仪应用在特种设备检验现场，具有方便、无损等特点。金相检验主要目的是为了获得符合标准要求的图片。本文简要介绍现场金相检验的主要仪器和器材，以及现场金相检验的操作要点。

关键词：现场金相;特种设备;定期检验;金属材料;锅炉;管道

1、前言

金相检验是通过显微镜的放大作用观察金属材料的内部组织结构，评定产品质量的重要手段。同时也是对金属材料和在用特种设备进行定期检验或失效分析的主要方法。现场便携式金相检验对于承压类特种设备（如锅炉、压力管道）而言，因其主要工作在设备上完成，具有无损的特点，得到很好的应用。锅炉定期检验规程对于电站锅炉主蒸汽管的焊缝和弯头、过热器管和阀门等需要进行硬度和金相检查;压力管道定期检验规则对工作温度≥450℃，运行时间达到或超过6万小时的碳钢、低合金耐热钢动力管道以及运行温度在400℃～450℃之间，时间超过8万小时的需要进行金相和硬度抽查[2]。

金相检验主要目的是为了获得符合标准要求的图片。本文简要介绍了现场金相检验的主要仪器和器材，现场检验的操作要点，以希望对现场金相检测人员有参考作用。

2、便携金相仪器和材料

现场用便携式金相仪主要由专用显微镜头、三维磁性支架、光源、WIFI图像采集器等部件组成，仪器组装完成后如下图所示：

现场金相检验主要工作量在于检测部位的反复磨光与抛光，以及对检测部位的侵蚀。所使用的主要耗材和用途如下：

3、现场金相检验

3.1检验主要流程

金相检验主要流程如下所示：

3.2检测部位准备

1、用安装了砂轮片的电动角磨机去除检验部位的氧化皮、铁锈、脱碳层等。检测焊缝部位时，应打磨焊缝余高，与木材齐平。应控制打磨深度，保证部件剩余壁厚不小于其最小需用壁厚。

2、用砂纸由粗到细磨光检测部位，每到砂纸磨光方向与上一道垂直。磨光时可戴上头灯照射检测部位，容易观察到上一磨光工序的划痕是否已完全去除。

3、用研磨膏涂至羊毛轮进行抛光，粒度由W10至W2.5依次进行，每道抛光后变换方向，可边抛光边喷洒无水酒精。临近结束时，抛光力度应越来越轻，对于焊缝部位的最后抛光方向应垂直于焊缝熔合线。

3.3侵蚀

用镊子夹持棉花团，蘸湿配制好的侵蚀液（对于碳钢和低合金钢而言一般用浓度为4%的硝酸酒精）从检测部位的中心开始，以顺时针涂圆圈方式向外运动，至打磨部位边缘结束，此时顺便清扫一下检测部位边缘，以防脏物污染检测区。

侵蚀一般在10s至15s内，应随时观察检测部位的颜色变化。侵蚀完成后即喷上无水酒精进行清洗，清洗完成用吹风筒吹干检测部位，以免留有水渍和污染物残留影响观察组织形貌。

3.4组织形貌观察与图像采集

使用合适倍数显微镜进行组织形貌观察、分析，可先用低倍数镜头（如50～200倍）对整个部位进行观察，再用高倍镜头对细节进行观察。

便携式金相可以通过WIFI图像采集器连接至手机或平板电脑进行组织形貌观察和图像采集。为了获得清晰显示的图像，除打磨部位需要平整外，采集过程应保持镜头无晃动的状况。

焊缝部位的图像采集应包含焊缝两侧母材区、熔合线（热影响区）和焊缝金属区的图像。熔合线附近是产生裂纹、局部脆性破坏的发源地[3]。金相观察有时很难找到熔合线，此時可把镜头切换至低倍观察，利用焊缝金属和热影响区的晶粒度差别就很容易找出。

图像采集时应记录物镜的倍数参数，以便在图像软件处理时显示标尺的准确性。

3.5图像处理和评定

使用仪器厂家自配的金相分析软件对采集所得图像进行处理，主要工作是在图像上加载标尺，如下图所示：

另外根据锅炉或管道定期检验规则的要求对检测部位显微组织的珠光体球化和石墨化进行评级，检验材料珠光体球化或石墨化损伤严重程度，确保设备在检验周期内的安全运行。

4、总结

便携式金相由不需割样损坏设备的特点，在特种设备定期检验现场是必不可少的仪器。要获得一幅合格的金相照片，需要熟练掌握磨光、抛光和侵蚀等操作步骤。而对金相组织的观察与评定，则需要具备一定金属材料基础知识。

参考文献：

[1]国家质检总局.TSG G7002-2015 锅炉定期检验规则[S].北京.新华出版社，2015

[2]国家质检总局.TSG D7005-2018 压力管道定期检验规则——工业管道[S].北京.新华出版社，2018

[3]蔡宏伟.金属材料金相检验[M].北京.科学普及出版社，2015

作者简介：

檀发佳（1986—），男，工程师，从事特种设备检验检测工作。