Целью экспертизы являлось проведение анализов и испытаний, направленных на выявление причин образования дефектов в стенке водогрейного котла (деформаций и разрушения сварных швов).
В результате проведения визуального и измерительного контроля было обнаружено: 1) отклонение геометрии сварного шва; 2) поверхностные дефекты в виде пор, подрезов, наплывов, усадочных раковин; 3) превышение проплава; 4) неполное заполнение разделки кромок; 5) следы подварки и подрезов.
Далее был проведен магнитопорошковый контроль сварных соединений для более точного выявления, определения размеров и ориентации поверхностных и подповерхностных трещин и других дефектов. В ходе проведения магнитопорошкового контроля были обнаружены индикаторные следы, указывающие на наличие различных трещин.
Для выявления внутренних дефектов сварных соединений проводился радиографический контроль, результаты которого подтвердили нарушение геометрии сварного соединения и выявили дефекты в виде раковин и подрезов.
Контроль химического состава металла был проведен методом атомно-эмиссионной спектроскопии с помощью спектрометра SpectroTest. По полученным результатам анализа основного металла был сделан вывод о том, что химический состав стали соответствует заявленной марке и данным сертификата. Во всех исследованных фрагментах были получены близкие значения содержания элементов, за исключением одного фрагмента, где значения С, Si и Mn были заметно выше. Следовательно, данный фрагмент был изготовлен из металла другой плавки. Также было обнаружено, что в некоторых сварных соединениях присутствуют повышенные содержания Si и Mn относительно допустимых значений для данной стали.
Определение твердости металла было проведено по методу Бринелля. Полученные значения твердости металла характерны для низколегированных сталей с невысоким содержанием углерода. Было обнаружено, что твердость одного из фрагментов отличается от других. Определение твердости сварных соединений было по методу Виккерса с помощью микротвердомера Zwick/Roell ZHV-1M при нагрузке 2 кгс.
Для изучения механических характеристик металла были проведены испытания на растяжение при комнатной температуре на универсальной разрывной машине Tinius Olsen H150KU и испытания на ударный изгиб при температуре минус 20 °C на маятниковом копре Tinius Olsen IT542. Полученные данные удовлетворяют требованиям для указанной марки стали для всех фрагментов, кроме одного – отличного по химическому составу и полученным значениям твердости.
Далее был проведен металлографический анализ макро- и микроструктуры. Микроструктура металла всех образцов имеет ферритно-перлитную структуру и соответствует структуре низколегированной малоуглеродистой стали. В микроструктуре образцов стали была обнаружена выраженная полосчатость. Размер зерен в отличающемся фрагменте был меньше, чем в остальных.
Микроструктура стали сварных соединений в области сварных швов состоит мелкодисперсного перлита и бейнита с выделениями доэвтектоидного феррита по границам бывших аустенитных зерен. В зоне термического влияния микроструктура состоит преимущественно из мелкодисперсных перлито-бейнитных выделений. В металле шва и зоне термического влияния сварных соединений обнаружены микротрещины протяженностью.
На поверхности металла шва вблизи от очага разрушения были обнаружены коррозионные язвы и коррозионные трещины.
Для более чёткого понимания структуры и природы дефектов сварных соединений была получена серия изображений микроструктуры методом электронной сканирующей микроскопии с помощью автоэмиссионного сканирующего электронного микроскопа Tescan MIRA-3 LMU. Из полученных данных видно, что исследуемые образцы имеют многочисленные микротрещины в металле сварных швов, а также в зоне термического влияния.
Проведение фрактографического анализа поверхности раскрытой трещины показало, что зарождение и распространение трещины происходили в околошовной зоне сварного шва. Для более детального анализа было проведено математическое моделирование напряженно-деформированного состояния элементов. Проведенный расчет напряжений позволил выявить наиболее нагруженные участки.
В результате проведенной экспертизы был сделан вывод о том, что деформация стенки бойлера обусловлена разрушением рёбер жёсткости. Образование трещины в ребре жёсткости произошло в ходе эксплуатации и гидравлических испытаний бойлера под действием высоких растягивающих нагрузок, возникших вблизи шва разрушенного сварного соединения, и одновременно развивающейся коррозии металла.
