壓力容器及管道常見裂紋類型及其無損檢測技術

應力腐蝕裂紋是一種常見的裂紋類型，它與內外應力和腐蝕介質的共同作用有關。常見于鍋爐汽水管道和容器座，主要綁扎在管道外。根據研究，由于熱水介質對管道本身的影響，鍋爐系統長期運行后，管道容易受到內部熱水的定向腐蝕，流動的水介質具有一定的壓力。當管道外表面的壓力值超過該區域的應力極限時，必然會引起壓力管道的外部變形和開裂。

機械疲勞裂紋常見于鍋爐輔助系統中的葉輪、葉片、軸等旋轉機械零件。這種裂紋形成主要包括兩個階段，具體分為長裂紋擴展初期和切向裂紋形成后期。因此，機械疲勞裂紋的形成與鍋爐的運行時間有關。在初始階段，主要表現為應變響應的積累，導致長的機械疲勞裂紋，具有明顯的外部特征。

由于高溫和應力粘結的長期影響，壓力管道容易發生蠕變開裂，導致管道金屬結構的破壞和管道部分區域的變形，降低了壓力管道的安全性。通常蠕變開裂多發生在集箱熱影響區、高溫蒸汽管、加熱膨脹管等區域?。蠕變特性非常明顯，裂紋方向多垂直于最大拉應力，裂紋的走向通常比較曲折，出現裂紋的面積較大，且大部分裂紋平行排列，大部分主裂紋位于裂紋中間。蠕變問題也有一些細微的特征，比如蠕變孔洞，一些不規則的孔洞會分布在裂紋區域，而裂紋孔洞的形狀一般為橢圓形。此外，焊縫破損區域裂紋的排列相當特殊，大部分與焊縫方向平行分布。裂紋會沿焊縫表面向焊縫內容物擴展，主裂紋兩側平行的微裂紋會沿晶粒分布并向主裂紋邊界擴展，形成裂紋區。

目前我國使用的壓力容器及管道大多采用金屬板焊接，因此鍋爐承壓設備的焊接部位在承受壓力后容易產生裂紋，而裂紋產生的影響因素多集中在高溫環境下管道結構強度的降低，以及承受壓力后的熱裂紋現象。通常，鍋爐制造完成后，需要靜置冷卻后才能投入使用，而在制造鍋爐時，也會帶來冷裂紋，影響鍋爐運行的安全性。由于焊接時氫元素會與基體組織接觸，在焊接冷卻時，奧氏體會慢慢轉變為鐵元素，此時管道結構中的氫元素會逐漸向中間靠近，在焊接冷卻時形成氫裂紋。

其次是加強生產制造管控。一方面，要嚴格核對設計圖紙。相應的技術人員應根據具體的設計條件，對壓力管道設計圖紙的科學性和有效性進行分析。另一方面，要提高生產人員的能力。在制造過程中，必須嚴格按照制造工藝或制造標準進行。在制造過程中，還需要對出料線中經常出現的裂紋進行分析，以提高出料線的質量，減少裂紋的發生。

此外，還要加強鍋爐安裝過程中的質量控制，對焊接的主要壓力部件進行X射線檢測，找出焊接中各種情況產生的問題。一般問題應予以修復，出現第二個不合格工件將被禁止使用。這項工作應由當地鍋爐檢驗人員監督，只有膠片圖像合格后，才能順利進行下一步工作。對接組裝合格的氣瓶及附件，完成總裝前的所有任務后需按生產工藝要求做好組裝記錄，鍋爐部件組裝調試前也需認真填寫相關資料。

由于壓力容器及管道連續運行且溫度較高，以及其他一些因素的影響，容易產生裂紋，所以應嚴格控制溫度變化，并對運行環境進行改善，如在生產區域內安置相應的降溫設備，從而避免因為升溫出現裂紋。同時，在實際檢驗過程中，如果溫度較高，也應及時停止容器的運行，及時進行降溫處理，只有這樣，才能更好的控制裂紋問題的出現。?

射線法是檢測壓力管道焊縫的主要方法之一。其原理是利用缺陷與周圍金屬對射線的吸收率不同，使X射線或γ射線的透射強度發生變化，從而檢測缺陷及其位置。目前主要采用中心透照法對主管路環焊縫進行射線探傷。輻射源安裝在自行式履帶車上。其主要優點是靈敏度高，工作效率高。外部輻照設備用于焊接接頭和彎頭，返工和測試小直徑焊縫。目前，X射線膠片探傷主要用于高壓容器管道的焊接。

這種方法雖然比較直觀，但需要大量的膠片。而檢測工作很多會在野外或戶外完成，這使得拍攝和沖洗膠片變得更加困難，而且對人體有輻射危害，管道建設完成后還需要大量的空間存儲這些膠片，導致消耗大量的人力和物力。

伴隨DR（X射線數字成像）技術在工業領域應用的成熟，國外已經在部分壓力容器管道建設中采用DR技術取代膠片射線檢測。國內管道環焊縫檢測方面，DR技術還沒有在管道工程中大規模應用，僅在一些工程中進行了工業試驗和小規模試用，目前在中俄東線工程準備大規模推廣DR檢測技術，但還存在著設備投資成本高、裝備體積大、現場效率低于傳統膠片射線檢測、檢測數據格式不統一、無法現場上傳數據等問題。

TOFD（超聲波衍射時差法）和相控陣檢測也都是超聲波檢測，但TOFD與傳統的超聲檢測區別是，TOFD是用超聲波的衍射波進行檢測，超聲波檢測是用超聲波的反射波進行檢測。衍射波檢測的特點是：靈敏度高，缺陷定位定深定高準，無方向性可在任意位置接收，能在一定程度上確定缺陷性質。

相控陣檢測技術和傳統手工超聲波檢測的原理相同，都是利用超聲波反射法對被檢工件進行檢測，不同的是，傳統的超聲波檢測使用單件探頭來偏轉聲束。在某些情況下，雙晶片或單元件聚焦探頭也用于減少盲點和提高分辨率。但無論如何，超聲波場在介質中以一個角度沿軸傳播。單角度掃描限制了不同方向的定性和定量超聲檢測的可能性。因此，最“有效”的標準需要使用多角度光束掃描來提高檢測速度。然而，對于復雜的幾何形狀、大壁厚或有限的探頭掃描空間難以實現檢測，因此需要多元件相控陣探頭和電子聚焦聲束來滿足上述情況下的檢測要求。相控陣探頭可實現角度偏轉和動態聚焦，這就使超聲波檢測從二維方向移動變成一維方向移動，可以外置編碼器以實現圖像存儲，經過對A掃、B掃、C掃或D掃圖像的分析可有效地檢出各種面狀缺陷和體積型缺陷。檢測結果還可以三維圖像顯示，為缺陷定位、定量、定性、定級等提供了豐富的信息。與上述TOFD檢測技術一樣也可實現圖像存儲，這就為后續的復核與校驗提供條件，使得檢測結果有效可查詢。

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