Degradácia úžitkových vlastností radiačných rúrvplyvom ich vysokoteplotnej expozície v prevádzkeObr. 24 Zvar č. 3 rúry č. 36, trhlina č. 1 z obr. 21 –povrch otvorenej pôvodnej (horúcej) trhliny (tmaváplocha) a dolomenie trhliny (svetlá plocha), REMFig. 24 Weld No. 3 in tube No. 36, crack No. 1from Fig. 21 – surface of open (hot) crack (darkzone) and crack breakthrough (light zone), SEMObr. 25 Zvar č. 3 rúry č. 36, trhlina č. 1 z obr. 21– povrch pôvodnej (horúcej) trhliny, REMFig. 25 Weld No. 3 in tube No. 36, crack No. 1from Fig. 21 – surface of origin (hot) crack, SEMObr. 23 Zvar č. 3 rúry č. 36 – makrosnímkatrhliny č. 1 z obr. 21 po jej otvoreníFig. 23 Weld No. 3 in tube No. 36 – macrographof crack No. 1 from Fig. 21 after its openingObr. 27 Makroštruktúra zvaru č. 3 rúry č. 36 (zvar neovplyvnený spalinami z poškodeného zvaru)Fig. 27 Macrostructure of weld No. 3 in tube No. 36 (weld unaffected by combustion products fromdamaged weld)Obr. 26 Zvar č. 3 rúry č. 36, trhlina č. 1 z obr. 21– povrch pôvodnej (horúcej) trhliny, REMFig. 26 Weld No. 3 in tube No. 36, crack No. 1from Fig. 21 – surface of origin (hot) crack, SEMNa fraktografickú analýzu sa pripravila(otvorila dolomením v dusíku) trhlina1 z obr. 21 v koreňovej časti ZKzvaru č. 3 rúry č. 36. Detail trhlinypred otvorením je dokumentovaný naobr. 22. Makrosnímka lomovej plochyotvorenej trhliny je na obr. 23. Tmavéoblasti na lomovej ploche zodpovedajúpovrchu trhlín pôvodnéhoporušenia (horná a stredná elipsa),svetlé oblasti reprezentujú dolomenie.Povrch trhliny ohraničený spodnouelipsou je len čiastočne zoxidovaný.Mikrosnímky lomovej plochy súna obr. 24, 25 a 26 (v rôznomzväčšení). Lom je medzidendritický,morfológia lomovej plochy má charakterhorúcej – solidifikačnej trhliny.Rúra č. 38, zvar č. 3 (referenčný zvarovplyvnený len prevádzkou pece)Makroštruktúrna analýza neodhalilavo zvarovom spoji č. 3 rúry č. 38výskyt necelistvostí (obr. 27).Vo vzorke však boli pri mikroštruktúrnejanalýze objavené izolované kavity(obr. 28) v strede hrúbky rúry nahranici stavenia (ZK/TOO). Austenitickézrná krycej vrstvy ZK (obr. 29)sú po hraniciach lemované hrubýmiprimárnymi karbidmi.Menšia hustota hrubých, ale ajstredných a jemných primárnych karbidovsa pozorovala v matrici. ŠtruktúraZK v stredovej a koreňovej(obr. 30) oblasti je podobná, primárnekarbidy na hraniciach zŕn sú jemnejšiea hustota stredných a malýchkarbidov v matrici vzrástla.Mikroštruktúra ZM (obr. 31) je pocelej hrúbke rúry homogénna, charakterizovanáveľkými primárnymieutektickými karbidmi na hraniciachzŕn a nízkou hustotou stredneveľkých a malých karbidov vyprecipitovanýchv matrici.5 DISKUSIANa dosiahnutie cieľa analýzy vo VÚZ– PI SR (stanovenie príčin poškodeniazvarových spojov a zhodnoteniestavu radiačných rúr pece z hľadiskaich budúcej prevádzky) prevádzkovateľdodal niekoľko vzoriek.Hodnotenie stavu radiačných rúrpece bolo treba urobiť z dvochhľadísk: prvým je stav ZM samotnýchrúr, druhým je stav zvarových spojovrúr, pričom najdôležitejšie pre hodnoteniepece sú zvary, ktoré sa nachádzajúvo výhrevnej – radiačnej častipece.Pri daných parametroch prevádzkymôžu pôsobiť na systém radiačnýchrúr nasledujúce degradačné mechanizmy:a) horúce trhliny vo zvarových kovoch,b) skrehnutie rúr a ich zvarovýchspojov vplyvom bežnej prevádzky,c) creep,d) termálná únava,e) kombinovaný účinok predchádzajúcichmechanizmov.Skrehnutie ZM a ZS je dokumentovanév tab. 3, ktorá porovnáva pevnostnévlastnosti troch rúr (č. 35, 36a 38) a dvoch zvarových spojov (č. 2rúry č. 36 a č. 3 rúry č. 36). Ako vidnoz porovnania výsledkov meranias normou výrobcu a dodávateľa rúr,vo všetkých sledovaných vzorkáchdošlo ku degradácii. Vo všeobecnostimožno konštatovať, že ZM v blízkostizvarov s defektmi alebo v miestachtepelného ovplyvnenia plameňomz porušeného zvaru mal pri328 ZVÁRANIE-SVAŘOVÁNÍ | 11-12 / 2007
ODBORNÉ ČLÁNKYObr. 28 Mikroštruktúra zvaru č. 3 rúry č. 36 –izolované kavityFig. 28 Macrostructure of weld No. 3 in tube No.36 – isolated cavitiesObr. 31 Rúra č. 38, základný materiál pri zvare.č. 3 – homogénna štruktúraFig. 31 Tube No. 38, parent metal at weld No. 3– homogenous structure20 °C medzu pevnosti R m o 100 až150 MPa nižšiu a ťažnosť A 5 nižšiuo cca 50 % v porovnaní s východzímstavom (ZM pri zvare č. 2 na rúreč. 35 a ZM pri zvare č. 2 na rúreč. 36). Takéto výsledky sú typické preprevádzkovo skrehnuté materiály.Referenčný ZM (pri zvare č. 3 rúryč. 38) mal o cca 50 MPa nižšiu R ma R p0.2 , ale vyhovujúcu ťažnosť A 5 . Nazáklade tohto sa dá usúdiť, že ZM rúrovplyvnených iba bežnou prevádzkoupece má pevnostné vlastnostinižšie o cca 50 MPa ako predpísané,avšak plastické vlastnosti ZM sú vyhovujúce.ZS č. 2 rúry č. 36 (ovplyvnený plameňom)a aj č. 3 rúry č. 36 (referenčný)majú hodnoty R m ako aj A 5 meranépri 20 °C nižšie ako sú prepísanévlastnosti pre ZM. Kritický v tomtoprípade nie je zvar ovplyvnený plameňom,ale tzv. referenčný zvar č. 3z rúry č. 36, ktorý by mal byť ovplyvnenýiba prevádzkovým zaťažením.Tento ZS má ťažnosť A 5 len cca 1,5až 1,8 % a medzu pevnosti R m o cca240 MPa nižšiu ako sú predpísanéhodnoty. Zvar č. 2 rúry č. 36 má pevnostnévlastnosti na úrovni ZM odobratýchz rúr č. 35 a 36. Zvar č. 3 rúryč. 36 je úplne nevyhovujúci z hľadiskaako medze pevnosti R m , tak ajťažnosti A 5 meraných pri 20 °C. Zléplastické vlastnosti zvaru č. 3 rúry 36potvrdzujú skúšky pri 850 °C, kde A 5Obr. 29 Zvar č. 3 rúry č. 38, krycia vrstva –austenitické zrná lemované hrubými primárnymikarbidmiFig. 29 Cover layer of weld No. 3 in tube No. 38– austenitic grains along boundaries borderedby primary coarsed carbidesje pod hodnotami požadovanými prevýsledky skúšok pri 20 °C (tab. 3).Z celkového počtu 192 rúr sa mechanickýmiskúškami ZM vyhodnotili3 dodané rúry. Ak by sa považovaliza reprezentatívnu vzorku, možnokonštatovať, že na základe vykonanýchmechanických skúšok, ZM rúrnie je kritickým miestom životnosticelého systému. Tým sú obvodovéZS. Pri ZS je nutné konštatovať, žesa hodnotili pevnostné vlastnosti lenštatisticky nevýznamného počtu2 zvarov (z celkového počtu 192 x 4ks zvarov najviac exponovaných výhrevnýmsystémom pece).Namerané mechanické vlastnosti súv súlade s mikroštruktúrnou analýzou.Mikroštruktúrna analýza potvrdilavo všetkých sledovaných ZM prítomnosťkavít alebo ojedinelýchreťazcov kavít, čo svedčí o istomstupni poškodenia creepovým mechanizmom.Podľa [1] však ojedinelývýskyt kavít, ako prejav tretiehostupňa creepu, ešte neznamená kritickýstupeň poškodenia.Zvarové spoje sú na tom z hľadiskaidentifikovaného poškodenia oveľakritickejšie. Vo všetkých sledovanýchzvaroch sa identifikovali trhliny v rôznomstupni vývoja:– ojedinelé retiazky kavít v ZKa TOO (zvar č. 2 rúry č. 36, zvarč. 3 rúry č. 38),– trhliny v centrálnej časti ZK pri koreni(zvar č. 1 rúry č. 35),– viacero trhlín po celom ZK (zvarč. 3 rúry č. 36),– magistrálna trhlina vo zvare č. 2rúry č. 35.Spoločným menovateľom týchtotrhlín je ich výskyt vo ZK, medzidendritickýcharakter a orientáciav smere kolmom na os rúr. Identifikáciipôvodu týchto trhliniek na magistrálnejtrhline vo zvare č. 2 rúryč. 35 zabránil zoxidovaný povrch. Naanalýzu sa preto zvolila trhlina, ktorámá podobnú orientáciu v centrálnejObr. 30 Zvar č. 3 rúry č. 38, stredová a koreňováoblasť zvaru – austenitické zrná po hraniciachlemované primárnymi jemnejšími karbidmiFig. 30 Weld No. 3 in tube No. 38, central androot parts – austenitic grains along boundariesbordered by primary finer carbidesoblasti ZK ale nevystúpila na povrch(nebola otvorená), a teda nebola zoxidovaná.Zvolila sa trhlina 1, ktorá jedokumentovaná na obr. 21. Po jejdolomení možno jednoznačne identifikovaťmiesta pôvodného porušenia(obr. 23 – tmavé miesta). Obr. 25a obr. 26 jednoznačne potvrdzujú, žeide o tzv. horúce solidifikačné trhliny,ktoré vznikli pri výrobe zvarov.Z týchto trhliniek potom iniciovali prevádzkovétrhliny, ktoré sa rozšírilia v niektorých prípadoch prešli celouhrúbkou zvaru. Treba ale konštatovať,že horúce trhliny nie sú vo vysokolegovanýchaustenitických zvarochvýnimočné. V prípade len statickéhoprevádzkového zaťaženia (aj za tepla)by sa s najväčšou pravdepodobnosťouďalej neotvárali. Navyše, zjednodušenévýpočty napäťového stavu[2] v priereze rúr (hrubostenná nádoba,vnútorný pretlak, zaťaženie vlastnouváhou) ukazujú, že zrovnávacienapätie je pre dané podmienky zaťaženialen cca 14 MPa 1 , čo nie je vysokáhodnota a zvary aj s trhlinamiby mali byť dostatočne únosné, abyzniesli zaťaženie. Napriek tomu saznaky creepu (kavity) pozorovali ajv ZK.Pre rozvoj trhlín vo zvarových spojochje pri radiačných rúrach kritickáhlavne tzv. termálna únava. Cyklickázmena teplôt rúry (a teda aj zvarov)vo všeobecnosti môže iniciovať vznikdefektu typu termálnej únavy aj v dokonalevyrobených zvaroch. Prítomnosťhorúcich trhlín, ale aj kavít tentoproces lokalizovala do zvarovéhokovu a urýchlila ich iniciáciu.Treba konštatovať, že sa nepodarilofraktograficky jednoznačne potvrdiťprítomnosť známok termálnej únavy,nakoľko povrchy lomu boli silno zoxidované.Z tohto dôvodu bolo poruše-1K tejto hodnote sa samozrejme ešte musiaprirátať termálne napätia od nerovnomernéhoohrevu rúr a od termálneho gradientumedzi vonkajším a vnútorným povrchom rúry.ZVÁRANIE-SVAŘOVÁNÍ | 11-12 / 2007 329