"РД 153-34.1-17.467-2001. Руководящий документ. Экспрессный метод оценки остаточного ресурса сварных соединений коллекторов котлов и паропроводов по структурному фактору"
(утв. РАО "ЕЭС России" 03.05.2001)

1. Разработан Акционерным обществом открытого типа "Всероссийский дважды ордена Трудового Красного Знамени теплотехнический научно-исследовательский институт" (АООТ "ВТИ").

Исполнители Ф.А. Хромченко, Р.Н. Калугин, В.А. Лаппа, И.В. Федина.

2. Утвержден Департаментом научно-технической политики и развития РАО "ЕЭС России" 3 мая 2001 г.

Первый заместитель начальника А.П. Ливинский.

3. Введен впервые. Периодичность проверки - 5 лет.

Настоящий отраслевой руководящий документ устанавливает основные требования и последовательность проведения операций при определении остаточного ресурса стыковых, тройниковых и штуцерных сварных соединений равно- и разнотолщинных трубных элементов коллекторов котлов и паропроводов из теплоустойчивых хромомолибденованадиевых сталей по микроповрежденности металла зон с помощью металлографического анализа для условий ползучести.

Настоящий отраслевой нормативный документ необходимо использовать при проведении эксплуатационного контроля сварных соединений в соответствии с требованиями РД 10-262, РД 153-34.1-17.421 "Типовая инструкция по контролю металла и продлению срока службы основных элементов котлов, турбин и трубопроводов тепловых электростанций" и РД 34.17.310 "Сварка, термообработка и контроль при ремонте сварных соединений трубных систем котлов и паропроводов в период эксплуатации".

Настоящий руководящий документ является обязательным для всех расположенных на территории Российской Федерации предприятий и организаций, в том числе союзов, ассоциаций, концернов, акционерных обществ, межотраслевых, региональных и других объединений, имеющих в своем составе (структуре) тепловые электростанции и котельные, независимо от форм собственности и подчинения.

1.1. Металлографический анализ проводят в процессе обследования сварных соединений при эксплуатационном контроле с помощью реплик (МАР) и применяют после выполнения магнитной и/или ультразвуковой дефектоскопии сварных соединений. Металлографическому анализу кроме реплик могут подвергаться и срезы металла, полученные электроэрозионным способом. Также допускается проводить металлографический анализ с помощью переносных оптических микроскопов.

1.2. Поверхность металла сварного соединения в зоне выполнения реплик-оттисков должна быть очищена от окалины, пыли, золы и обработана механическим способом (отшлифована и отполирована до зеркального блеска). С поверхности металла зоны обследования должны быть удалены забоины, подрезы, насечки. При использовании твердых полистироловых реплик она должна иметь ровную плоскость; при использовании лаковых реплик (на сжиженных полимерах) обеспечение ровной плоскости обследуемой зоны металла необязательно.

1.3. Размер зоны обследования с помощью МАР составляет от 20 x 30 до 30 x 40 мм; рекомендуемое расположение их на контролируемых сварных соединениях указано на рисунке 1. Зоны для снятия реплик могут выбираться металловедом по результатам оценки качества предварительно проведенного контроля неразрушающими методами дефектоскопии: визуальным (ВК), ультразвуковым (УЗК), магнитопорошковой дефектоскопией (МПД).

Реплики:

а - 1 - 3 - на стыковых сварных соединениях паропроводов (на примере стыка разнотолщинных трубных элементов);

б - 1 - 4 - на тройниковых (штуцерных) сварных соединениях паропроводов (на примере размещения реплик со стороны коллектора).

Основным участком для проведения металлографического анализа в сварном соединении является мелкозернистая разупрочненная прослойка металла зоны термического влияния , дополнительными участками - околошовная зона , металл шва (МШ) и при необходимости основной металл (ОМ). Обязательному обследованию с помощью МАР подлежит металл шва при условии, если его твердость меньше твердости основного металла прилегающих трубных элементов, т.е. при .

1.4. Подготовка поверхности металла зон обследования в соответствии с требованиями пп. 1.2 и 1.3 ведется персоналом электростанции или ремонтной организации и в обязанности металловедов не входит.

1.5. Температура окружающего воздуха и поверхности обследуемого сварного соединения должна составлять 10 - 40 °C.

2.1. Для проведения контроля необходимо предусмотреть следующее:

- леса и подмостки должны иметь достаточную площадь для безопасного размещения металловедов-контролеров и средств контроля;

- яркие источники света (посты электросварки, резки металла, прямой солнечный свет) должны быть экранированы;

- работы, вызывающие вибрацию, ударные нагрузки и загрязнение абразивной и другой пылью обследуемого сварного соединения, не должны проводиться в месте выполнения контроля.

2.2. Место проведения контроля сварного соединения должно быть оснащено переносным (или стационарным) источником света.

2.3. Средства для проведения контроля в зоне обследования сварного соединения (реактивы, материал реплик, пинцет, ножик, устройства для крепления реплик, резиновые перчатки, стеклянные пластинки для хранения реплик и др.) должны находиться в переносном ящике-пенале металловеда.

3.1. К проведению работ по контролю сварных соединений и оценке их остаточного ресурса с помощью металлографического анализа реплик (МАР) или срезов металла допускаются лица со среднетехническим или высшим образованием по специальности "Металловедение и термическая обработка металла" и стажем работы по данной специальности не менее 3 лет, имеющие допуск на проведение работ по металлографическому исследованию с оценкой остаточного ресурса сварных соединений по структурному фактору (микроповрежденности и микроструктуре металла). Металловеды, прошедшие соответствующую аттестацию, должны иметь удостоверение на право проведения указанных работ.

3.2. Контроль проводят два металловеда, один из которых должен иметь право выдавать заключение по результатам металлографического исследования и оценки остаточного ресурса сварного соединения.

4.1. При эксплуатации оптических микроскопов должны выполняться требования, предъявляемые к безопасности и производственной санитарии, установленные Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей и Правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей.

4.2. Организация участка контроля должна отвечать требованиям "Санитарных норм проектирования промышленных предприятий" СН 245 и РД 34.12.102.

4.3. При организации и проведении работ по контролю должны выполняться требования, предъявляемые к пожарной безопасности для энергетических предприятий РД 34.03.301.

4.4. Лица, участвующие в выполнении контроля, должны знать и неукоснительно выполнять общие правила техники безопасности, установленные для работников цехов, в которых проводят контроль.

5.1. Для проведения металлографического анализа с оценкой остаточного ресурса сварных соединений по структурному фактору (микроповрежденности и микроструктуре металла) необходимы следующие средства контроля:

- оптические микроскопы;

- вспомогательные устройства и материалы: реактивы, материал реплик, резиновые докторские перчатки, фен, стеклянные пластинки, лупы с 3 - 7-кратным увеличением, средства крепления реплик на сварном соединении, фото- и фильтровальная бумага, наждачная шкурка, переносная лампочка (при необходимости), а также переносной ящик-пенал для хранения указанных материалов и устройств.

5.2. Оптические микроскопы, используемые для металлографического анализа, должны удовлетворять требованию по обеспечению увеличения структуры в 100 - 2000 крат. Этому требованию отвечают, например, микроскопы НЕОФОТ-21, НЕОФОТ-32, МИМ-8, МБП-2.

5.3. Реплики-оттиски, снятые с обследованных сварных соединений и используемые для металлографического анализа, должны отвечать следующим общим требованиям:

- иметь размер:

от 2 x 5 x 10 до 10 x 15 x 20 мм (реплики на основе твердых материалов, например, полистирола);

от 10 x 20 до 20 x 40 мм (тонкие реплики на основе сжиженных полимеров (лаков));

от 20 x 40 до 40 x 45 мм (тонкие пленочные реплики);

- исследуемая поверхность твердой реплики-оттиска для улучшения контрастности может дополнительно покрываться алюминием или золотом методом вакуумного напыления.

6.1. Общие требования к подготовке проведения контроля с помощью реплик заключаются в:

- обследовании сварных соединений по технологическим картам контроля (Приложение А);

- маркировке зон обследования сварного соединения (см. рисунок 1) цифровыми индексами, например, 1, 2, 3, 4,..., при этом на стыковых сварных соединениях паропроводов она наносится по часовой стрелке (по периметру стыка) по ходу теплоносителя, на тройниковых и штуцерных сварных соединениях - по часовой стрелке (по периметру углового шва в плане штуцера), начиная с осевой линии в плоскости, проходящей через коллектор-трубу и штуцер соединения.

6.2. При ознакомлении с объектом контроля перед проведением операций по выполнению реплик металловед обязан:

- получить задание и карту контроля (карта контроля может быть заменена рабочим журналом металловеда по контролю);

- изучить и освоить карту контроля, в случае замены карты контроля рабочим журналом металловеда ознакомиться с общими данными объекта контроля и внести их в рабочий журнал;

- проанализировать результаты предыдущего контроля данного сварного соединения;

- ознакомиться с результатами эксплуатационного контроля, включая металлографический анализ с помощью реплик (если он проводился), за весь период эксплуатации данного сварного соединения (с "досье" данного сварного соединения), проанализировать со специалистом по неразрушающему контролю наиболее дефектные места, выявленные при контроле;

- удостовериться в отсутствии недопустимых наружных несплошностей металла, например трещин, наметить зоны подготовки шлифов для реплик и замаркировать их;

- проверить размеры и качество подготовки к контролю поверхности зон обследования сварного соединения в соответствии с требованиями раздела 1 настоящего руководящего документа.

6.3. Получение реплик-оттисков

6.3.1. Твердые полистироловые реплики получают следующим образом:

- полированную поверхность зоны обследования подвергают травлению реактивом: 4%-ным спиртовым раствором азотной кислоты с добавлением пикриновой кислоты до получения раствора лимонного цвета;

- на контактную поверхность заготовки реплики наносят 1 - 2 капли растворителя, например, дихлорэтана или бензола для ее размягчения;

- размягченную поверхность заготовки реплики прижимают к протравленной поверхности металла зоны обследования и в этом состоянии выдерживают не менее 4 ч. Для создания хорошего контакта реплики с исследуемой поверхностью металла используют крепление (хомут, проволоку, клейкую ленту);

- готовую реплику снимают с помощью пинцета или ножа методом отрыва от контролируемой поверхности металла, а затем переносят в бумажной (картонной) коробочке для исследования под микроскопом.

6.3.2. Лаковые реплики получают следующим образом:

- полированную поверхность металла зоны обследования подвергают травлению реактивом: 4%-ным спиртовым раствором азотной кислоты с добавлением пикриновой кислоты до получения раствора лимонного цвета;

- на протравленную поверхность металла наносят 2 - 3 капли лакового раствора (полимерного материала), который растекается в виде пленки по контролируемой поверхности. Для улучшения равномерности растекания лакового раствора допускается разносить (размазать) его с помощью стеклянной палочки диаметром 3 - 5 мм с плоским концом типа лопаточки;

- пленочную реплику до полного затвердевания выдерживают 30 - 60 мин, при этом минимальное время - для нагретой до 30 - 40 °C поверхности металла (в том числе за счет искусственного подогрева феном), а максимальное - для температуры металла 10 - 20 °C;

- готовую реплику снимают в два приема: сначала кончик ее отслаивают с помощью ножа, а затем снимают полностью за кончик с помощью пинцета;

- готовую пленочную реплику сразу размещают между двумя стеклянными пластинками размером примерно 30 x 50 мм, которые перевязывают клейкой лентой или суровой ниткой; в таком стеклянном "конверте" ее располагают в картонной коробочке с ватой и переносят для исследования под микроскопом. Срок хранения реплик исчисляется годами.

6.3.3. Пленочные реплики из тонкой ацетатной пленки получают следующим образом:

- предварительно к двум углам контактной стороны пленки приклеивают кусочки скотч-пленки, которые необходимы для снятия готовой реплики;

- полированную поверхность зоны обследования подвергают травлению реактивом: 4%-ным спиртовым раствором азотной кислоты с добавлением пикриновой кислоты до получения раствора лимонного цвета;

- с помощью пульверизатора мгновенно наносят тонкий слой ацетона на обследуемую зону металла;

- тут же прикладывают пленку на обследуемую зону металла (пленка не должна ничем прижиматься);

- через 10 - 15 мин реплику снимают (с помощью кусочков скотч-пленки) и размещают между стеклянными пластинками.

6.3.4. Протравленные поверхности металла зон обследования после снятия реплик подлежат нейтрализации щелочью и последующей зачистке механическим способом наждачной шкуркой или шлифовальной машинкой.

6.4. Микрошлифы со срезов металла получают согласно ОСТ 34-70-690. Общие требования к подготовке контроля и ознакомлению с объектом контроля изложены в пп. 6.1 и 6.2.

7.1. Металлографическому анализу подвергают реплики или микрошлифы срезов металла. При анализе реплику контактной поверхностью, на которой в виде зеркального отражения зафиксирован рельеф исследуемой зоны металла, устанавливают на диафрагму столика оптического микроскопа и накрывают полированной стальной пластинкой или зеркалом для улучшения ее отражающей способности - контрастности изучаемой структуры металла (рисунок 2). Исследование микрошлифа проводят по ОСТ 34-70-690.

7.2. Исследование с помощью оптического микроскопа проводят последовательно при увеличении x100, затем x500 и/или x800 и x1000.

7.3. При металлографическом анализе устанавливают особенности микроповрежденности металла [размер и морфологию пор ползучести; характер и плотность (количество их на удельной площади, охватываемой полем окуляра микроскопа); размер и количество микротрещин, наличие макротрещин длиной 1 мм и более] и микроструктурного состояния (вид структуры, размер карбидных частиц, балл коагуляции, номер зерна). Металлографические исследования по оценке структуры металла проводят в соответствии с методическими рекомендациями ОСТ 34-70-690, номер зерна структуры - по ГОСТ 5639.

7.4. Результаты металлографического анализа фотографируют при увеличении структуры металла x100 и x500 и/или x800 и x1000 для подтверждения выявленных особенностей микроповрежденности (или ее отсутствия) и микроструктуры металла зон обследования сварного соединения. Допускается фотографировать результаты исследования только одной зоны обследования данного сварного соединения, на которой выявлена максимальная микроповрежденность металла.

8.1. Развитие микроповрежденности металла оценивают по пяти стадиям, изменение микроструктуры - по трем (таблицы 1 - 5). Основным показателем при оценке остаточного ресурса по металлографическому признаку служит микроповрежденность металла и вспомогательным (факультативным) - микроструктура.

8.2. Остаточный ресурс сварных соединений определяют в последовательности:

- сначала по структурной шкале для сварных соединений данной марки стали с учетом выявленной стадии микроповрежденности (и дополнительно - стадии микроструктуры) металла оценивают степень исчерпания ресурса , где - длительность наработки (эксплуатации) и - ресурс (предельный) данного соединения;

- затем расчетным путем устанавливают остаточный срок службы (остаточный ресурс ) данного сварного соединения из равенства , при этом предельный ресурс определяют из отношения .

Пример расчета. Металл сварного соединения паропровода из стали 12Х1МФ после наработки имеет микроповрежденность на этапе IV.2п. Согласно структурной шкале таблицы 1 [при дополнительной оценке микроструктуры на стадии (см. таблицу 4)] исчерпание ресурса достигло (или 85 - 90%). Предельный ресурс составит примерно . Следовательно, остаточный срок службы (остаточный ресурс) будет непродолжительным, т.е. ограничится . При консервативном подходе остаточный ресурс характеризуется сроком для данных условий эксплуатации с последующим уточнением по результатам периодического эксплуатационного контроля с помощью МАР.

8.3. Мерами, применяемыми для уточнения остаточного ресурса, являются результаты повторных периодических обследований с помощью МАР при последующей эксплуатации сварных соединений, в которых была выявлена микроповрежденность металла. Рекомендуемая периодичность повторного металлографического анализа с помощью реплик, а также рекомендации о необходимости ремонта таких соединений приведены в таблице 6.

9.1. Результаты металлографического анализа оформляются в журнале контроля и в заключении согласно Приложению Б.

9.2. Журнал контроля служит первичным документом проведения металлографического анализа и должен заполняться металловедом, проводившим контроль. Форму журнала устанавливает организация, выполняющая контроль. Журнал должен иметь сквозную нумерацию страниц и скреплен подписью лица, отвечающего за оформление документации. Исправления должны быть заверены лицом, внесшим исправления.

Журнал и технологические карты контроля (Приложение А) хранят не менее 5 лет с момента последней записи.

9.3. В журнал контроля вносят следующую информацию:

- номер технологической карты металлографического анализа;

- особенности микроповрежденности и микроструктуры металла исследованных зон сварного соединения с оценкой стадий структурного состояния;

- результаты контроля другими методами.

Все записи в журнале нумеруют. К журналу прилагают технологическую карту контроля.

9.4. Заключение о результатах контроля (Приложение Б) оформляется на одно сварное соединение и подписывается руководителем службы контроля (начальником лаборатории металлов и сварки) и металловедом, проводившим металлографический анализ.

Допускается результаты металлографического анализа по сварным соединениям на отдельный паропровод оформлять в виде таблицы с подписью руководителя службы контроля и металловеда.

Заключение о результатах контроля подлежит хранению в течение всего срока эксплуатации данных коллекторов котлов и паропроводов.

Приложение - Микрофотографии поврежденности и структуры металла.

Руководитель службы контроля (должность) ______________ (Ф.И.О)

Контроль проводил (должность и квалификация) __________ (Ф.И.О)