對(duì)于某工藝單元裝置中疲勞載荷作用下的管道元件，要保證其材質(zhì)具有足夠的疲勞強(qiáng)度，除一對(duì)管道元件的材質(zhì)、壁厚、制造公差有較高的要求外，管道元件在制造過(guò)程中的表面質(zhì)量控制也是一個(gè)不可忽視的重要問(wèn)題。本文通過(guò)一個(gè)管道彎頭實(shí)際案例，對(duì)彎頭裂紋產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析，并以此說(shuō)明管道元件作為彎頭制造的原材料，其表面質(zhì)量的好壞對(duì)于彎頭產(chǎn)品的質(zhì)量具有重要的影響。
1背景介紹
在該裝置進(jìn)行水壓試驗(yàn)準(zhǔn)備過(guò)程中，經(jīng)目測(cè)發(fā)現(xiàn)一90°彎頭的外側(cè)拱背處存在表而裂紋。該彎頭的規(guī)格為DN 350。材質(zhì)為ASTM A234 WI-113。
如果該彎頭繼續(xù)投入使用，在內(nèi)壓力和循環(huán)應(yīng)力的作用下裂紋處會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的環(huán)向應(yīng)力，在循環(huán)應(yīng)力的作用下裂紋會(huì)逐步擴(kuò)展，最終將導(dǎo)致該彎頭過(guò)早失效。因此，本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)對(duì)彎頭的原材料進(jìn)行詳細(xì)的金相分析，探究了裂紋產(chǎn)生的原因。
2彎頭裂紋原因分析
2.1目視檢測(cè)表面質(zhì)量
目視檢測(cè)是質(zhì)量檢測(cè)的第一步。通過(guò)對(duì)彎頭表而的詳細(xì)檢查，確認(rèn)彎頭由無(wú)縫管彎制而成，裂紋存在〕、彎頭外部拱背處，并從管件與管道環(huán)形焊縫處沿縱向垂直蔓延。因此，可以確認(rèn)裂紋的產(chǎn)生與彎頭和管件的環(huán)向焊接接頭有關(guān)聯(lián)。然后，對(duì)裂紋處的基材進(jìn)行取樣試驗(yàn)。對(duì)試樣選擇一處有裂紋的面進(jìn)行打磨。經(jīng)過(guò)測(cè)厚儀測(cè)定，打磨掉大約3 mm厚度后表面裂紋消失，即在原材料基體上再無(wú)裂紋缺陷。因此可以判定，該裂紋為非貫穿性表面裂紋，裂紋深度約為3 mm。
2.2材料取樣檢測(cè)
對(duì)彎頭進(jìn)行取樣，用于實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)分析，將彎頭沿縱向切割成片，檢查內(nèi)表面，證實(shí)此彎頭由無(wú)縫管制成。經(jīng)測(cè)厚儀測(cè)量后可知:該彎頭最大厚度為15.32 mm,最大厚度位于內(nèi)弧面:最小厚度為13.08 mm,最小厚度位于外弧面背拱處。對(duì)彎頭厚度的測(cè)試也可從側(cè)面證明，原料管材的壁厚尺寸滿足彎頭制造工藝的要求。
采用能量彌散型X射線光譜儀(EDS)進(jìn)行基本化學(xué)成分分析，證實(shí)原材料的化學(xué)成分以及彎頭和管道連接處焊縫金屬的化學(xué)成分均滿足規(guī)范要求。
經(jīng)過(guò)縱向取樣進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)可知，彎頭的最小抗拉強(qiáng)度滿足規(guī)范要求。經(jīng)過(guò)環(huán)向取樣進(jìn)行布什硬度測(cè)試(HBW10/3000) ,最大硬度值為HBW152,最小值為HBW138,硬度值在合適的范圍內(nèi)。由此可知，管件表面硬度對(duì)裂紋產(chǎn)生的彰響也被排除。另外，合適的硬度值也表明，彎頭的熱成型工藝、熱成型溫度控制和成型后熱處理均符合規(guī)范要求。在彎頭與接管的焊縫處切取縱向試樣，并對(duì)焊縫金屬部位進(jìn)行光學(xué)宏觀檢測(cè)以及蝕刻檢測(cè)，證實(shí)此焊縫為多層焊接，無(wú)焊接缺陷顯示?？v向試樣如圖4所示。