许晓东
南京市锅炉压力容器检验研究院 江苏南京210019
摘 要：承压类特种设备使用过程中危险性较大，有必要保证设备的安全稳定运行，以及具有良好的使用性能。但在承压类特种设备运行过程中，容易发生设备的疲劳失效、出现裂纹等问题，如果设备发生裂纹，将严重影响承压类特种设备的使用。基于此，本文就承压类特种设备形成裂纹的问题和对策开展探究与分析。
关键词：承压类特种设备；裂纹问题；防治对策
承压类特种设备的运行涉及到许多因素和环节，这将在一定程度上影响承压类特种设备使用性能。其中，设备检验环节可以说是关键环节。在这个环节的工作中，检验任务是对承压类元件的缺陷进行分析和总结，特别是对压力容器的安全性进行检查。在这一过程中，裂纹问题是最常见的缺陷类型，如果承压类特种设备表面出现裂纹，将给设备的运行带来较大的影响，并出现潜在的安全隐患。因此，检验承压类特种设备形成裂纹的问题，并制定防治对策尤为重要。
一、承压类特种设备形成裂纹的问题分析
（一）疲劳裂纹问题
疲劳裂纹主要是由于设备的主轴或叶轮长时间转动形成的机械疲劳裂纹，常会出现在设备的表面，初始裂纹会比较短细，但随着时间的推移会逐渐扩散，裂纹不断扩宽、延长，拉力和裂纹会以45度的角度继续扩展[1]。如果裂纹发展到一定程度，两者的夹角会增大，最终裂纹会以90度的角度出现。
（二）应力腐蚀裂纹问题
由于应力和腐蚀介质的共同作用，容易产生应力腐蚀裂纹，尤其是在锅炉等高压设备中更容易出现，通常腐蚀裂纹发生在管道的位置[2]。一般来说，应力腐蚀裂纹呈现垂直状，但如果裂纹问题发生在奥氏体不锈钢设备上，则裂纹呈现出树枝形式。
（三）过烧和过热裂纹问题
在高温状态下，承压类特种设备容易产生过烧或过热裂纹，这种裂纹会呈现出不同的状态，晶界氧化趋势会逐渐增加，极易在表面出现裂纹。从微观角度分析过烧和过热裂纹产生的原因，可以看出一般是由于晶粒尺寸的增大导致魏氏组织的过大覆盖，通过显微镜观察晶粒表层可以发现晶粒的孔隙较大，氧化晶界呈网状。承压类特种设备过烧或过热裂纹问题，一般是由于焊接、轧制、弯制过程中的热处理超限造成的。如果在这一过程中热量累积，过烧或过热裂纹问题就会集中在局部位置，这些裂纹将对设备的性能产生很大的负面影响。
二、承压类特种设备裂纹检测技术的应用
（一）射线检测
射线检测是主要使用Χ射线检测、γ射线检测和中子检测，Χ射线检测技术使用较为广泛[3]。射线检测的原理是承压类特种设备对射线的吸收情况来检测裂纹问题，适用于各种熔化焊的对接接头和铸钢件的检验，通过观察底片来获得裂纹的直观图像，从而准确判断裂纹的性质、大小和位置。
（二）超声检测
超声检测是利用超声波的衰减和界面的反射来检测裂纹，该方法灵敏度高、穿透能力强、指向性好、检测速度快。超声波探伤仪以其体积小、携带方便、操作简便、对人体无辐射伤害等优点，在承压类特种设备检测中得到了广泛的应用。超声波检测方法不仅可以检测压力容器焊缝中的嵌入缺陷和内表面裂纹，而且可以检测锻件和高压螺栓中的裂纹，并可以测量材料厚度、硬度、晶粒尺寸、淬硬层深度、粘结强度等，但超声检测对于定量表征常常不准确。
（三）磁粉检测
磁粉检测主要是利用磁感应强度的特性。由于铁磁材料工件的不连续性，磁化后工件表面的磁感应强度线局部变形，产生漏磁场，根据磁场性质工件表面的磁粉被吸附，可以用肉眼在光线下以正确的角度观察到磁痕。通过观察磁痕，可以判断承压类特种设备不连续区的位置、大小、形状，从而判断裂纹问题的严重程度。
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图1 磁粉检测原理
三、承压类特种设备裂纹防治措施
（一）合理制定设计方案
为了避免承压类特种设备出现疲劳裂纹，必须选择最合理设备设计方案，确定最佳的抗疲劳材料，如低碳钢和碳钢用于承压类特种设备的制造，具有很强的抗疲劳能力，可在很大程度设备的使用寿命[4]。同时，在承压类特种设备的设计过程中，有关人员必须综合分析进行抗疲劳设计，应用低周疲劳曲线监测设备集中区域的应力幅值，以确保设备满足安全运行要求。此外，还可以利用应力幅计算安全循环次数，从而最大限度的延长设备使用寿命。
（二）加强结构合理规划
通过对承压类特种设备结构的合理规划，可以在很大程度上预防疲劳裂纹问题。因此，在承压类特种设备结构规划过程中，既要保证合理性、可靠性，又要提高设备的抗疲劳能力，减少应力集中问题。在易出现振动问题的设备周围应安装缓冲装置，以便能够吸收振动波，避免振动波对设备运行产生影响。另外，还应注意设备过烧裂纹问题，采用合理的补偿方法，提高设备的耐久性。
（三）加强设备质量控制
为了保证承压类特种设备安全稳定运行，避免出现裂纹问题，在设备生产过程中，必须进行有效的质量控制，防止设备均匀性差、抗拉性不足等情况出现。如果在生产过程中设备质量无法保障，使用劣质材料就会造成更严重的裂纹问题，出现潜在的安全隐患，所以要保证设备生产过程中表面的平整度、光洁度，避免设备表面发生碰撞，保证焊缝位置的质量，从而提高承压类特种设备的性能，确保设备安全平稳运行。
结束语：
综上所述，在承压类特种设备运行过程中会发生裂纹问题，裂纹不仅影响承压类特种设备的正常运行，而且给安全生产带来很大的隐患。基于此，相关工作人员，需要对压类特种设备的裂纹问题进行具体的分析，利用射线检测技术、超声检测技术、磁粉检测对设备进行检测，从而制定有效的预防措施，提高承压类特种设备的使用性能。
参考文献：
[1]沈非,刘新万,廖葳.天然气站场承压类特种设备定期检验方法探讨[J].工业技术创新,2020,7(3):37-41.
[2]高旭,李军,张树勇.承压类特种设备疲劳失效与防治探究[J].中国化工贸易,2019,11(19):220.
[3]章振华.浅析承压类特种设备无损检测技术的应用[J].区域治理,2018,(17):198.
[4]巴英达拉,杨超.工业锅炉检验中裂纹问题分析[J].中国机械,2020,(13):46,48.