РД 34.17.306. Методические указания по металлографическому анализу при оценке качества и исследований причин повреждений сварных соединений паропроводов из сталей 12Х1МФ и 15Х1МФ тепловых электростанций

.
Наименование документа:РД 34.17.306
Тип документа:РД(Руководящий документ)
Статус документа:Действует
Название:Методические указания по металлографическому анализу при оценке качества и исследований причин повреждений сварных соединений паропроводов из сталей 12Х1МФ и 15Х1МФ тепловых электростанций
Название англ.:Procedural Guidelines for Metallographic Analysis for Quality Assessment and Investigations of Causes of Damage to Welded Joints in Steam Lines Made from Steels 12Kh1MF and 15Kh1MF at Thermal Power Stations
Область применения:Методические указания распространяются на сварные соединения элементов паропроводов из сталей 12ХIМФ и 15XIMIФ с толщиной стенки 10 мм и более, выполненные дуговой сваркой с использованием присадочных материалов того же легирования, и устанавливают порядок использования металлографического анализа при оценке качества изготовления, работоспособности и причин повреждений указанных сварных соединений.
Краткое содержание:

1 Подготовка образцов к металлографическому анализу

2 Контроль подготовки к сварке и ее качества

3 Контроль качества отпуска после сварки

4 Оценка работоспособности сварных соединений по их структуре

5 Оценка причин повреждений по результатам металлографического анализа

Дата добавления в базу:01.09.2013
Дата актуализации:01.12.2013
Дата введение:01.03.1988
Доступно сейчас для просмотра:100% текста. Полная версия документа.
Организации:
Связанные документы:

ГОСТ 5639-82 Стали и сплавы. Методы выявления и определения величины зерна

РД 153-34.1-003-01 Сварка, термообработка и контроль трубных систем котлов и трубопроводов при монтаже и ремонте энергетического оборудования

.

Министерство энергетики и электрификации СССР
Главтехуправление

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ПО МЕТАЛЛОГРАФИЧЕСКОМУ АНАЛИЗУ
ПРИ ОЦЕНКЕ КАЧЕСТВА
И ИССЛЕДОВАНИИ ПРИЧИН ПОВРЕЖДЕНИЙ
СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПАРОПРОВОДОВ
ИЗ СТАЛЕЙ 12Х1МФ И 15Х1М1Ф
ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

 

МУ 34-70-161-87

 

 

 

Москва 1987

 

ВТИ им. Ф.Э. Дзержинского

РАЗРАБОТАНЫ Уральским филиалом Всесоюзного дважды ордена Трудового Красного Знамени теплотехнического научно-исследовательского института им. Ф.Э. Дзержинского (УралВТИ)

Научно-производственным объединением по исследованию и проектированию энергетического оборудования им. И.И. Ползунова (НПО ЦКТИ)

ИСПОЛНИТЕЛИ Р.З. Шрон, И.Ф. Небесова, Н.И. Никанорова, Л.Э. Кречет (УралВТИ), В.Н. Земзин (НПО ЦКТИ)

УТВЕРЖДЕНЫ Главным научно-техническим управлением энергетики и электрификации Минэнерго СССР 12.05.87

Заместитель начальника А.П. Берсенев

Главным техническим управлением минэнергомаша СССР 14.05.87

Начальник В.И. Головизнин

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО МЕТАЛЛОГРАФИЧЕСКОМУ АНАЛИЗУ ПРИ ОЦЕНКЕ КАЧЕСТВА И ИССЛЕДОВАНИИ ПРИЧИН ПОВРЕЖДЕНИЙ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПАРОПРОВОДОВ ИЗ СТАЛЕЙ 12Х1МФ И 15Х1М1Ф ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

МУ 34-70-161-87

Срок действия с 01.03.88

до 01.03.98

Настоящие Методические указания распространяются на сварные соединения элементов паропроводов из сталей 12Х1МФ и 15Х1М1Ф с толщиной стенки 10 мм и более, выполненные дуговой сваркой с использованием присадочных материалов того же легирования, и устанавливают порядок использования металлографического анализа при оценке качества изготовления, работоспособности и причин повреждений указанных сварных соединений.

С вводом в действие настоящих Методических указаний утрачивают силу «Методические указания по применению шкал структур и твердости для оценки качества и работоспособности металла сварных соединений из сталей 12Х1МФ и 15Х1М1Ф» (М.: СЦНТИ Энергонот ОРГРЭС, 1972).

1. ПОДГОТОВКА ОБРАЗЦОВ К МЕТАЛЛОГРАФИЧЕСКОМУ АНАЛИЗУ

Вырезку образцов для металлографического анализа, травление шлифов и измерения твердости производят в соответствии с требованиями ОСТ 34-70-690-84 «Металл паросилового оборудования электростанций. Методы металлографического анализа в условиях эксплуатации».

2. КОНТРОЛЬ ПОДГОТОВКИ К СВАРКЕ И ЕЕ КАЧЕСТВА

Контроль осуществляется по макро- и микроструктуре сварного соединения.

2.1. По макроструктуре сварного соединения после травления в реактивах 1, 2, 7 (см. обязательное приложение 2 ОСТ 34-70-690-84) определяются:

1) форма разделки шва, качество сборки (смещение кромок стыкуемых труб, перекос подкладных колец и т.п.), порядок наложения валиков, их размеры (рис. 1). Полученные результаты сопоставляются с требованиями РТМ-1С-81 «Руководящие технические материалы по сварке при монтаже оборудования тепловых электростанций» и ПК № 03ЦС-66 «Правила контроля сварных соединений трубных систем котлоагрегатов и трубопроводов тепловых электростанций»;

2) наличие технологических макродефектов сварки (трещин, непроваров, пор, шлаковых включений и т.п.). Допустимость дефектов оценивается путем сопоставления их характера, количества и размеров с требованиями РТМ-1С-81 и ПК № 03ЦС-66;

3) частичное заполнение разделки при сварке электродами и проволокой из углеродистой или кремнемарганцевой стали вместо хромомолибденованадиевой. Показателем таких отступлений является резкая разница в травимости отдельных слоев шва. Применение электродов марки УОНИ 13/55 для заварки корневого слоя в случае сварки на подкладных кольцах из стали 12Х1МФ согласно требованиям Основных положений СП № 02ЦС-66 «Трубные системы котлоагрегатов и трубопроводы тепловых электростанций. Сварка и термообработка сварных соединений» допустимо;

Рис. 1. Схема определения размеров валика (слоя):

а - мирика валика; в - толщина; h - высота усиления шва

4) соответствие размеров ремонтных выборок требованиям РТМ-1С-81 (раздел 17), РТМ 108.020-05-75 «Исправление дефектов в литых корпусных деталях турбин и паровой арматуры методом заварки без термической обработки», а также И 34-70-020-85 «Инструкция по технологии ремонтной заварки корпусных деталей паровых турбин и арматуры перлитными электродами без термической обработки».

2.2. По микроструктуре сварного соединения оценивается температура подогрева. Для этого:

1) подсчитывается площадь поперечного сечения валика (слоя) F, мм2, по формуле

F = 0,8ав

где а и в - размеры валика по рис. 1;

2) определяется структура металла шва после травления в реактивах 1 - 2 (приложение 4 ОСТ 34-74-690-84) по трехбальной шкале, показывающей степень увеличения количества избыточного феррита с ростом тепловложения при сварке, температуры подогрева и площади поперечного сечения слоя.

Балл структуры оценивается визуальным сравнением видимой под микроскопом при увеличении 100 структуры металла шва с эталонной шкалой (рис. 2) и измерением ширины ферритной оторочки на участках металла шва с крупнозернистой столбчатой структурой с помощью объект - микрометра с точностью ± 5 % (табл. 1).

Рис. 2. Шкала для определения балла структуры металла шва. X100:

а - балл 1; б - балл 2; в - балл 3.

Штриховкой обозначены продукты распада аустенита; белые поля - ферритная оторочка по границам аустенитных зерен

Таблица 1

Характерный признак

Балл структуры шва

1

2

3

Средняя ширина ферритной оторочки на участках столбчатой крупнозернистой структуры, мкм

менее 15

15 - 50

более 50

Зависимость температуры подогрева от балла структуры и площади сечения валика (слоя) показана в табл. 2.

Таблица 2

Балл структуры шва

Площадь поперечного сечения F, мм2

Температура подогрева, °С

1

Менее 20

-

Более 20

Менее 150 - 200

2

Более 100

Менее или равно 150 - 200

100 - 50

300 - 350

Менее 50

450 - 500

3

Более 150

Менее 150 - 200

Менее 150

-

Примечания. 1. При структуре I балла и площади поперечного слоя менее 20 мм2 и при структуре III балла и площади поперечного сечения слоя менее 150 мм2 температура подогрева не может быть оценена.

2. Различие балла структуры по сечению шва означает, что тепловложение в процессе многослойной сварки существенно изменялось.

3. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ОТПУСКА ПОСЛЕ СВАРКИ

Контроль соответствия фактического режима отпуска требованиям РТМ-1С-81 и ОП № 02ЦС-66 производится по макро- и микроструктуре сварного соединения.

3.1. По макроструктуре выявляется перегрев выше критической точки Ас3, возможный в результате отступлений от установленного режима отпуска. Признаком перегрева является отсутствие на макрошлифах после травления в реактивах 1 - 4 видимой зоны термического влияния (ЗТВ).

3.2. По микроструктуре выявляются:

1) отсутствие отпуска после сварки и существенное (на 100° и более) занижение температуры отпуска по наличию темнотравящихся микрообъемов структуры на участке неполной перекристаллизации, а иногда и на участке перегрева ЗТВ (рис. 3). Темнотравящиеся микрообъемы структуры, располагающиеся преимущественно по границам зерен, представляют собою продукты распада аустенита, образовавшегося при нагреве выше критической точки Ас1.

В зависимости от скорости охлаждения продукты распада аустенита представляют собою перлит, бейнит или мартенсит;

2) перегрев при отпуске до температур, на 30 - 50° превышающих точку Ас1, по наличию описанных выше темнотравящихся микрообъемов по границам зерен на всех участках сварного соединения, включая металл шва и основной металл, примыкающий к ЗТВ.

3.3. Оценка качества термообработки производится по результатам замеров твердости. Значения средней твердости металла шва, выходящие за пределы требований РТМ-1С-81 (140 - 250 НВ), указывают на несоблюдение установленного режима отпуска.

Рис. 3. Структуры в зоне термического влияния (ЗТВ)

при отсутствии отпуска после сварки или заниженной температуры отпуска. Х100: а - участок неполной перекристаллизации ЗТВ при бейнитной структуре основного металла; б - участок неполной перекристаллизации ЗТВ при феррито-бейнитной структуре основного металла; в - участок перегрева ЗТВ. Штриховкой обозначены продукты распада аустенита; белые поля - избыточный феррит

При средних значениях твердости в пределах 200 - 250 НВ для надежной оценки качества термообработки необходимо провести анализ микроструктуры по 4.2.1, так как при сварке с завышенным подогревом (400 - 500 °С) твердость может находиться в указанных пределах и при отступлениях от штатного режима отпуска.

4. ОЦЕНКА РАБОТОСПОСОБНОСТИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПО ИХ СТРУКТУРЕ

Работоспособность определяется по результатам анализа структуры сварных соединений.

4.1. Оптимальная работоспособность обеспечивается в сварных соединениях, у которых:

структура металла шва соответствует 2 баллу шкалы (см. разд. 3);

толщина слоев с крупным (2 - 5 балл шкалы ГОСТ 5639-82) зерном в металле шва не превышает 5 мм;

доля участков с мелкозернистой (6 - 8 балл той же шкалы) структурой перекристаллизации, образовавшейся в металле шва при многослойной сварке под воздействием тепла последующих слоев, составляет не менее 30 %;

величина действительного зерна в металле шва и околошовной зоне не превышает 2 балла шкалы по ГОСТ 5639-82;

отсутствуют структурные признаки некачественной термообработки после сварки.

4.2. Сварные соединения, в которых металл шва имеет структуру I балла с преобладанием (более 70 %) крупного зерна и в которых имеются признаки некачественной термообработки, могут не обеспечивать необходимой работоспособности из-за склонности к хрупким разрушениям по металлу шва и околошовной зоне (см. разд. 5).

4.3. Сварные соединения, у которых в металле шва преобладает структура 3 балла, имеют пониженную работоспособность из-за уменьшения длительной прочности, а также склонности к хрупким разрушениям при низких и умеренных температурах (во время пусков, гидравлических испытаний, ремонтов, при монтаже).

4.4. Сварные соединения, у которых в структуре металла шва, ЗТВ и прилегающем к ним основном металле имеются признаки перегрева выше критических точек Ас1 и Ас3, не обеспечивают необходимой работоспособности из-за снижения длительной прочности.

5. ОЦЕНКА ПРИЧИН ПОВРЕЖДЕНИЙ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ МЕТАЛЛОГРАФИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

Вид трещин

Металлографический признак

Способ выявления по рекомендуемому приложению 4 ОСТ 34-70-690-84

Причины появления трещин

1

2

3

4

5.1. Повреждения, вызванные отступлениями режимов сварки и термообработки от требований норм

5.1.1. Кристаллизационные трещины при сварке (рис. 4)

Трещины имеют переменное раскрытие, зазубренные края, не всегда совпадают с границами аустенитных зерен. Они располагаются в ликвационных участках структуры затвердевания (по границам ячеек и дендритов)

Реактив 13

Отступления от рекомендуемого режима сварки. Несоответствие качества сварочных материалов требованиям, предъявляемым к химическому составу (в частности, повышенное содержание серы или пониженное содержание марганца в наплавленном металле)

5.1.2. Холодные трещины при сварке (рис. 5)

Трещины располагаются на участке перегрева ЗТВ или в металле шва. В очаге разрушения они образуются на границах аустенитных зерен, распространяются внутри зерен

Реактивы 1 - 2

Отсутствие или заниженная температура подогрева во время сварки, недостаточная прокалка электродов. Вероятность появления трещин возрастает в сварных соединениях толстостенных, особенно литых деталей

5.1.3. Трещины, обусловленные некачественным отпуском после сварки (рис. 6)

Трещины располагаются на участке перегрева ЗТВ на расстоянии до 1 мм от линии сплавления (1), в ходе развития могут отклоняться в основной металл или металл шва. Они идут по границам зерен в крупнозернистых объемах участка перегрева ЗТВ. Основной магистральной трещине сопутствуют поры и микротрещины на границах зерен. Металл в зонах повреждений, как правило, имеет твердость выше нормативных значений

Реактивы 1, 2, 9

Отсутствие отпуска после сварки или недостаточная высокая температура его, малая скорость нагрева в интервале температур (500 - 700 °С). Склонность к трещинам такого рода усиливается в случае заниженного тепловложения при сварке, признаком чего является структура металла шва I балла

5.2. Повреждения, связанные с действием напряжений, превышающих допускаемые, из-за нарушений режимов эксплуатации и (или) конструктивных недоработок

5.2.1. Трещины, обусловленные длительной статической перегрузкой (рис. 6)

Трещины располагаются на участке разупрочнения ЗТВ, а иногда в металле шва. В ЗТВ трещины идут по периметру стыка на расстоянии 2 - 4 мм от линии сплавления (2). Распространение их происходит по границам зерен феррито-карбидной и феррито-бейнитной структур на участках мелкого зерна и неполной перекристаллизации ЗТВ. В металле шва трещины также развиваются преимущественно по периметру стыка, иногда идут поперек шва по границам аустенитных зерен. Магистральным трещинам сопутствуют зоны микроповреждений в виде пор и надрывов по границам зерен. Твердость металла шва находится в пределах нормативных значений

Реактивы 1, 2, 9

Защемление паропроводов, неудовлетворительное состояние систем креплений, коробление труб из-за забросов воды; чрезмерное ослабление трубы отверстием под штуцер и др. Особенностью таких повреждений является возможность их многократного повторения по одному и тому же участку, если после первого повреждения источник высоких напряжений не был устранен

5.2.2. Трещины, обусловленные действием циклических напряжений (рис. 7)

Трещины располагаются преимущественно в зонах конструктивных и технологических концентраторов (в угловых сварных соединениях, у подкладных колец и т.п.). Трещины развиваются с внутренней поверхности труб и отличаются внутризеренным характером распространения и незначительной разветвленностью. В зависимости от уровня действующих напряжений и интенсивности протекания коррозионных процессов трещины в поперечном сечении могут выглядеть, как полости (1), либо иметь нитевидную форму (2). Образование и развитие трещин сопровождается коррозионным воздействием среды, поэтому такие повреждения следует рассматривать как коррозионно-усталостные. Растрескивание могут иметь вид сетки или быть ориентированным по рискам и (или) следам механической обработки на внутренней поверхности труб. Развитие трещин может идти от сварочных дефектов. Усталостные трещины, связанные с изменениями внутреннего давления и внешних нагрузок, образуются на наружной поверхности паропроводов в местах расположения концентраторов в виде угловых сварных соединений

Реактивы 1, 2

Циклическое действие высоких напряжений при пусках-остановах, изменениях нагрузки, в сочетании с коррозионной средой и наличием конструктивных и технологических концентраторов напряжений

5.2.3. Трещины, образующиеся при ударном нагружении (рис. 8)

Особенностью этих повреждений является одновременное образование их в нескольких близко расположенных сварных соединениях и основном металле (например, в гибах труб). Трещины развиваются с внутренней поверхности, преимущественно от конструктивных и технологических концентраторов, переходят из шва в основной металл, образуют многочисленные ответвления. Характер распространения трещин - смешанный, петлеобразный на всех участках сварного соединения

Реактивы 1, 2

Нарушение режимов эксплуатации оборудования (гидро- и термоудары)

Рис. 4. Кристаллизационные трещины в металле шва. Х100

Рис. 5. Холодные трещины на участке перегрева ЗТВ. Х100

Рис. 6. Трещины, обусловленные некачественным отпуском после сварки (1) и длительной статической перегрузкой (2). Штриховкой - граница сплавления; двойной штриховкой обозначены зоны термического влияния в основном металле и в многослойном шве

Рис. 7. Усталостные трещины. Х100:

1 - трещины в виде полости; 2 - нитевидная трещина

Рис. 8. Трещины, обусловленные действием ударных нагрузок. Х100

 

СОДЕРЖАНИЕ

1. Подготовка образцов к металлографическому анализу. 1

2. Контроль подготовки к сварке и ее качества. 2

3. Контроль качества отпуска после сварки. 3

4. Оценка работоспособности сварных соединений по их структуре. 4

5. Оценка причин повреждений по результатам металлографического анализа. 5

 

 

.
Помните!
Вся полученная прибыль с сайта идет на развитие проекта, оплату услуг хостинг-провайдера, еженедельные обновления базы данных СНИПов, улучшение предоставлямых сервисов и услуг портала.
Скачайте «РД 34.17.306. Методические указания по металлографическому анализу при оценке качества и исследований причин повреждений сварных соединений паропроводов из сталей 12Х1МФ и 15Х1МФ тепловых электростанций» и внесите свой малый вклад в развитие сайта!