Целью исследования было определение причин разрушения горелки факельной линии. В рамках экспертизы был определен химический состав, проведены механические испытания и металлографический анализ.
В результате проведенного химического анализа с помощью спектрометра Spectrotest было установлено, что детали горелки и сварной шов по химическому составу соответствуют требованиям для никелевого сплава заявленной марки.
Для оценки механических свойств металла факельной горелки были проведены испытания на растяжение при комнатной температуре и испытания на ударный изгиб при температуре минус 79 °C с помощью универсальной разрывной машины Tinius Olsen H150KU и маятникового копра Tinius Olsen IT542. Было установлено, что металл корпуса находится в упрочненном состоянии, сохранившемся после его деформирования, а по совокупности механических свойств (временное сопротивление, предел текучести, относительное удлинение, относительное сужение) свойства металла корпуса соответствуют наклепанному состоянию, достигаемому при деформации металла около 20%. Значения величины ударной вязкости сварного шва, ЗТВ и основного металла корпуса при –79 °C соответствовали значениям, характерным для заявленного сплава.
В результате исследования макроструктуры с помощью оптического микроскопа Carl Zeiss Stemi-2000 дефекты макроструктуры не были обнаружены, но была обнаружена трещина, расположенная в зоне термического влияния сварного шва. В Металлографический анализ микроструктуры, выполненный с помощью инвертированного металлографического микроскопа OLYMPUS BX51 (Япония), оснащенного системой анализа изображений SIAMS-700, показал, что размер зерен принципиально не изменяется по толщине, как в основном металле, так и в околошовной зоне. Также не было обнаружено отличий микроструктуры исследованных фрагментов.
Определение микротвёрдости металла на различных участках сварного шва было проведено методом Виккерса на микротвердомере Zwick/Roell ZHV-1M (Германия), для разных участков полученные значения микротвердости отличались.
Состояние границ зерен было исследовано методом сканирующей электронной микроскопии с помощью микроскопа TESCAN MIRA 3 (Чехия). В результате были обнаружены округлые частицы включений в объеме зерен некоторых фрагментов, а сплошные цепочки выделений по границам зерен в области трещины. Далее был проведен анализ поверхности излома образцов. Было обнаружено, что изломы образцов сварного шва имеют вязкий характер разрушения и состоят из микроуглублений внутри которых находятся частицы включений карбидов или интерметаллидных фаз, также присутствуют межкристаллитные трещины.
-
В результате анализа поверхностей разрушения был сделан вывод, что имеются 3 области распространения трещины: область 1 со следами циклического развития трещины, область 2 в средней части излома и область 3, с развитием трещины от внутренней поверхности к внешней. На изображениях были получены «ступеньки», характерные для циклического распространения трещины, повторяющиеся не пересекающиеся бороздки, характерные для усталостных трещин, образующихся под действием циклического нагружения.
Таким образом, в результате проведенной экспертизы был установлено образование двух трещин длительного развития в сварном соединении. Можно предположить, что первоначально образовалась наружная трещина из-за появления циклических нагрузок в области сварного шва. Был сделан вывод о том, что образование внутренней трещины может быть обусловлено ослаблением конструкционной прочности сварного шва из-за наличия в околошовной зоне наружной трещины и появлением в этой части сварного шва напряжений, стимулирующих развитие процесса коррозии под напряжением. В то же время о наличии внутренних напряжений, стимулирующих образование коррозионных трещин, свидетельствуют результаты измерения микротвердости, из которых следует повышенная твердость в околошовной зоне. После достижения трещинами критических размеров в горелке произошло полное разрушение сварного шва, то есть долом с образованием сквозной трещины. Характер длительного развития трещин и особенность механизмов возникновения и распространения трещин (усталость металла и коррозия под напряжением) позволили сделать вывод о технологических отклонениях, допущенных при эксплуатации разрушенной горелки и при выполнении сварки.
