吳俠

摘要： 通過(guò)對(duì)設(shè)備熱氣循環(huán)試驗(yàn)的操作，對(duì)鈦鋼復(fù)合板復(fù)層焊縫在受到拉伸熱應(yīng)力產(chǎn)生裂紋等缺陷分析，試驗(yàn)步驟的詳細(xì)介紹，檢驗(yàn)設(shè)備在設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度下復(fù)層焊縫與密封原件是否存在缺陷，保證設(shè)備安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：鈦鋼復(fù)合板 檢驗(yàn) 壓力容器

一般情況下鈦鋼復(fù)合板的壓力容器要求做熱氣循環(huán)試驗(yàn)。本文以鈦鋼復(fù)合板的設(shè)備分離罐為例對(duì)熱氣循環(huán)試驗(yàn)分析討論。設(shè)備復(fù)層縱、環(huán)焊縫較多，鈦中碳的線膨脹系數(shù)又小于碳鋼和低碳鋼，如果設(shè)備處于工作狀態(tài)被加熱，鈦復(fù)層處于受拉伸應(yīng)力狀態(tài)，復(fù)層上鈦焊縫質(zhì)量存在問(wèn)題情況下，就會(huì)使鈦焊縫開(kāi)裂，造成滲漏。熱情循環(huán)試驗(yàn)?zāi)M工況，對(duì)設(shè)備升溫升壓至設(shè)計(jì)溫度和設(shè)計(jì)壓力后，保溫保壓一個(gè)小時(shí)。一個(gè)小時(shí)后，爐溫以小于40℃/小時(shí)降至常溫。在降溫過(guò)程中，容器內(nèi)應(yīng)保持設(shè)計(jì)壓力。當(dāng)容器和爐冷卻后，容器壓力進(jìn)行釋放。重復(fù)過(guò)程一次。再對(duì)容器內(nèi)進(jìn)行氦檢漏試驗(yàn)，檢出鈦復(fù)層焊縫是否存在問(wèn)題。

1.熱氣循環(huán)試驗(yàn)的目的【1】

1.1.鈦鋼復(fù)合板基層與復(fù)層材料線膨脹系數(shù)的差異。以TA2和16MnR為例，25℃時(shí)TA2和16MnR的線膨脹系數(shù)分別為8.0×10-6/℃和10.9×10-6/℃，240℃時(shí)TA2和16MnR的線膨脹系數(shù)分別為8.6×10-6/℃和12.5×10-6/℃.通過(guò)與碳鋼和其他低合金鋼的比較可以看出，鈦的線膨脹系數(shù)小于碳鋼和低碳鋼的，而且隨著溫度的升高，兩者的差值也越大。故鈦鋼復(fù)合板設(shè)備升溫時(shí)，鈦復(fù)層及鈦焊縫受到拉伸熱應(yīng)力，如果鈦焊縫焊接質(zhì)量較差，則很可能使該處焊縫產(chǎn)生裂紋。熱氣循環(huán)試驗(yàn)可以檢驗(yàn)鈦復(fù)層焊縫在受到拉伸熱應(yīng)力時(shí)是否會(huì)產(chǎn)生裂紋等缺陷。

1.2.鈦鋼復(fù)合板基層與復(fù)層材料彈性模量的差異。仍以TA

2和16MnR為例，25℃時(shí)TA2和16MnR的彈性模量分別為1.1x105/℃和2.06x105MPa，240℃時(shí)TA2和16MnR的彈性模量分別為0.97×105/℃和2.06×105 MPa，可見(jiàn)室溫時(shí)的TA2與16MnR彈性模量的比值（0.533）大于240℃的TA2與16MnR彈性模量的比值（0.507），這說(shuō)明在240℃時(shí)，TA2與16MnR的焊接變形差要比室溫時(shí)大，且在240℃時(shí)同樣的焊接應(yīng)力下，TA2的焊接變形要比16MnR大1倍，碳鋼和其他低合金鋼也存在相似的情形。而熱氣循環(huán)試驗(yàn)，可以有效地檢驗(yàn)鈦及鈦焊縫與基層材料之間由于存在焊接變形差而是否會(huì)產(chǎn)生裂紋等缺陷。

1.3.鈦鋼復(fù)合板設(shè)備熱氣循環(huán)試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力與應(yīng)變。①環(huán)向應(yīng)力與應(yīng)變從分離罐圓筒上截取一單元體，見(jiàn)圖1

圖1 分離罐熱氣循環(huán)試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力與應(yīng)變圖

環(huán)向應(yīng)力：σθ=

環(huán)向應(yīng)變：εθ，= =

式中，pc為設(shè)備設(shè)計(jì)壓力，MPa；Di 為管箱圓筒內(nèi)徑，δe為圓筒有效厚度，mm；Et 為設(shè)備圓筒材料在設(shè)計(jì)溫度下的彈性模量，MPa。環(huán)向應(yīng)變?cè)趩卧w產(chǎn)生的橫向變形如圖1中虛線所示。②軸向應(yīng)力與應(yīng)變 軸向應(yīng)力 ，軸向應(yīng)變 = = 。

軸向應(yīng)變 在單元體產(chǎn)生的豎向變形如圖中虛線所示。因 =2 ，所以εθ， =2 。③由于泊松效應(yīng)引起的環(huán)向應(yīng)變與軸向應(yīng)變由 產(chǎn)生，由產(chǎn)生的軸向應(yīng)變 因泊松效應(yīng)引起的環(huán)向應(yīng)變?yōu)? 。④單元體在 與 兩向應(yīng)力作用下所產(chǎn)生的凈應(yīng)變 環(huán)向靜應(yīng)變 = - ，軸向凈應(yīng)變 = - εθ， 。環(huán)向凈應(yīng)變 與軸向凈應(yīng)變 如圖中點(diǎn)劃線所示。

2.熱氣循環(huán)試驗(yàn)

2.1. 技術(shù)參數(shù)

沈陽(yáng)派司鈦設(shè)備有限公司鈦鋼復(fù)合板設(shè)備分離罐進(jìn)行了熱氣循環(huán)試驗(yàn)，其設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表Ⅰ。

2.2.準(zhǔn)備工作

2.2.1.準(zhǔn)備足夠的氮?dú)狻?/p>

2.2.2.容器根據(jù)設(shè)計(jì)壓力安裝0～6MPa的壓力表2個(gè)、壓力安全閥。容器應(yīng)安裝至少六個(gè)溫度計(jì)，2個(gè)溫度計(jì)置于容器內(nèi)部。容器密封。

2.3.試驗(yàn)步驟

2.3.1.將設(shè)備吊入爐內(nèi)推車(chē)，爐內(nèi)頂部設(shè)置2個(gè)熱電偶，其他3個(gè)均布在設(shè)備本身。連接設(shè)備與氮?dú)馄?，推入關(guān)閉爐蓋。爐蓋間隙用保溫石棉封閉。

2.3.2.加熱爐內(nèi)，溫度達(dá)到40℃時(shí)開(kāi)始抽真空，壓力表數(shù)值為0.06～0.07MPa充氮，充氮0.1MPa時(shí)容器開(kāi)始升溫。溫度升到120℃（升溫速度≤40℃/h）用氮?dú)馍龎?，升壓?.1MPa。保溫保壓1小時(shí)后降溫（降溫速度≤40℃/h），待溫度降至常溫用洗發(fā)水等試劑檢查各管口密封面。自然降壓后放壓。

2.3.3.重復(fù)過(guò)程一次。

3.試驗(yàn)檢查及注意事項(xiàng)

3.1.熱氣循環(huán)后的檢驗(yàn) 將人孔及各接口法蘭拆下，在其容器外檢漏孔處通入0.03MPa氦氣，用洗發(fā)水檢測(cè)容器內(nèi)復(fù)層焊縫。氦檢漏過(guò)程中，應(yīng)保證通風(fēng)，避免試驗(yàn)氣體的聚集。在檢測(cè)前，檢測(cè)壓力應(yīng)至少保持30min，保壓結(jié)束后，吸槍嘴應(yīng)掃射整個(gè)檢測(cè)表面，掃射時(shí)吸搶嘴與檢測(cè)表面的距離保持在3mm以內(nèi)。儀器的靈敏度設(shè)置為10-6cc/sec。

3.2.熱氣循環(huán)試驗(yàn)注意事項(xiàng) 試驗(yàn)前進(jìn)行鐵離子污染檢測(cè)；對(duì)所有鈦焊縫和熱影響區(qū)進(jìn)行100%滲透檢測(cè)（PT），滲透時(shí)間大于2小時(shí)，顯影時(shí)間大于2小時(shí)，做無(wú)損檢測(cè)標(biāo)記；對(duì)鈦復(fù)層做一遍檢漏試驗(yàn)后水壓試驗(yàn)，P試=3.9MPa。

4.結(jié)語(yǔ)

壓力容器熱氣循環(huán)試驗(yàn)?zāi)M工況條件，對(duì)設(shè)備的一次運(yùn)轉(zhuǎn)。它分析和考核壓力容器存在缺陷，偏重于檢驗(yàn)復(fù)合板設(shè)備復(fù)層焊縫在設(shè)計(jì)溫度及設(shè)計(jì)壓力下是否產(chǎn)生缺陷及缺陷是否發(fā)生擴(kuò)展等特征，在壓力試驗(yàn)合格后進(jìn)行，不能代替設(shè)計(jì)壓力。

參考文獻(xiàn)：

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