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1、2011年第17期 0.引言 在锅炉压力容器日常检验中一般以现场金相分析为主，又称之为 无损金相分析，它是在不破坏设备前提下对其进行金相分析。 虽然现 在市面上出现带有摄像头的便携式现场金相显微镜，但常因现场取样 部位不适合放置便携式显微镜而无法进行金相分析，如一些小工业锅 炉的锅筒底部，电站锅炉的立面和仰面检测部位等，而现场金相复膜 法却能够很好地解决这一问题。 通过对待检表面进行金相复型取样 后，在实验室内对复膜下来的金相进行详细地观察，就能准确地分析 该检测部位的金相组织。下面本文将从现场金相复膜技术原理以及复 膜金相制作方法等方面进行探讨。 1.金相复膜技术原理介绍 现场金相复膜技术一
2、般简称为复膜金相，即通过将预制的复型材 料与金相试样贴合的方法取得部件金属微观组织形貌的复型技术。复 型时， 先对选取的实验点进行磨制、抛光、腐蚀，然后用溶剂将已制好 的复膜材料软化，使其具有一定的流动性，再使复膜片与金属面相接 触，并加压使复膜面材料流动，以充满在磨面上图像的浮雕之间，从而 复印出金相图像。复膜完后，将膜取回实验室进行观察，也可以对膜进 行喷金，然后再观察分析。 2.复膜金相的制备 2.1复膜金相检测部位的选取 选取锅炉压力容器金相检验部位时，应根据被检测锅炉或容器的 材料牌号、热处理及加工工艺、使用状况等来选取。例如检验电站锅炉 时，应选择经过长期运行后的主蒸汽管道表面，因
3、其材质容易发生蠕 变；在大型油罐时，最好选择其气液分界面上下部位，该处材质容易发 生晶间腐蚀；而对于一般的大型工件，一般选择有宏观缺陷处，用于分 析缺陷形成的原因。 2.2复型材料的准备 复膜金相首先需要选择合适的复型材料，通常采用的复型材料有 二种：一是有机玻璃片+氯仿：该方法复膜时间长，不太适合现场恶劣 环境下操作，且对曲率较小的工件部位不适用；二是醋酸纤维纸（也称 AC 纸） +丙酮，其最大的优点就是效率高，复膜时间短，现场操作性较 强。 其中AC纸可自制备，其制备方法如下：将醋酸纤维素溶于丙酮， 浓度为7%10%，静置47天，使其溶解均匀，气泡放出。 然后将上述 溶液倒在玻璃板上，让其
4、自然散开，可通过控制溶液的浓度及调整玻 璃板的角度来得到所需厚度的薄膜。 一般薄膜厚度在30mm80mm为 宜，干燥时用钟罩扣上，最终得到较理想、平整、透明的复膜。制备完成 后，在实验前应该将复型材料剪成1cm1.5cm的小片，然后保存好备 用。 2.3金相复膜的具体步骤 2.3.1金相复膜前的准备工作 先清理选取部位的油漆等表面杂质，最好使用机器对金属表面进 行打磨，为了便于操作，打磨范围比用现场显微镜观察的面积稍微大 些，同时为了去除脱碳层，打磨层需要深点。接下来对打磨好的表面进 行机械或电解抛光，再对表面进行浸蚀，为了让被检查部位的金相凹 凸较明显，浸蚀需要的时间应比常规金相检验稍长。
5、2.3.2金相复膜 （1）在制备好的试样表面上滴一、二滴溶剂，所加溶剂要适量。 溶 剂太少，复型材料没有全部贴于金属表面，致使金相复型片不平整而 难以观察、拍照；溶剂太多，会使AC纸溶解过度而损坏，或使溶剂流 淌到附近待贴复型材料处，或在用有机玻璃片做复型材料加压时粘连 手指等，致使复型效果不好，得不到真实的组织形貌。 （2）然后用摄子夹住AC纸盖于试样表面，并用拇指加适当压力， 以使AC或有机玻璃与金属表面之间无气泡、无间隙，两者贴合紧密。 加压时用力均匀且与有机玻璃片垂直，不要滑动，加压时间约3Os ，加 压时要使复型材料一角翘起，以便揭起复型材料。 再在复型材料上盖 一张干净纸以遮挡现场
6、的灰尘、异物。 （3）静置一段时间，使复型材料充分干燥、硬化。 然后用摄子夹住 复型材料翘起的一角，然后揭起，使之与金属表面分离，得到金相复型 片。 将金相复型片包在镜头纸内或夹在干净纸本间。 （4）对有机玻璃金相复型片可直接观察、拍照，也可再喷碳、铝、 铬、金等材料后观察、拍照，以增大衬度，使微观组织显现得更清晰。为 增大衬度，将AC纸金相复型片放在金相显微镜载物台上，再盖上反 光镜片，即可进行观察和拍照。 4.金相复膜技术在锅炉压力容器检验中的应用 某工厂一台工业锅炉的锅筒底部发生鼓包现象， 由于鼓包未开 裂，因此需要在不破坏锅筒的情况下对其进行金相分析，以便对其安 全状况进行判定，再根据
7、检测的结果对其采取修补措施。 又因在炉膛 里面空间狭小，不容易进行现场显微镜操作，因此可以进行金相复膜。 从复膜金相图可知， 在锅炉鼓包起始点的金相组织为铁素体珠 光体，晶间没有明显的碳化物生成，即球化程度较轻，可以评为三级球 化。而在锅炉鼓包最高点处的金相组织也为铁素体珠光体，但是珠光 体里面的碳化物已经长大并扩展到晶界，发生严重球化，可以评为五 级球化。从复膜金相图的分析情况可以判定此锅炉鼓包处的材质已经 严重球化，不能再继续运行，否则鼓包处将发生开裂，导致事故。 针对 检测结果，不可采用千斤顶热顶方法把鼓包顶回原位方法，必须采取 切割修补措施。 分析产生鼓包的原因是锅筒底部有大量水垢，在
8、高温 环境下，使得锅筒该处金属不能得到及时的冷却，影响了锅筒底部表 面金属的传热效果，从而导致鼓包出现。 5.金相复膜过程中需注意事项 5.1金相复膜时应充分掌握好干燥时间 如用AC纸，几分钟即可干透。 用有机玻璃片，一般不小于lh。 否 则，在尚未干透之前揭起，会把部分复型材料留在金属表面，观察金相 复型片时将看到一个个亮点，照片上则显现为黑色斑点，而不是真实 的金属微观组织形貌。 5.2复膜下来的金相显示的是金属表面凸凹部位的轮廓形象 其形貌凹凸与试样正好相反，因此复膜下来的金相称之为负型金 相，又因复型材料的粘度大，流动性小，因此复膜金相上观察到的图像 比常规金相的要稍大，特别是在分析蠕
9、变孔洞大小时需要考虑这点。 5.3用AC纸或有机玻璃复型时 由于刚开始金属表面可能存在许多杂质，因此在同一被检部位最 好进行多次，将最初的几次复膜金相舍去，选取最后面的一次用于观 察，这将使得复膜图像更加清晰。 6.结语 金相复膜技术使得锅炉压力容器检验从宏观检验发展到微观检 验领域，特别在大型锅炉压力容器检验中，当一些检验部位现场金相 显微镜无法操作时，金相复膜技术发挥了非常重要的作用，它使得检 验人员获得了第一手金相资料，对各种设备的安全评定提供了科学的 依据，减少了安全事故的发生，因此建议推广金相复膜技术在锅炉压 力容器检验中的应用。 科 【参考文献】 1陈小芹，李育宏，李亮.金相复型法对锅炉安全的现场检测J.锅炉技术.2006， （1）:5558. 2李志宏.锅炉压力容器现场金相的膜作方法J.压力容器.2008，（2）:5657. 金相复膜技术应用问题研究 费建平 (白城市特种设备检验中心大安检验所吉林白城131300) 【摘 要】锅炉压力容器的一些部件在高温条件下长期使用，会使部件材料发生组织上的老化，导致材料产生蠕变孔洞、蠕变裂纹等缺陷。 为了对其安全状况进行判定，最有效的方法是通过金相分析来研究材料组织，通过分析金相组织可以知道材质的微观变化，从而避免事故发 生。 【关键词】金相复膜；金相组织；无损金相分析；锅炉压力容器 科技论坛 209
