压力容器检验中裂纹问题探究

压力容器检验中裂纹问题探究

袁恩泽

广东省特种设备检测研究院肇庆检测院526070

摘要：因为长期处于高温、高压环境中的压力容器及管道，如果发生裂纹，将会对企业的正常生产及人员的安全构成极大的威胁。所以，为了保证压力容器及管道产品的质量，在制造时要特别注意裂纹的检测。正确地运用无损检测技术，对压力容器中存在的安全隐患进行及时地识别，并针对其裂纹类型，对其形成的原因进行深入地分析，从而制定出行之有效的防范措施。这对于提升压力容器和管道的质量，推动我国工业建设的发展，都有着十分重要的意义。

关键词：压力容器；压力管道；检验；裂纹问题；对策

1、压力容器及管道常见裂纹类型

在压力容器中，裂纹是最具危险性的一种缺陷，它不仅会引起容器的脆性破坏，还会加速其疲劳破坏和腐蚀破坏。压力容器的裂纹按其形成过程可划分为两种类型，一种是在原料和容器生产过程中形成的裂纹，另一种是在容器使用过程中形成的裂纹。前者包括钢板轧制裂纹、容器拉拔裂纹、焊接裂纹和应力消除热处理裂纹；后者包括疲劳裂纹和应力腐蚀裂纹。

原料轧制开裂是由金属材料自身存在气孔、收缩和非金属夹杂引起的线状缺陷。这类缺陷可以出现在材料的内部和表面，也可以出现在不确定的位置上。在某些小口径的、经过拉伸处理的高压容器上，也会出现此类裂纹。

焊接裂纹是指在生产过程中，因生产厂家对产品的质量检验不严格，或者存在一些微小的缺陷而导致的。

应力消除热处理裂纹是在焊后应力消除的热处理过程中出现的分支晶间裂纹，也可以在使用过程中扩展。

疲劳裂纹是由于容器内部的构造或材质上的缺陷而造成的，它会产生过大的局部应力。在某些启动和停机比较频繁的情况下，会出现这种裂纹。

腐蚀裂纹是腐蚀介质在一定的工作条件下逐渐形成的，腐蚀材料往往与应力有关。由于应力和腐蚀相互促进，后者在材料表面形成缺口，产生应力集中或削弱金属的晶间结合力，而前者加速了腐蚀的进程，导致表面缺口发展得更深。

尽管压力容器的内表面和外表面的各个部分都可能存在裂纹，但最容易出现裂纹的地方通常是焊缝、焊接热影响区和局部高应力区。

2、压力容器管道裂纹检验常用无损检测技术

2.1超声波检测技术

超声波检测技术是采用20 KHz以上的声波进行检测，若工件中有缺陷，则缺陷与金属材料中必然会形成一种不同介质的交界面，交界面之间的声阻抗不一样，当发出的超声波经过该界面时，就会发生反射，反射回来的能量又被探头接收到，我们根据该反射信号在屏幕中的位置来评价被检工件。该检测技术广泛应用于压力容器和压力管道的裂纹检测。为了提高其检测效果，在应用该技术时应掌握以下要点：（1）超声波检测受表面耦合质量的极大限制，被检测工件的表面需要进行平滑、光滑的处理，探头表面不得有异物；（2） 如果工件中缺陷的角度与探头释放超声波的角度一致或相似，可能会导致微弱甚至无法检测到的回波信号。因此，在测试高温高压高风险介质管道容器时，测试过程中最好选择多角度探头进行测试；（3） 裂纹反射回波的峰值往往很尖锐，许多裂纹信号也在端角产生分叉信号。尽管缺陷的性质可以从经验中初步确定缺陷性质，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验证缺陷性质，如X射线/γ射线检测。 

2.2X射线/γ射线检测

射线照相是检测压力管道焊缝的主要方法之一。其原理是利用缺陷和周围金属之间X射线吸收率的差异，使X射线或γ射线的透射强度发生变化，以检测缺陷及其位置。目前，干线环焊缝射线检测的主要方法是中心射线照相法。辐射源安装在自行式履带车辆上。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射线胶片检测主要用于高压容器管道的焊接。

此法虽可视化，但所需底片较多。但是，大多数的检测工作都是在野外或户外进行的，这就给拍摄和冲洗胶片带来了更大的难度，并且胶片对人体还有辐射危害。在管道建造完毕之后，还需要有大量的空间来储存这些胶片，这就造成了巨大的人力和物力浪费。

随着 DR (X-射线数字成像）技术在工程上的应用日趋成熟，目前已在一些压力容器管道施工中使用 DR技术替代了胶片-射线法。我国管道环缝检测领域， DR技术尚未大规模应用于管道工程，只在部分项目中开展了小范围的工业性测试和小范围的测试，中俄东线管道正处于大规模推广阶段，但仍存在设备投资高、设备体积庞大、现场工作效率较低、数据格式不统一、数据不能实时上传等问题。

X射线方法对裂纹检测最直观，可以解决超声波检测中缺陷性质不确定的问题。使用X射线法检测裂纹时需要注意以下几点：（1）X射线检测应尽可能遵循低电压、长持续时间的原则，在确保穿透的同时确保灵敏度；（2） γ射线照相检测应按照标准使用高质量的底片；（3） 在暗室处理中，洗片液应在一定时间或一定数量的片剂后更换。不应该用它来节省成本。虽然被冲洗的药片数量不多，但长期储存后会影响底片的质量。

2.3TOFD和相控阵检测

TOFD（超声衍射时差法）和相控阵检测也是超声检测。然而，TOFD与传统超声波检测的不同之处在于，TOFD使用超声波衍射波进行检测，而超声波检测使用超声波反射波进行检测。衍射波检测的特点是：灵敏度高、缺陷定位准确、深度和高度确定、任何位置的无方向接收以及在一定程度上确定缺陷性质的能力。

相控阵检测技术的原理与传统的手动超声波检测相同，均采用超声反射法对被检工件进行检测。然而，传统的超声波检测使用单个探头来偏转声束。在某些情况下，还使用双芯片或单元件聚焦探针来减少盲点并提高分辨率。然而，在任何情况下，超声场在介质中以一定角度沿轴线传播。单角度扫描限制了在不同方向进行定性和定量超声检测的可能性。因此，最“有效”的标准要求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、大的壁厚或有限的探针扫描空间，很难实现检测。因此，需要多元件相控阵探头和电子聚焦声束来满足这些情况下的检测要求。相控阵探头可以实现角度偏转和动态聚焦，使超声波检测从二维方向移动到一维方向。可以安装外部编码器来实现图像存储。在分析A扫描、B扫描、C扫描或D扫描图像后，可以有效地检测各种表面缺陷和体积缺陷。检测结果还可以三维图像显示，为缺陷定位、量化、定性分析、分级等提供丰富的信息。与上述TOFD检测技术一样，还可以实现图像存储，为后续的审查和验证提供条件，使检测结果有效且可查询。

3、预防裂纹产生的措施

3.1提高生产材料和制造的科学性

第一，强化对生产资料的控制。由于高压管道在长时间的高强度工作，对其本身的材质有较高的要求。采购员应加强材料的选型和分析，并选用能与管道压力相匹配的大的、可靠的供货商。

其次，强化对产品的控制。一是要对设计图纸进行严格的审核。有关技术人员应结合实际情况，从科学、合理、有效的角度，对压力管路设计图进行分析。另一方面，有必要提高生产人员的能力。在制造过程中，必须严格遵守制造工艺或标准。在制造过程中，还需要分析放电线路中经常出现的裂纹，以提高放电线路的质量并减少裂纹的发生。

3.2增强质量控制

对锅炉进行有效的质量管理十分重要。为此，对锅炉管路进行检测时，必须制定出一套可靠的互检测、自检测流程，同时还要制定出一套严密的监测制度。当发现问题时，能够迅速制订出行之有效的对策，并将检验时产生裂纹的概率降到最低。

同时，应在锅炉安装时，对受压的主要部位采用X光探伤，及时发现因不同原因造成的焊接缺陷。常见的问题应该得到解决，如果有第二次不符合要求的产品，则不允许再使用。此项工作必须在本地的锅炉检查人员的监督下进行，只有在照片上符合要求的情况下，才能进行下一步的工作。在完成了总装前的全部工作之后，要按照生产工艺的要求，将装配过程中需要进行一份完整的记录，在锅炉组件组装调试之前，还需要仔细地填写有关的信息。

3.3加强温度控制

由于压力容器和管道持续运行，并且温度较高，加上其他一些因素，很可能会导致裂纹的发生，因此，要对温度变化进行严格的控制，同时要改善工作环境，比如在生产区设置相应的降温设备，以防止因升温而出现裂纹。同时，在实际检查中，若发现炉膛温度过高，则应立即停机，并对炉膛进行冷却，以达到减少炉膛开裂的目的。

3.4强化裂纹区域的控制

在采取保护措施时，可以把冷裂作为保护的基础。为提高管道的韧性，可采用碱金属覆盖电极，以减少管道内的氢气分子。在此过程中，应根据相关规范、标准、强化焊接后的热处理、放慢焊接速度等措施，以达到提高焊接质量的目的。在焊接管道之前，必须巧妙地采用预热工艺。在焊接工作结束后，应进行验收。打开缓冷模式，以保证焊接材料的干燥。在焊接时，应将连接处的污物彻底清理干净。在焊接结束后，应针对焊接条件，采取相应的方法除去氢气。

结语

在我国，与工业生产有关的压力容器和管道越来越多，它们的运行条件也是比较苛刻的。如果它们长时间地处在高温高压的作用下，就会造成安全隐患。如果它们之间发生了裂纹，那么在后期的使用过程中，就有可能造成爆炸事故。因此，我们必须对压力容器及管道的裂纹检测工作给予足够的重视，对产生压力容器及管道裂纹的原因进行深入地分析，并采取行之有效的措施，对压力容器及管道裂纹进行控制。

参考文献

[1]高聪.锅炉压力容器压力管道检验中的裂纹问题分析[J].中国设备工程，2022(19):158-160.

[2]郑于贤.锅炉压力容器压力管道检验中的裂纹问题[J].化学工程与装备，2022(09):270+269.DOI:10.19566/j.cnki.cn35-1285/tq.2022.09.122.

[3]王克刚，王靖虎.锅炉压力容器压力管道检验中的裂纹问题[J].中国设备工程，2022(06):164-165.

[4]张伟成.分析锅炉压力容器压力管道检验中的裂纹问题[J].清洗世界，2021，37(11):78-79.

[5]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，2020(21):51+94.