Целью проведения экспертизы являлось выявление причин образования трещины в области сварного соединения патрубка и трубы.
Рентгенографический контроль сварных соединений выявил в сварном шве конусной вставки малого диаметра большое количество дефектов и непроваров. Также было обнаружено несоответствие размеров свариваемых деталей.
Химический состав металла определяли на зачищенных участках наружной поверхности элементов трубного узла методом атомно-эмиссионной спектрометрии на спектрометре Spectrotest. В результате было установлено, что химический состав элементов соответствует заявленной марки стали по всем параметрам за исключением содержания углерода.
Для оценки механических свойств металла были проведены испытания на растяжение, твердость и ударную вязкость при температуре 20 °C. В результате был сделан вывод о том, что в ходе эксплуатации механические свойства металла трубы не ухудшились и соответствуют требованиям заявленной марки стали. Величина ударная вязкости оказалась характерной для коррозионно-стойких аустенитных сталей.
Металлографический анализ макро- и микроструктуры сварных швов проводился на фрагментах, вырезанных из сварных соединений труб на оптическом микроскопе Stemi-2000. Было показано, что микроструктура металла трубы соответствует микроструктуре аустенитной стали, в которой присутствуют выделения фазы δ-феррита. Также было обнаружено, что микроструктура в области перегрева металла трубы отличается от микроструктуры соседнего металла шва и имеет линию раздела.
Далее были определены значения микротвёрдости в различных участках сварного шва на микротвердомере Zwick/Roell ZHV-1M по методу Виккерса
- Дальнейший анализ был направлен на исследование поверхности раскрытой трещины с целью изучения причин образования и развития трещины, для чего был произведен долом фрагмента с трещиной. Было обнаружено, что в очаге разрушения имеется дефект в виде включения или структурной неоднородности металла. Состав и микроструктура включений трещины были исследованы с помощью автоэмиссионного электронного микроскопа TESCAN MIRA 3 LMU (Чехия), оснащенного системой рентгеновского (электронно-зондового) микроанализа AZTECH Advanced Inca Energy 350 (Великобритания). В результате было установлено, что состав дефекта в очаге разрушения практически не отличается от состава основного металла, следовательно, дефект является структурной неоднородностью. С помощью геометрического моделирования трубного узла был произведен оценочный расчет напряжений в сварной конструкции.
В результате проведенной экспертизы было установлено, что потеря герметичности трубной сборки была обусловлена образованием сквозной трещины длиной в области сварного соединения. Также было показано, что трещина зародилась на участке с ликвационной структурой металла, а ее распространению на начальном этапе разрушения способствовала крупнокристаллическая зёренная структура металла, образованная в зонах термического влияния, и последующие циклические нагрузки, обусловленные режимами работы трубного узла.
