对于承压特种设备检验检测中裂纹问题的思考

（海南省锅炉压力容器与特种设备检验所，海南 海口 570203）

摘  要：文章在强调了承压特种设备检验检测必要性的基础上，对冷热裂纹、应力腐蚀裂纹、热疲劳裂纹、机械疲劳裂纹、腐蚀疲劳裂纹这几类主要承压特种设备检测中裂纹进行了分析。与此同时，提出了着力控制焊接质量、严格参考使用规范展开各项操作、加大在设备维修养护等管理工作中的投入力度、把握并合理使用多种裂纹检验方法等一系列承压特种设备检验检测中裂纹问题的处理策略，以供参考。

关键词：承压特种设备；设备检验检测；裂纹问题

引言

裂纹问题的产生会直接导致承压特种设备运行安全水平的下降，因此在实际的承压特种设备检验检测中，必须要着重关注、控制裂纹问题。基于此，对承压特种设备检验检测中裂纹问题展开深入性探究有着极高的现实意义，同时需要加大对承压特种设备检验检测中裂纹问题的防控力度以及相应策略的应用深度，实现对裂纹问题产生可能性的大幅降低。

1 承压特种设备检验检测的必要性分析

承压特种设备在工业生产等方面发挥着重要作用，如压力管道、锅炉等等，相比于一般工业生产设备而言，其应用具有一定的特殊性，例如，承压特种设备中拥有相对特殊的介质、承压结构以及密封结构等等。同时，在承压特种设备的实际运行过程中，如果未对其落实严格管控，则极容易导致安全事故的发生。基于此，为避免承压特种设备存在更大的安全隐患，展开对承压特种设备的检验检测工作是必然选择，以此保证这种特殊设备可以长时间稳定运行。

2 承压特种设备检测中裂纹的主要类别分析

2.1 冷热裂纹

在承压特种设备的焊接位置，更容易观察到冷热裂纹，特别是在焊接点位置相应裂纹形式更为密集。在过烧、过热等承压特种设备温度大幅变化的条件下，热裂纹更容易产生。一般而言，在进行承压特种设备的制作、焊接以及热处理过程中，将金属加热至温度临界点后持续升温，就会由于氧化反应或是金属部分熔化从而产生破裂、变形、大量裂纹等问题。在焊接冷却阶段，产生冷裂纹的概率偏高，其有着较强的晶间穿透性。同时，在湿硫化氢环境中，承压特种设备表面产生鼓包现象更为常见，在相应鼓包中所包含着的氢分子由于无法扩散，所以会促使压力增大，最终导致局部变形问题的发生，以此生成不规则的裂纹。对于沉淀强化的钢种来说，其表面更容易生成冷热裂纹，主要形式为在焊接残余应力的作用下，沿着晶界形成开裂，从而产生表面裂纹。

2.2 应力腐蚀裂纹

受到应力以及腐蚀介质这两者共同作用的条件下，承压特种设备表面极容易产生应力腐蚀裂纹，如汽车管道、集装箱管座、锅炉等，在相应承压特种设备表面观察到应力腐蚀裂纹更为常见。通常而言，应力腐蚀裂纹更多表现为垂直状态，而在奥氏体不锈钢配件中，应力腐蚀裂纹一般会呈现出树枝形状。需要注意的是，应力腐蚀裂纹并不是连续存在的，更多以扩散方式显现出来，如沿晶裂纹、穿晶裂纹等等。

2.3 热疲劳裂纹

在拉伸操作反复展开的条件下，承压特种设备中由金属构成的部件内部会随之生成应力，一旦这种应力积累量超出相应金属可以承受的极限值时，就会到导致裂纹问题的发生。目前，在蒸汽管道压力表、喷水减温设备、排气管道管座等金属构件表面更容易观察到热疲劳裂纹。对于热疲劳裂纹而言的，其一般保持在较粗的状态下，且口状相对细小。需要注意的是，在一些承压特种设备加工材料均匀程度偏低的位置上也容易产生热疲劳裂纹。受到温度多次变化的影响，由于材料塑性水平偏低，热疲劳裂纹生成概率增高，此时所产生的热疲劳裂纹内部表现为灰色，且可以在表面区域提取出氧化物质。

2.4 机械疲劳裂纹

受到应力以及外围介质在反复工作中的作用影响下，承压特种设备上的某一位置极容易产生无法扭转的损失，从而造成机械疲劳裂纹的产生[1]。而在观察到机械疲劳裂纹产生的条件下，如果不及时落实有效处理并让承压特种设备持续保持运行状态，则会导致裂纹加深，最终发生断裂以及更为严重的安全事故。在辅助转动机械、叶轮、大轴的实际运行过程中，出现机械疲劳裂纹的可能性更高，引起相应裂纹生成的疲劳状态一般包含弯曲疲劳、拉压疲劳、复合疲劳、扭转疲劳、冲击疲劳等等。在机械疲劳裂纹的产生初期，并不容易被发现，会随着承压特种设备的运行而逐步加深，裂纹开口也随之增大。

2.5 腐蚀疲劳裂纹

在水蒸气的影响下，承压特种设备表层会附着一层覆盖物，受到后续运行中交变应力的作用，相应覆盖物会出现破裂现象；随后，透过该裂缝，环境中的水蒸气深入承压特种设备，导致腐蚀问题的加剧；结合交变应力的持续作用，集中腐蚀现象产生的可能性增高，从而致使承压特种设备表面生成腐蚀疲劳裂纹。一般情况下，腐蚀疲劳裂纹更多产生在因水蒸气导致腐蚀问题的位置，如汽包管座、集装箱管座等等。

3 承压特种设备检验检测中裂纹问题的处理策略探究

3.1 把握并合理使用多种裂纹检验方法

第一，宏观检验。结合照明设备的使用，对承压特种设备内外表面落实全面观察，排查是否存在裂纹。在此过程中，应当重点针对焊接位置、冲击荷载位置、承受交变荷载位置等区域进行裂纹检验。

第二，表面裂纹检测。在PT、MT表面检验方法的支持下确定受压部件表面是否存在裂纹，发现裂纹后实施打磨处理，结合打磨凹坑深度以及壁厚余量完成对相应裂纹等级的确定。

第三，声发射检测。该检验方法更多在承压特种设备裂纹的活动性检测方面进行应用，实践中，依托声发射源的活度以及强度划分声发射源等级，主要参考的划分标准如表1所示。

表1 声发射源的综合等级划分标准

3.2 着力控制焊接质量

结合材料特性落实对焊接工艺的合理确定，从而降低焊接缺陷的发生概率，这是规避承压特种设备检验检测中裂纹问题发生的主要路径。在此过程中，需要着重关注焊接操作顺序的正确设定以及焊接方向的合理确定，从而达到维护焊接工艺整体质量水平的效果。在控制焊接质量的过程中，要求重点排除人为方面的因素，保证所有焊接人员均持证上岗，并在实际焊接实践中依照规范性要求落实各项操作。实践中，必须要进行焊前预热处理以及焊后热处理，体现出对焊接质量的更好维护；在完成焊接操作后，还应当及时组织外观检查以及无损检测。针对可能会发生再热裂纹的承压特种设备，在焊接与热处理结束之后必须要组织无损检测；针对可能会发生延迟裂纹的承压特种设备，在焊接与热处理结束之后必须要在经过24小时之后组织无损检测。另外，如有必要，在完成焊接之后需要落实消应力热处理，避免出现冷变形问题。

3.3 严格参考使用规范展开各项操作

要求所有人员在进行设备使用过程中，严格依照专业操作规范内容要求完成操作控制，驱动管理工作的流程化、系统化展开。实践中，需要切实参考设备的应用环境条件、实际用途、温度参数以及压力数值等要求，结合设备使用流程要求落实各项操作，推动设备使用操作的规范性水平大幅提高，保证所有承压特种设备均能够在正确操作条件下投入使用，从而达到降低裂纹发生概率的效果。同时，应当重点宣传承压特种设别的操作规范，避免操作失误等各类设备使用问题的发生。

另外，为进一步提升承压特种设备检验检测质量，降低由于操作不规范导致的裂纹问题的发生概率，需要定期针对承压特种设备检验检测人员展开专业培训，围绕特种设备新技术规范；特种设备承压类案例分析（事故和检验）；质量体系，国内、外先进检验技术介绍；特种设备设计、焊接、无损检测新知识、新方法及发展方向等内容进行详细讲解，提升承压特种设备检验检测人员的工作能力，促使其在承压特种设备使用以及检验检测中各项操作的规范程度大幅提升。

3.4 加大在设备维修养护等管理工作中的投入力度

3.4.1 落实定期检验

健全承压特殊设备应用管理制度，搭建设备技术档案，编制完整的设备运维与保养记录，并结合定期检验工作的展开，确保发生异常问题后能够及时落实处理。实践中，应当参考承压特种设备特性规范定期检验制度，并结合对相关技术人员的专业教育培训，促使其充分了解承压特种设备可能存在的安全问题隐患，并引导技术人员严格依照制度要求落实对承压特种设备的定期检验，结合落实外观检查与内部检验，必要时可以引入化学分析、无损检测等方法，及时排查、解决相关设备存在着的不安全因素以及事故隐患，降低裂纹问题发生概率及其所产生的负面影响程度。

3.4.2 加强日常维护

逐步搭建起更为完善、规范的承压特种设备检验与维护体系，对生产环节质量检验工作进行持续性完善，搭建并推行具备较强约束效力以及指导作用的挂历体系。受到承压特种设备长期运行的影响，裂纹问题发生难以得到彻底避免，所以需要综合裂纹问题发生与处理的历史经验，提升应急处理能力。制定并落实定期检查计划，对承压特种设备的所有部位以及所有运行环节均落实细致检验。例如，对于锅炉设备而言，其在长时间运行过程中极容易在其内壁位置积累大量残渣，促使锅炉壁的受热均匀性下降，促使使用中裂纹问题更容易产生。因此，需要定期组织停炉检查与残渣清理， 并在实际的检验过程中加大对材料力学性能变化的关注度，从而达到控制裂纹问题隐患的效果。

4 总结

综上所述，冷热裂纹、应力腐蚀裂纹、热疲劳裂纹、机械疲劳裂纹、腐蚀疲劳裂纹是当前承压特种设备检测中较为常见的几类裂纹，需要落实重点控制，避免产生更为严重的安全事故问题。实践中，通过着力控制焊接质量、严格参考使用规范展开各项操作、加大在设备维修养护等管理工作中的投入力度、把握并合理使用多种裂纹检验方法等策略的落实，降低了裂纹问题的发生概率，为承压特种设备的安全稳定运行提供了基础性保障。

参考文献：

[1] 张海楠.在锅炉压力容器压力管道检验中关于裂纹问题的探讨[J].中国设备工程,2021(03):188-189.

[2] 李国政,王振江,张爱庆.特种设备现场金相检验中常见异常组织及原因分析[J].中国特种设备安全,2020,36(11):34-39+72.

[3] 邱卓.冶金工业炉高压容器压力管道检验中的裂纹问题研究[J].世界有色金属,2018(12):64+66.

       来源：化学工程与装备-官方网站-创刊于1972    2022年第11期  在线投稿  >>