化工设备组件，子组件失效的原因诊断-中文翻译

化工设备组件，子组件失效的原因诊断M. B. Chizhmakov and M. B. Shapiro UDC 66.023:620.193:660.077在高温和压力下以及腐蚀性介质的作用，化工设备发生故障的性质和原因的诊断需要采取金属的物理化学调查的当代方法。正确确定化工设备零部件失效的原因使设计师能够根据所选择的材料结构和设备计算方法是否满足使用条件。 对于技师来说，如果失效是因为使用的技术或不完善的技术偏差引起的，那么技师利用这些结果，可以改变设备制造工艺。对于用户来说，失效的原因的调查结果，使人们有可能得到有关的操作方法和工艺参数的结论。此外，机器和设备故障的性质和原因的分析，可以预测其使用寿命。正如对化工行业一家外国公司所进行的设备故障的原因调查，由于局部腐蚀引起的材料失效占大部分，设备故障的分析表明，全面腐蚀的占 27.5，腐蚀开裂的占 23.7，晶间腐蚀，焊缝腐蚀的占 14.6，点蚀的占 14.3，其他类型的腐蚀占 13，此外，据悉，金属设备腐蚀的物质损失水平比整个领域金属损失的平均水平高出 2.8 倍以上。应当指出的是，在许多情况下确定基本金属及化工设备的焊接失效类型和原因是非常困难的，需要复杂的方法解决这个问题。损坏设备的金属的检查很复杂，但确定失效的主要原因是可能的。调查的方向和选择适当的方法是由材料失效和设备的经营状况的特点决定的。为了确定故障、腐蚀损坏，裂缝的存在的位置等，调查应当由目视检查损坏的设备开始。为了检测设备的运行状况可能出现的偏差，作一个设备故障的记录表并且熟悉自己的技术资料和工作计划是有用的。确定钢的化学成分和其与GOST 认证协议在许多情况下是必要的；这里应注意钢的失效和钢中气体的含量。检查金属的机械性能，以便建立一个之间的性能和技术规范的协议，这是必要的。在被调查的材料中，有必要确定残余应力的大小，它在腐蚀开裂，腐蚀疲劳的情况下很危险，复杂应力状态也如此。此外，可以对损坏的零部件进行彩色照相，这就有可能检测金属裂缝和它的位置，还获得金属损害类型的重要信息。零件部分断裂导致腐蚀破坏与介质的侵蚀相互作用，因此金属探伤是必要的。金属结构的金相调查产生有价值的信息，当设备在高温下工作时，由于重结晶过程，会引起工作过程中金属结构发生重要的变化。分析微观结构能够检测冶金缺陷（非金属夹杂物的存在， 相，铁素体等）以及焊缝的缺陷。在确定由晶间腐蚀还是由腐蚀开裂导致失效时金相调查也很重要，因为这可能出现可以唯一确定断裂的特征。然而，在许多情况下，确定化工仪器、部件和组件失效的原因时使用现代物理的调查方法是必要的。调查失败的最有效的方法之一是断口分析，这是通过栅格或透射电子显微镜法实现的。断口的方法可用于检测脆性破坏以及其与晶面或结构部件的相间边界的连接。在韧性断裂腐蚀或断裂拉伸区的情况下，由分析断口的方法确定。在疲劳断裂的情况下分析疲劳槽或轨道痕迹。详细的断口分析为判断断裂类型提供有价值的信息。通过断口分析，能够确定断裂源和裂纹扩展轨迹。由断口的方法确定侵蚀介质或断裂过程氢化的程度。此外，断裂结构的特点，提供了更多失效的信息。因此，在恒定负载下的作用下，断裂的一个典型特征是断口表面存在大量的裂缝。韧性断裂坑的形状在很大程度上取决于所施加的载荷性质。广泛分散的坑的尺寸显示了正在检查的材料结构的不均匀性。当断裂时没有腐蚀产物，晶间断裂的特点表明晶界偏析的有害污染物由于膜的存在被分离。混合表面含有晶故障和另一种类型表明在晶界上的有害污染物的不均匀性。晶断裂表面存在腐蚀产物表明金属的开裂是由于应力腐蚀。从断裂过程的细节来看有几个其他的迹象能够确定导致材料失效的外部因素（压力，介质等）的特点。通过对由断口的方法获得的关于断裂类型的数据分析使得它在大多数情况下，能够确定金属断口的特点和化工设备零部件失效的原因。然而，有时断口的方法不能完全确定金属失效的原因而只有失效情况的大致图片。另外，失效的特点常受使用过程中积累的结构变化的影响，即重结晶，分散过剩的阶段的分离，密度变化，位错分布特征等。在这种情况下，失效的类型和可能的原因可以通过透射电子显微镜获得。对于化工设备失效原因诊断的零部件微量法正在成功使用，如 X-射线谱和俄歇光谱分析。这些方法需要微量体积很小的金属的。因此，使用 X 射线谱分析方法能够确定基质和夹杂物的组成，待检测试样中的元素分布不均匀程度以及进行的元素分布特征的分析和由金属和侵蚀介质的相互作用组成的腐蚀产物。此外，这种方法可以用来确定耐腐蚀钢和合金表面薄膜的组成。俄歇光谱也可以解决这些问题，除了确定存在晶界上的有害污染物分离，建立局部成分变化的面积，碳化物或晶界附近铬的缺乏以及确定钢和合金的细夹杂物（少于 1 微米）的组成。损坏仪器的调查除了以上所述的微量方法，可以使用其他方法（X 射线光电子能谱，二次离子质谱质谱，激光等） 。然而，在大多数情况下，它们不如X-射线谱分析或 Auger 光谱有效。因此，按下列顺序在这些因素的基础上结合2中描述的断口分析可以确定化工设备零部件故障的原因。1. 通过检测断裂源，结构的应力集中，表面存在的损伤迹象建立失效的图表2. 确定零件的尺寸和绘图规格，金属的化学成分与力学性能和工艺条件之间的要求，这样不仅检查了热处理的正确性，也保证了高温条件下工作设备的维修。3. 确定断裂时主应力的作用方向。4. 确定宏观弹性应变以及其局部作为一个整体在断裂附近的的类型与程度。5. 确定断裂故障类型，即，弹性变形，脆性变形，疲劳，沿晶，穿晶；存在晶间腐蚀，腐蚀开裂，点蚀的迹象。6. 确定断裂面在结构和颜色以及其他宏观的迹象上的不同，即断口，疲劳槽等，说明了故障的持续时间。7. 找出断裂的腐蚀产物，氧化物和其他物质，以及它们与失效原因的关系。8. 找出接近和远离断口的裂缝，确定它们的位置，数量和方向。9. 检查金属的宏观和微观结构，对给出的半成品的意见，检测结构故障，往往是一个石头状断口，存在奥氏体钢铁素体相、西格玛相奥氏体铁素体相和奥氏体 - 铁素体钢。10. 使用微量分析法鉴定非金属夹杂物，呈现断裂中夹杂物的来源，韧性断裂中形成微孔，也存在沿晶界和膜偏析物，11. 研究精细结构（位错分布，包装缺陷） ，从而找出工作中设备材料中出现的变化。例如，在许多情况下，对于奥氏体或奥氏体 - 铁素体钢设备，确定长期在高温下工作材料是否有晶间腐蚀的倾向很有用。复杂化工设备的零部件的故障调查，通常利用断口分析3-5。应当指出的是，在使用条件下，确定设备故障原因相关的每项工作都是一个独立的调查，诊断领域的设备零部件故障的原因经验的积累和系统化和结果的统计处理，是材料科学家，腐蚀专家，技术人员在，以及在相关领域的设计师的重要任务。这项工作必须在相关领域机构开展，从而熟悉设备的特殊操作特点。增加设备的故障诊断工作很有必要。这里需要附加一个重要的角色，即重视科研院所和实验室设备以及相关领域的研究机构之间的经验交流。