МУ 34-70-161-87

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

     
     
ОКСТУ 3109, 3110

Срок действия с 01.03.88
до 01.03.98*
________________
См.ярлык "Примечания".

     
     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
     
     
     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 N ОЗЦС-66 "Правила контроля сварных соединений трубных систем котлоагрегатов и трубопроводов тепловых электростанций";
     

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

 - ширина валика;  - толщина;  - высота усиления шва

     
     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 PTM-1С-81 и ПК N ОЗЦС-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 ОП N 02ЦС-66 "Трубные системы котлоагрегатов и трубопроводы тепловых электростанций. Сварка и термообработка сварных соединений" допустимо;
     
     4) соответствие размеров ремонтных выборок требованиям PTM-1C-81 (раздел 17), PТM 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) , мм, по формуле
     

     
где  и  - 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).
     

Pис.2. Шкала для определения балла структуры металла шва. Х100:

а - балл 1; б - балл 2; в - балл 3.

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

     
     
Таблица 1

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

Таблица 2

     
     Примечания. 1. При структуре 1 балла и площади поперечного слоя менее 20 мм и при структуре III балла и площади поперечного сечения слоя менее 150 мм 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 PTM-1C-81 и ОП N 02ЦС-66 производится по макро- и микроструктуре сварного соединения.
     
     3.1. По макроструктуре выявляется перегрев выше критической точки , 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 . В зависимости от скорости охлаждения продукты распада аустенита представляют собой перлит, бейнит или мартенсит;
     

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 ЗTB. Штриховкой обозначены продукты распада аустенита; белые поля - избыточный феррит

     2) перегрев при отпуске до температур, на 30-50° превышающих точку , 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 PTM-1C-81 (140-250 НВ), указывают на несоблюдение установленного режима отпуска.
     
     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 1 балла с преобладанием (более 70%) крупного зерна и в которых имеются признаки некачественной термообработки, могут не обеспечивать необходимой работоспсобности 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  и , не обеспечивают необходимой работоспособности из-за снижения длительной прочности.
     

5. ОЦЕНКА ПРИЧИН ПОВРЕЖДЕНИЙ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ МЕТАЛЛОГРАФИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

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

     
     
     
Текст документа сверен по:
/ Минэнерго СССР. -
М.: ВТИ им. Ф.Э.Дзержинского, 1987