книги из ГПНТБ / Неразрушающие методы контроля металлов на тепловых электростанциях

способом, т. е. после шлифовки до чистоты V 7—9.

Шлифованная поверхность перед ЭХП должна быть

очищена от абразива и других загрязнений и обезжирена

спиртом.

При электрополировке шлифов рекомендуется приме­

нять хлорноуксусные электролиты. Температура электро­

лита в электролизной ванне зависит от температуры

изделие (труба).

детали и окружающей среды. Основной является темпе­

ратура детали, так как относительно малый объем

электролита сравнительно быстро принимает ее темпера­

туру. Основными параметрами режима, обеспечивающими качественную электрополировку, являются состав элек­

тролита, его температура и плотность тока. Необходимая плотность тока обеспечивается изменением процентного

содержания хлорной и уксусной кислот или напряжения,

приложенного к электродам в пределах 25—36 в. Так как

напряжение для обеспечения условий анодной поляри­ зации поддерживается на одном уровне, то необходимую

плотность тока обеспечивают изменением содержания

хлорной кислоты в уксусной или в отдельных случаях

40

/

изменением температуры электролита (подогревом или

охлаждением детали). Хлорно-уксусный электролит име­ ет рабочий диапазон температур 16—35oC. Режимы электрохимической полировки углеродистых, низколеги­

рованных и нержавеющих сталей приведены в табл. 2

(плотности тока указаны для установившегося процес­

са ЭХП).

Таблица 2

Режимы электрохимической полировки углеродистых, низколегированных и нержавеющих сталей

При ЭХП углеродистых и низколегированных сталей

(полируемая площадь 0,015 дм2, расстояние между като­

дом и анодом-шлифом 10 мм) сила тока самопроизволь­ но снижается в течение 4—6 сек с 1,5 а в начале процесса до 0,15—0,19 а при установившемся процессе.

При ЭХП нержавеющих сталей аустенитного и феррит­

При недостаточной плотности тока электролиз прохо­ дит со слабым газовыделением. Если плотность тока

на шлифе образуется большое количество темных точек,

наблюдаемых в микроскоп. При правильно выбранном

режиме полировки процесс сопровождается спокойным

и равномерным газовыделением. Если процесс ЭХП

41

происходит при оптимальном режиме, на полируемой

поверхности образовывается вязкая полупроводящая прпанодиая пленка темно-коричневого цвета, состоящая

из неметаллических соединении, обладающих высоким удельным сопротивлением. Эта пленка на выступах

шероховатой поверхности имеет меньшую толщину

и, следова’тельно, меньшее электрическое сопротивление, чем на впадинах, вследствие чего растворение металла

на выступах проходит быстрее, чем во впадинах из-за большей плотности тока. Для получения качественного

шлифа электрополировку следует проводить так, чтобы

во время всего процесса полировки ие разрушить обра­

зовавшуюся прианодную пленку.

После прекращения полировки необходимо сразу же

снять с детали электрополировочную головку и струей чистой воды (из резиновой груши) полностью удалить с поверхности шлифа темно-коричневую пленку, промыть его этиловым спиртом и осушить фильтровальной бума­

гой. Во избежание нанесения на поверхность шлифа рисок (царапин) сушку необходимо производить без

передвижений бумаги по плоскости шлифа. Микроструктура, выявленная травлением после элек­

трополировки, имеет четкое изображение, так как на по­

верхности шлифа отсутствуют деформированные (накле­

панный) и другие слои, искажающие истинную структуру металла, что имеет место при механической полировке. Время, затрачиваемое на элекрохимическую полировку

по шлифованной поверхности детали, составляет не бо­

лее 7—9'мин.

Применение электрохимической полировки и электро­

травления шлифов в сочетании с получением копий

микроструктуры на полистироловых пластинках (репли­ ках) успешно применяется в течение ряда лет лаборато­ рией сварки и исследования металлов предприятием Львовэнергоремонт для структурного анализа сталей на электростанциях, что дает право рекомендовать эти

методы для широкого внедрения в практику лабораторий металлов монтажных, ремонтных и энергетических пред­ приятий.

13. ВЫЯВЛЕНИЕ И РЕГИСТРАЦИЯ МИКРОСТРУКТУРЫ

Выявление микроструктуры углеродистых и низколе­

гированных сталей после подготовки шлифа производит­

ся химическим травлением с помощью 2%-ного раствора

42

азотной кислоты в этиловом спирте в течение 30—40 сек.

Микроструктуру нержавеющих хромистых и хромонике­

аустенитных хромоникелевых сталей металлографическим способом можно производить при помощи электротрав­

ления шлифов. Электротравление на установке УЭП-2М

Изучение протравленных шлифов и регистрацию !(фо­ тографирование) микроструктуры можно производить

непосредственно на деталях при помощи переносного микроскопа ММУ-3 с мпкрофотонасадкой МФН-7.

Ряд недостатков, присущих этому способу, а именно: невозможность проведения анализа в стесненных местах,

наличие вибрации оборудования и значительной запы­

ленности атмосферы, необходимость выполнения работы специалистом-металловедом, значительно затрудняют

и ограничивают его применение при монтаже и особенно

при ремонте энергооборудования. Поэтому в последние годы все большее применение находит метод изучения оттисков (реплик) микроструктуры на стационарном ла­ бораторном оборудовании. Наиболее удобным материа­

лом для получения оттисков является полистирол мар­

ки Д (ГОСТ 9440-60), который применяют в виде квад­

ратных пластинок или кубиков со стороной 15 мм.

Практикой установлено, что на пластинках, вырезан­

ных из хрупкой полистироловой облицовочной плитки

(изготовитель— Минский комбинат строительных конст­ рукций), можно получить высококачественное контраст­

ное изображение микроструктуры. При этом необходимо

иметь в виду, что применение полистирола с недостаточ­

ной твердостью .(не хрупкого) является причиной

возникновения ложных дефектов структуры, появляющих­

ся вследствие возникновения на полистироле язвин

более светлого^ тона по сравнению с общим оттенком

оттиска.

Получение оттиска производится следующим образом.

На контактную поверхность пластинки ((кубика) поли-

43

мягчается и слегка набухает. Пластинку размягченной стороной кладут на шлиф и прижимают рукой, плавно

увеличивая усилие и не допуская скольжения пластинки по плоскости шлифа. В прижатом положении пластинку

выдерживают 10—15 сек, после чего оставляют на 2,5—

3,0 ч, в течение которых полистирол затвердевает. После этого пластинку снимают со шлифа, маркируют и укла­

дывают в конверт.

Исследование структуры по оттискам производят в металлографической лаборатории на микроскопах МИМ-7 или МИМ-8 при наименьшем отверстии полевой диафрагмы и аппертурной диафрагме 6.

14. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕЛИЧИНЫ ЗЕРНА В СТАЛЯХ УЛЬТРАЗВУКОВЫМ МЕТОДОМ

Трубы поверхностей нагрева, изготовленные из хро­

моникелевых сталей аустенитного класса, по техничес­

ким условиям допускаются к эксплуатации с величиной

зерна 3—7 балла (стандартной шкалы).

Трубы с величиной зерна больше балла 3 обладают

пониженной пластичностью и ударной вязкостью, с вели­

чиной зерна меньше балла 7— повышенной ползучестью.

Металлографический метод определения величины зерна

вследствие значительной трудоемкости его выполнения

не 'пригоден для 100%-ного контроля поступающих на изготовление и монтаж, а также находящихся в экс­

плуатации труб из аустенитных сталей. Поэтому для массового контроля величины зерна в аустенитных ста­

лях нашел применение ультразвуковой метод, основан­

ный на свойстве ультразвуковых колебаний рассеиваться на границах зерен. Рассеивание ультразвуковых колеба­

ний одной, фиксированной частоты возрастает с увеличе­

нием размеров зерна, а при постоянной величине зерна увеличивается с увеличением частоты колебаний. Такая

зависимость имеет место, если выполняется условие

4≤i-<10, . (22)

где λ — длина волны; cl — средний диаметр зерна.

Определение величины зерна в сталях ультразвуко­

вым методом производится структурным анализатором —

44

дефектоскопом ДСК-1, выпускаемым кишиневским за­

водом «Электроточпрпбор» (размеры 540×350× 245 мм,

масса 25 кг). Прибор работает «по принципу эхо-ме­ тода, посылая ультразвуковые колебания в контро­ лируемое изделие и принимая отраженный от дна

изделия сигнал. Степень рассеивания прошедших через

сталь эхо-сигналов определяется по высоте импульса

принятого сигнала на экране осциллографической трубки

дефектоскопа. Увеличение рассеивания ультразвука со­

провождается уменьшением высоты импульса.

Определение величины зерна производится сравнени­

ем амплитуд донных эхо-сигналов, прошедших через

испытуемое изделие и эталон с известной величиной

зерна при прозвучивании наклонной раздельно-совме­ щенной головкой. Разнозернистость в эталонном образ­

це, определенная металлографическим методом, допуска­

ется в пределах одного балла; марка стали и толщина

эталона должны соответствовать контролируемому из­

делию. Прибор ДСК-1 работает с частотой сигналов 0,65; 1,25, 2,5; 5,0 и 10,0 мгц, что позволяет контролиро­ вать размеры зерна в широких пределах. Прибор ДСК-1 позволяет контролировать величину зерна в сталях с точностью до одного балла. При наличии в стали сме­

си зерен, имеющих разные размеры, прибор дает усред­

ненный результат.

Для осуществления акустического контакта поверх­

ность изделия в месте измерения зачищается до чисто­ ты Ѵ6 и покрывается тонким слоем машинного масла.

Преимущество ультразвукового метода определения зер­

на по сравнению с металлографическим заключается

ввысокой производительности и возможности получения

результатов непосредственно на рабочем месте без лабо­ раторной обработки данных анализа. Прибор ДСК-1

может быть использован и для контроля величины зерна

всталях других структурных классов.

Глава четвертая

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТАВА СТРУКТУРНЫХ ФАЗ СТАЛЕЙ

15. КАРБИДНЫЙ АНАЛИЗ’ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

Жаропрочные свойства стали в значительной сте­

пени определяются соотношением легирующих элемен­ тов, находящихся в твердом растворе и в карбидной

45

фазе. Чем большая доля легирующих элементов, содер­ жится в твердом растворе, тем выше жаропрочность

стали и работоспособность деталей энергооборудования.

В сталях'перлитного класса 16М, 15ХМ, 12МХ, 12Х1МФ,

15Х1М1Ф в процессе эксплуатации наиболее интен­

сивно переходит в карбидную фазу молибден. Ско-

рость перехода хрома в карбиды обычно бывает

незначительной, а подав­

ляющее количество вана­ дия переходит в карбиды

уже при термообработке

детали. В связи с этим фазовый состав низколе­

гированных жаропрочных

сталей перлитного класса меняется в основном за счет карбидизации мо­

основном по границам зе- *

реп. Установлено, что при значительном скоплении кар-

бидов на границах зерен, особенно при их коагуляции,

происходит снижение ударной -вязкости стали.

Определение относительного содержания легирующих элементов в твердом растворе и карбидной фазе непо­

средственно на деталях паропроводов и других элемен­ тах энергооборудования, находящегося в нерабочем, остывшем состоянии, производится методом неразру­ шающего карбидного анализа. Метод основан на сравнении содержания анализируемых элементов в ос­

новном металле и карбидной фазе после химического

в зависимости от метода растворения, а карбиды оста­

46

C толщиной стенки 20—32 мм обезуглероженный слои

составляет не более 5%l номинальной толщины стенки трубы.

Растворение металла производят в специальных лун­ ках, укрепляемых на подготовленных участках изделий.

Объем лунки рассчитывается на заполнение 3 — 4 мл жидкости, а площадь открытой части, соприкасающейся

пропитанного парафином, винипласта или другого кислотостойкого материала. В качестве примера приве­ дены конструкции лунок из винипласта (рис. 21, 22).

Для уплотнения между корпу­ сом лунки и изделием приме­

няется прокладка из тонколи­ стовой (ó —2÷3 мм) кислото­

стойкой резины, которая при­

клеивается к корпусу эпоксид­

ной смолой. Поверхность рези­ новой прокладки, соприкасаю­

щуюся с изделием, смазывают

резиновым клеем, и лунки при­

вязывают к детали с помощью резиновой трубки или резино­

вого шнура. Перед взятием

твор удаляют, карбиды счищают и дно лунки при помо­

щи пинцета тщательно вытирают кусочками фильтро­

вальной бумаги.

При электролитическом растворении в качестве эле­ ктролита применяют раствор, состоящий из 5 г лимонной

кислоты и 7,5 г хлористого калия на, 100 мл воды. В

лунку наливают 0,8 мл (30 капель) электролита и опу­

скают свернутый из платиновой проволоки катод. Элек­ тролиз осуществляют в течение 20 мин при плотности

тока 0,02 — 0,03 a CM2. В качестве источника тока может

быть использовано выпрямительное устройство конструк­

ции Львовэнергоремонта (см. гл. 3). Электролитичес­ кое растворение производят для определения карбидных

фаз молибдена и хрома.

47

и 10%-ной лимонной кислоты, взятых в равных количест­ вах— для определения карбидных фаз молибдена и хро­

ма. Процесс растворения ведут в течение 10 мин без

перемешивания раствора. Растворение должно идти

спокойно, без разбрызгивания.

По окончании процесса растворения (независимо от

метода) медицинской пипеткой переносят без переме­

шивания весь раствор через беззольный фильтр (диамет­

ром не более 30 мм) в пробирку. Кусочками фильтро­ вальной бумаги, зажатыми пинцетом, также осторожно

переносят на фильтр весь карбидный осадок. После

этого лунку несколько раз промывают водой (кроме слу­

чая кислотного растворения для определения карбидной фазы ванадия), которую отфильтровывают через тот же

фильтр в пробирку с раствором. Отфильтрованные раст­ вор и промывные воды составляют вместе так называ­ емый основной, раствор.

Использованный фильтр и кусочки фильтровальной

бумаги, которыми счищали карбидный осадок, вклады­

вают в конверт из кальки.

Отбор проб для определения карбидной фазы вана­ дия производят в лунке при помощи растворения

Химический анализ отобранных проб производят в лабораторных условиях. Содержимое каждого конверта

до получения однородной желтовато-оранжевой массы.

При определении карбидной фазы молибдена и хрома

образованный сплав после охлаждения тигля выщелачи­ вают водой. Полученный карбидный раствор отфильтро­

При определении карбидной фазы ванадия сплав об­

рабатывают серной кислотой (1 :3). Добавлением серной

48

кислоты, основной и карбидный растворы доводят ДО

объемов 10 мл каждый.

Химическую обработку растворов и фотоколоримет­

рирование производят в лабораторных условиях в со­

ответствии с существующими методами. Расчет относи­

тельного распределения легирующих элеменов между

карбидной фазой и твердым раствором производится по формулам

исходного объема основного раствора к объему того же

раствора, взятого для колориметрирования, называемое

кратностью растворения; nκ— кратность растворения карбидного раствора; D0— оптическая плотность основ­

ного раствора; Dk — оптическая плотность карбидного

раствора; Ck — относительное содержание определяемого

элемента в карбидах.

16.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФЕРРИТНОЙ ФАЗЫ

ВАУСТЕНИТНЫХ СТАЛЯХ

Сварные швы аустенитных хромоникелевых сталей,

наплавленный металл которых имеет двухфазную струк­ туру, состоящую из аустенита с небольшим количеством ферритной составляющей, более устойчивы против воз­ никновения в них горячих ¡(кристаллизационных) трещин,

чем швы с наплавленным металлом, имеющим одно­

фазную аустенитную структуру. Наиболее устойчивы против возникновения горячих трещин сварные швы при

вызывает охрупчивание и понижение коррозионной стой­

кости наплавленного металла [Л. 15].