房強(qiáng)

摘要：由于管樣出現(xiàn)硬度不均勻問(wèn)題，容易導(dǎo)致熱網(wǎng)加熱器管出現(xiàn)裂紋問(wèn)題，在變徑過(guò)渡位置會(huì)因?yàn)閼?yīng)力過(guò)度集中導(dǎo)致加熱器管出現(xiàn)振動(dòng)疲勞問(wèn)題，甚至?xí)斐蔁峋W(wǎng)加熱器管出現(xiàn)連續(xù)性泄露的問(wèn)題，將會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，因此相關(guān)工作人員需要全面分析造成熱網(wǎng)加熱器管出現(xiàn)裂紋的主要原因。本文首先分析裂紋位置和實(shí)驗(yàn)方法，其次探討實(shí)驗(yàn)結(jié)果，最后研究出現(xiàn)裂紋的原因，以期對(duì)相關(guān)研究具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：熱網(wǎng)加熱器管;裂紋;原因分析

引言

在使用熱網(wǎng)加熱器管的過(guò)程中，受到流動(dòng)介質(zhì)沖擊力的影響，容易出現(xiàn)振動(dòng)問(wèn)題，在振動(dòng)中若是出現(xiàn)振動(dòng)疲勞，極易引發(fā)疲勞裂紋的出現(xiàn)，因此在實(shí)際加工制作的過(guò)程中，工作人員需要結(jié)合造成疲勞裂紋的原因，制定一些預(yù)防舉措，避免加熱器管出現(xiàn)裂紋影響正常使用的問(wèn)題。

1 裂紋位置

在對(duì)出現(xiàn)裂紋的熱網(wǎng)加熱器管進(jìn)行宏觀拍攝時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)裂紋通常會(huì)聚集在管樣變徑位置，管道的外壁位置具有很多碰磨印跡，管樣裂紋的中部位置具有一些圓形凹坑，管樣裂紋的斷面位置并未出現(xiàn)明顯氧化以及腐蝕的痕跡，且并未出現(xiàn)顯著的塑性變形問(wèn)題。

2 實(shí)驗(yàn)方法

在管樣裂紋開(kāi)口的最大位置、裂紋尖端位置、裂縫側(cè)面位置上分別截取一塊作為試樣，將其依次編號(hào)為試樣1、試樣2、試樣3。首先，工作人員需要使用砂紙對(duì)試樣進(jìn)行粗磨、拋光，再使用硫酸銅鹽酸進(jìn)行處理，其次，運(yùn)用ZEISS 顯微鏡觀察試樣情況，根據(jù)《金屬平均晶粒度測(cè)定方法》對(duì)試樣晶粒度評(píng)級(jí)，通過(guò)維氏硬度試驗(yàn)檢查試樣的硬度，再次，運(yùn)用EDS能譜儀分析試樣的化學(xué)成分和組織表征[1]。

3 分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 分析顯微組織

在分析試樣顯微組織時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，裂紋附近位置和遠(yuǎn)離裂紋位置的顯微組織并不存在顯著的差異，在利用顯微鏡進(jìn)行評(píng)級(jí)時(shí)，裂紋試樣的平均晶粒度處于8級(jí)-9級(jí)，裂紋端口位置比較平整、無(wú)明顯撕拉情況、并未出現(xiàn)變形問(wèn)題。通過(guò)顯微鏡觀察可以發(fā)現(xiàn)，熱網(wǎng)加熱器管上的裂紋基本都是從外壁位置向內(nèi)壁位置進(jìn)行延展的，裂紋的端部位置并未出現(xiàn)尖銳情況，裂紋能夠直接通過(guò)晶粒，表明管樣裂紋在擴(kuò)展的過(guò)程中可以做到穿晶斷裂。除此以外，并未發(fā)現(xiàn)比較顯著的二次裂紋問(wèn)題，管樣裂紋位置并未出現(xiàn)交叉狀況。

3.2 分析電鏡掃描情況和能譜成分分析情況

裂紋中心位置均出現(xiàn)了比較明顯的碰磨現(xiàn)象，充分表明管樣出現(xiàn)的裂紋問(wèn)題和管道上出現(xiàn)的凹坑具有緊密關(guān)聯(lián)。工作人員在對(duì)最大凹陷位置進(jìn)行成分分析時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，管樣裂紋的最大凹坑位置主要構(gòu)成成分包括硅、鉻、錳、鐵、鎳、鉬 ，并未出現(xiàn)硫、氯等具有腐蝕性的化學(xué)元素，這就意味著管樣出現(xiàn)裂紋的原因與化學(xué)腐蝕不具有直接關(guān)聯(lián)。

通過(guò)電鏡掃描可以發(fā)現(xiàn)熱網(wǎng)加熱器管上的裂紋斷面并不存在顯著的塑性變形問(wèn)題，證明管道裂紋的斷裂形式是脆性斷裂，試樣表面位置具有很多磨損印跡，經(jīng)過(guò)推測(cè)發(fā)現(xiàn)，是管樣夾出現(xiàn)松動(dòng)引發(fā)的隨機(jī)振動(dòng)問(wèn)題，相鄰管道之間的管壁出現(xiàn)碰撞摩擦造成的，因此管樣裂紋的斷面位置具有很多條處于平行狀態(tài)的疲勞型裂紋。由于熱網(wǎng)換熱器管在正常使用時(shí)，溫度通常會(huì)達(dá)到150攝氏度到350攝氏度，可以排除由于高溫問(wèn)題造成管道出現(xiàn)疲勞裂紋現(xiàn)象。

3.3分析試樣硬度

在對(duì)試樣1、試樣2、試樣3斷口周邊位置展開(kāi)硬度分析時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)管樣各個(gè)位置的維氏硬度可以達(dá)到246，試樣的平均維氏硬度能夠達(dá)到176，充分表明管樣在硬度上處于分布不均勻的狀況。根據(jù) ASME SA-213M要求可知，剛才的維氏硬度通常不會(huì)超出200，而加熱器管的試樣硬度已經(jīng)超出標(biāo)準(zhǔn)硬度要求，這就意味著管樣的局部位置存在維氏硬度過(guò)高的問(wèn)題，導(dǎo)致管樣的塑性以及韌性逐漸降低，在一定程度會(huì)提升管樣材料的脆性，容易縮減加熱器管的實(shí)際應(yīng)用期限。因?yàn)閾Q熱器管的正常運(yùn)行溫度在150到350的攝氏度之間，管樣在該范圍以內(nèi)的時(shí)候，管樣不會(huì)出現(xiàn)局部位置硬度突然上升的問(wèn)題，因此造成管樣出現(xiàn)硬度不均勻的問(wèn)題，主要集中在加工制造管樣、安裝管樣中[2]。

3.4 分析受力情況

在研究熱網(wǎng)加熱器管裂紋位置的應(yīng)力情況時(shí)，首先需要對(duì)管樣模型實(shí)施模擬計(jì)算，應(yīng)該通過(guò)管樣模型劃分網(wǎng)格，在實(shí)際工作情況下，由于換熱器管并不是逐節(jié)固定的管夾，因此在進(jìn)行受力分析時(shí)，需要在換熱器管的一段變徑位置增加固定的約束力，在管樣外壁位置增加0.7兆帕的壓力，在內(nèi)壁位置增加80卡帕的管程壓力，然后進(jìn)行模擬觀察，發(fā)現(xiàn)管樣變徑位的內(nèi)壁位置，處于應(yīng)力過(guò)度集中的狀態(tài)，由此可知該位置即為管樣的危險(xiǎn)區(qū)。

4 出現(xiàn)裂紋的原因

通過(guò)進(jìn)行SEM分析以及金相綜合分析可知，加熱器管出現(xiàn)的裂紋是疲勞裂紋，管樣在硬度上處于分配不均勻的狀態(tài)，局部位置存在硬度值過(guò)高的問(wèn)題，在管樣韌性降低的同時(shí)，脆性會(huì)隨之增加，使得局部位置出現(xiàn)應(yīng)力不均勻的狀態(tài)，形成了比較薄弱的位置，此處極易出現(xiàn)裂紋問(wèn)題。與此同時(shí)，管樣的變徑位置在截面面積出現(xiàn)變動(dòng)的時(shí)候，容易出現(xiàn)應(yīng)力比較集中的問(wèn)題，而應(yīng)力集中會(huì)直接影響管樣的疲勞強(qiáng)度，使得管樣在變徑位置上出現(xiàn)應(yīng)力均勻性比較低的問(wèn)題，致使管內(nèi)介質(zhì)出現(xiàn)流動(dòng)速度加快的問(wèn)題，從而造成加熱器管出現(xiàn)不正常的振動(dòng)現(xiàn)象。

而變徑后的管樣在管壁位置使用管夾進(jìn)行固定處理時(shí)，導(dǎo)致未固定處理的變徑位置出現(xiàn)的振動(dòng)現(xiàn)象更加明顯，這是變徑前管樣出現(xiàn)裂紋問(wèn)題的原因。如果管樣變徑位置出現(xiàn)管卡夾持不當(dāng)?shù)膯?wèn)題、松動(dòng)問(wèn)題，管內(nèi)介質(zhì)在進(jìn)行傳輸?shù)倪^(guò)程中將會(huì)引發(fā)振動(dòng)，甚至?xí)?dǎo)致該位置出現(xiàn)橫向狀態(tài)的振動(dòng)問(wèn)題，從而產(chǎn)生共振現(xiàn)象出現(xiàn)振動(dòng)疲勞問(wèn)題，造成管樣在并未出現(xiàn)裂紋萌生現(xiàn)象的情況下出現(xiàn)直接裂紋擴(kuò)展問(wèn)題[3]。管樣在出現(xiàn)橫向振動(dòng)狀況時(shí)，會(huì)使管內(nèi)介質(zhì)和內(nèi)表面位置出現(xiàn)橫向沖擊現(xiàn)象。管樣的外壁位置若是存在很多碰撞印跡，也可以表明管樣在使用時(shí)出現(xiàn)隨機(jī)振動(dòng)現(xiàn)象，在振幅增多的情況下，管樣之間會(huì)出現(xiàn)互相碰撞的問(wèn)題，將會(huì)加劇磨損程度。

5 試驗(yàn)結(jié)論和預(yù)防舉措

如果管樣本身出現(xiàn)硬度均勻性不足的問(wèn)題，導(dǎo)致局部位置形成脆弱部分，是容易引發(fā)裂紋問(wèn)題的一大原因，在綜合使用SEM分析以及金相分析管樣裂紋斷面位置，可以確定裂紋是疲勞斷裂裂紋。如果管樣變徑位置出現(xiàn)應(yīng)力不均勻問(wèn)題、局部位置出現(xiàn)應(yīng)力過(guò)度集中的問(wèn)題，在加熱器管使用時(shí)將會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)疲勞問(wèn)題，在這些問(wèn)題的共同影響下，導(dǎo)致管樣裂紋的進(jìn)一步擴(kuò)展，甚至?xí)?dǎo)致管道出現(xiàn)泄露問(wèn)題。

因此相關(guān)工作人員需要使用一些行之有效的防控舉措，避免熱網(wǎng)加熱器管出現(xiàn)裂紋問(wèn)題。首先，工作人員應(yīng)該提升對(duì)加熱器管生產(chǎn)加工原材料的管控力度，定期監(jiān)督管理管樣金相組織的變化情況和硬度變動(dòng)情況，避免管樣材料出現(xiàn)硬化傾向[4]。其次，工作人員需要把控好管道介質(zhì)的流速，能夠進(jìn)一步降低管樣振動(dòng)的頻率，有助于減少振幅大小。再次，工作人員需要對(duì)正處于運(yùn)行狀態(tài)的管樣，開(kāi)展全面的受力情況分析，有針對(duì)性的優(yōu)化調(diào)整管道結(jié)構(gòu)，降低加熱器管出現(xiàn)隨機(jī)振動(dòng)問(wèn)題的概率，從而防止共振問(wèn)題導(dǎo)致的振動(dòng)疲勞使加熱器管出現(xiàn)失效現(xiàn)象。

結(jié)論：綜上所述，熱網(wǎng)加熱器管容易出現(xiàn)裂紋問(wèn)題，工作人員應(yīng)該結(jié)合裂紋情況，全面研究造成裂紋的原因，避免換熱器管上出現(xiàn)裂紋問(wèn)題，從而減少換熱器管出現(xiàn)故障的幾率。

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