Obecně platí, že degradace oceli za vysokých teplot je vyvolána strukturními změnami, tj. globularizací a hrubnutím karbidických částic. Kinetika těchto změn a s tím i souvisejících změn mechanických vlastností je tedy funkcí teploty a doby jejího účinku.

V posledním období jsme se zabývali zjištěním příčin porušení některých částí energetických zařízení, a to zejména parovodů. Jednalo se o díly vyrobené z oceli ČSN 415128. Tyto díly byly provozovány za teplot až 535⁰ C a tlaku až 10 MPa.

U jednoho z kontrolovaných kotlů byl v prostoru teploměrné jímky zjištěn únik média z parovodu. Při defektoskopické kontrole byla na jednom svaru zjištěna jedna nepřípustná vada (trhlina skrz celou stěnu potrubí), ostatní vady byly přípustné. Svar dále označujeme jako svar č.1.

Při zpřísněné kontrole byly v hloubkovém rozsahu 6 až 12 mm pod vnějším povrchem zjištěny oblasti vad ještě u dalšího svaru. Tento svar dále označujeme jako svar č.2.

Z obou svarů byly vyříznuty prstence o délce cca 25 mm se svarovým spojem uprostřed. Oblasti svarů byly opakovaně podrobeny defektoskopické kontrole. U prvního svaru byla potvrzena nepřípustná vada - trhlina přes celou stěnu potrubí, u druhého svaru byla zjištěna vada pouze při zpřísněné registrační úrovni a to do hloubky max. 8,6 mm. potom byla na tomto prstenci provedena tlaková zkouška. Po tlakové zkoušce byla změřena sondou povrchových vln maximální hloubka vady 9,1 mm. Měření proběhlo opět při zpřísněné registrační úrovni.

Závěry.

• Trhlina u spoje č.1 iniciovala a čířila se ve svařováním tepelně ovlivněné oblasti ve vzdálenosti přibližně 2 mm od rozhraní se svarovým kovem, v místě, kde byly zaznamenány nižší hodnoty tvrdosti a kde došlo k lomu u zkoušek pevnosti v tahu.
• Zjištěna trhlina u spoje č.1 se z místa iniciace na vnějším povrchu trubky šířila v tepelně ovlivněné oblasti oceli trubky ve vzdálenosti zhruba 2 mm od rozhraní oceli trubky se svarovým kovem.
• U spoje č.2 byly zjištěny na rozhraní svařováním tepelně ovlivněné oblasti a oceli trubky 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. Toto poškození bylo zřejmě detekováno defektoskopicky jako vada typu trhliny za zpřísněné registrační úrovně.
• Bylo zjištěno, že lom se u spoje č.1 šířil mechanizmem creepového lomu, přičemž čelo magistrální trhliny bylo zhruba ve středu stěny trubky a šířilo se po obvodu trubky na obě strany od místa iniciace. Současně se při vnějším povrchu trubky šířila mělká sekundární trhlina.
• U spoje č.2 bylo detektováno rozsáhlé poškození kavitami a klínovými trhlinami v ranném stádiu, 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 takového rozsahu, že je indikovatelné běžnými defektoskopickými metodami.
• Z rozboru tloušťky oxidické vrstvy u spoje č.1 bylo odhadnuto, že trhlina zhruba po dosažení 70% současné provozní doby. Na základě téhož postupu u spoje č.2 je možno konstatovat, že doba existence mělkých povrchových trhlin byla krátká, řadově stovky až tisíce hodin.

Výsledky provedených analýz jednoznačně prokázaly, že příčinou vzniku trhlin 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, které je detekovatelné běžnými defektoskopickými metodami.

Creepové poškození je tedy možno zjistit s dostatečným předstihem, ještě ve stavu, kdy nehrozí perforace stěny trubky. Je proto možno doporučit včasný výpočet kritických míst napjatosti na základě reálného stavu oceli provozovaného potrubí a pravidelné defektoskopické kontroly těchto míst, jako prevenci případně havárie.

Související

Související témata Potrubí NDT kontrola TZ