Неразрушающие методы контроля на ползучесть

Контроль ползучести металла паропроводов и коллекторов, проявляющейся в непрерывном росте диаметра паропровода под действием напряжений при высокой температуре, проводят путем периодических измерений прироста диаметра паропровода в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Эти измерения осуществляются двумя механическими способами по приварным реперам: с помощью измерительного устройства МЭИ или микрометром с точностью шкалы до 0,05мм.

Остаточную деформацию от начала эксплуатации до i –го измерения определяют по формуле

, (2.1)

где Е – остаточная деформация в %;

Д_i – диметр трубы, измеренный по реперам при i –м измерении, мм;

Д_исх – диаметр трубы, измеренный в исходном состоянии, мм;

Д_тр – наружный диаметр трубы, измеренный вблизи реперов в исходном состоянии в двух взаимно перпендикулярных направления (среднеарифметическое значение из полученных результатов), мм.

Наибольшее значение остаточной деформации трубы, полученное по формуле (2.1), принимается за расчетное для определения скорости ползучести.

Контролю подлежат все действующие паропроводы с внутренним диаметром не менее 100 мм, длительность работы которых превышает 3 тыс. ч в год, и паропроводы, работающие при температуре пара 450°С и выше. Методы контроля определяются инструкцией [3].

По механическим свойствам металл паропроводов должен удовлетворять требованиям технических условий на поставку. После 100 тыс. ч эксплуатации допускается снижение предела текучести и временного сопротивления на 30 МПа, а ударной вязкости на 0,15 МДж/м² по сравнению с нижними пределами на поставку.

Предел текучести при температуре 550 °С стали 12Х1МФ должен быть не ниже 180 МПа и для стали 15Х1М1Ф не ниже 200 МПа. Для сталей 12МХ и 15ХМ предел текучести при температуре 510 °С должен быть не менее 200 МПа. Остаточная деформация от ползучести не должна превышать для прямых труб из стали 12Х1МФ 1,5 % диаметра, для прямых труб из сталей других марок 1 % диаметра, для прямых участков гнутых труб независимо от марки стали 0,8 % диаметра.

Предел длительной прочности для конкретной марки стали на базе 10⁵ и 2×10⁵ ч не должен отклоняться более чем на 20 % в меньшую сторону по сравнению со средними значениями этой характеристики в исходном состоянии.

Минимальный уровень длительной пластичности должен быть не ниже 5 % результатов испытаний образцов до разрушения на базе, условно соответствующей периоду продления срока эксплуатации паропровода.

Микроповрежденность, определенная на оптическом микроскопе при 500-кратном увеличении, должна быть не выше четвертого балла по стандартной шкале микроповрежденности.

Снижение плотности металла вблизи наружной поверхности паропровода по сравнению с исходным состоянием не должно превышать 0,3 %.

Трещины любого вида на гибах паропроводов не допускаются.

Контроль характеристик жаропрочности

Для контроля деформации ползучести металла паропроводов используют приваренные бобышки, по которым периодически измеряют диаметр трубы в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

Существуют другие способы контроля ползучести с помощью измерительных устройств. В производственно-энергетическом объединении «Донбассэнерго» было разработано автоматизированное устройство для контроля ползучести паропроводов.

В Московском энергетическом институте (МЭИ) был разработан способ определения характеристик ползучести длительным вдавливанием в металл жаропрочного шара при заданной температуре. Вдавливание шара производится в предварительно вырезанную лунку диаметром 0,25 D, где D – диаметр шара. Кривизна лунки должна соответствовать кривизне шара. Вследствие ползучести металла диаметр вырезанной лунки постепенно увеличивается за счет углубления индентора, находящегося под постоянной нагрузкой.

Деформацию ползучести e рассчитывают по увеличению диаметра лунки

где d ₀ и d _к – начальный и конечный диаметры лунки в данном промежутке времени.

Поскольку в процессе испытаний за некоторый промежуток времени диаметр лунки увеличивается, а нагрузка на индентор остается постоянной, то напряжение в лунке снижается. Поэтому за каждый промежуток времени подсчитывают среднее значение напряжения

где и – напряжения в начале и в конце заданного промежутка времени.

Средние значения напряжения поддерживаются постоянными путем соответствующего увеличения нагрузки на индентор. В результате таких испытаний строят диаграмму ползучести в координатах e – t, на которой наблюдаются те же характерные участки, что и на диаграмме ползучести, полученной в результате испытаний растяжением.

Как и при растяжении, скорость ползучести , соответствующая установившемуся участку диаграммы ползучести, полученной вдавливанием, связана с напряжением Н степенной зависимостью:

где А и b – постоянные коэффициенты для данного материала.

Связь между напряжениями при растяжении s и напряжениями Н при вдавливании в условиях ползучести имеет вид:

где с – постоянный коэффициент для отдельных групп материалов.

Целью испытания на ползучесть является определение предела ползучести . Для этого на паропровод устанавливают не менее трех приспособлений (рис.3.6). На каждом приспособлении создают различные напряжения, которые вызывают скорость равномерной ползучести в пределах .

Результаты измерений и расчетов представляют в виде диаграммы ползучести в логарифмических координатах lge – lgs_экв, по которой путем экстраполяции на определяют предел ползучести металла паропровода .