Richard Regazzo, Marcela Regazzová, Lubomír Bartulík, R&R NDT Zeleneč, Josef Čmakal, ŠKODA Praha Zbraslav

Základní informace -makrostruktura

Ve svarovém spoji ve vysokotlakém parním potrubí O 273 x 25 mm byla zjištěna trhlina ultrazvukovou kontrolou. Tavné tupé svary byly provedeny metodou TIG v oblasti kořene a metodou ROS ve výplni. Z oblasti svaru byl vyříznut prstenec o délce cca 300 mm, který nám byl předán k detailnějšímu ultrazvukovému zmapování zjištěné trhliny. Po provedení ultrazvukových zkoušek byly provedeny další expertizy sledovaného svařence. Metalografické výbrusy byly připraveny v rovině kolmé na svarový spoj obvyklou technikou postupného mechanického broušení a leštění. Mikrostruktura byla leptána roztokem Vilella-Bain. Dokumentace mikrostruktur byla provedena prostřednictvím digitalizace obrazu snímaném z metalografického mikroskopu Nikon-Epiphot a zpracovatelského software LUCIE. Pomocí tohoto programového vybavení byla provedena veškerá kvantitativní strukturní měření. Ocel obou svařených trubek má feriticko-karbidickou strukturu s globulárními karbidy rovnoměrně vyloučenými na hranicích a uvnitř zrn. Ve svařováním tepelně ovlivněných oblastech je struktura rovněž feriticko-karbidickou strukturu. Zbytky bainitických jehlic byly ve svarovém kovu pozorovány zcela ojediněle. Tvrdost HV byla měřena u dvou metalografických vzorků. Byl stanoven průběh tvrdosti přes svarový spoj. Chemická analýza byla provedena kvantometricky ve zkušebně Chemopetrol Litvínov. Zkoušky pevnosti v tahu byly provedeny podle ČSN 42 0310 a vrubové houževnatosti podle ČSN 42 0381. U sledovaných vzorků byla také měřena velikost feritického zrna. Měření bylo provedeno metodou počítání zrn podle ČSN 42 0462. Na každém vzorku bylo měřeno minimálně 10 míst. K měření byla využita výše popsaná automatická analýza obrazu pomocí software LUCIE. Jako orientační hodnota byla měřena tloušťka a šířka desek u svarového kovu v oblasti krycí housenky. Výsledné hodnoty uváděné jsou aritmetickým průměrem měřených hodnot. Naměřené hodnoty svědčí o velmi jemnozrnné struktuře ve všech hodnocených oblastech.

Trhlina

U svarového spoje byla ultrazvukem indikována vada charakteru trhliny při vnějším povrchu trubky. Metalografické pozorování však prokázalo v místě indikaci pouze mělké nesouvislé povrchové trhlinky u vzorků P2 a P3 zasahující do hloubky 1,24 mm, resp. 1,12 mm. V detailu těchto trhlin je dobře patrno, že trhlinky jsou tvořeny soustavou propojených klínových trhlin a kavit. Jde o charakteristickou morfologií creepového porušení. Creepové poškození tvořené shluky jen částečně propojených nebo samostatných kavit a klínových trhlin zasahuje u těchto vzorků do hloubky 5 až 7 mm od vnějšího povrchu trubky. Stupeň propojení defektů se s rostoucí vzdáleností od povrchu snižuje. Shluky propojených defektů ve vzdálenosti od povrchu snižuje. Shluky propojených defektů ve vzdálenosti 2 až 3 mm od povrchu. Ve větších vzdálenostech od povrchu tvoří kavity řádky na hranicích feritických zrn. U ostatních vzorků nebyly detekovány propojené povrchové trhlinky, shluky částečně propojených kavit a klínových trhlin byly však pozorovány zhruba ve stejném rozsahu jako u vzorků P2 a P3. Předchozí pozorování ukázalo, že k indikaci magistrální trhliny docházelo u tohoto vzorku na vnějším povrchu trubky, pravděpodobně v oblasti vymezené vzorky P2 a P3. Sledování trhlinek a dalších defektů při naleptané struktuře plně potvrdilo, že jde o creepové poškození. Lze pozorovat trhlinu šířící se svařováním tepelně ovlivněnou oblastí blízko rozhraní s původní strukturou trubky. Ve větších vzdálenostech od vnějšího povrchu je pak patrna tvorba a propojování kavit a klínových trhlin v tepelně ovlivněné oblasti svaru.

Závěr

Výsledky provedených měření a jejich analýzy je možno shrnout do následujících závěrů : Mikrostruktura, chemických vlastností nevykazují žádné extrémní hodnoty a odpovídají dlouhou dobu provozované oceli 15128. Na rozhraní svařováním tepelně ovlivněné oblasti a oceli trubky byly zjištěny jen mělké povrchové trhliny, tvořené krátkými, ne zcela propojenými trhlinkami, zasahujícími do hloubky 1,5 mm od vnějšího povrchu. U tohoto spoje však bylo zjištěno rozsáhlé poškození kavitami a klínovými trhlinami na hranicích zrn, zasahující od vnějšího povrchu zhruba do 1/3 tloušťky stěny trubky. Bylo detekováno rozsáhlé poškození kavitami a klínovými trhlinami v ranném stadiu, kdy ještě nedošlo k úplnému vytvoření magistrální creepové trhliny. Z tohoto pozorování vyplývá, že před vznikem magistrální trhliny musí existovat v kritických oblastech po značnou dobu lokální, nesouvislé poškození. Z rozboru tloušťky oxidické vrstvy bylo odhadnuto, že doba existence mělkých povrchových trhlin byla krátká, řádově stovky až tisíce hodin. Výsledky provedených analýz jednoznačně prokázaly, že příčinou vzniku trhliny je vysokoteplotní creep ve svařováním tepelně ovlivněné oblasti, tj. v místě nejnižších hodnot mechanických vlastností. Současně bylo zjištěno, že šíření magistrální trhliny předchází vznik poměrně rozsáhlých oblastí lokálního creepového poškození kavitami a klínovými trhlinami.

Související

Související témata NDT kontrola TZ