王 雷

（河南省鍋爐壓力容器安全檢測(cè)研究院安陽(yáng)分院 安陽(yáng) 455000）

對(duì)球罐工卡具處裂紋的原因分析

王 雷

（河南省鍋爐壓力容器安全檢測(cè)研究院安陽(yáng)分院 安陽(yáng) 455000）

在大型壓力容器球罐的首次開(kāi)罐檢測(cè)過(guò)程中，在焊縫兩側(cè)工卡具焊跡處發(fā)現(xiàn)有大量裂紋存在。本文從裂紋特征、裂紋處理和裂紋產(chǎn)生原因等方面進(jìn)行了描述分析，并提出了相應(yīng)的防范措施。

球罐 工卡具 裂紋

近年來(lái)，在大型壓力容器球罐的首次開(kāi)罐檢測(cè)過(guò)程中，在其焊縫兩側(cè)工卡具焊跡處（簡(jiǎn)稱(chēng)“焊疤”）發(fā)現(xiàn)有大量裂紋存在，做統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 球罐工卡具焊跡處裂紋數(shù)量

1 裂紋特征

從外觀(guān)上來(lái)看，球罐焊疤處裂紋可以分為兩種類(lèi)型：一種是在焊疤處的凹坑補(bǔ)焊位置（在去除工卡具定位塊時(shí)在球罐表面產(chǎn)生的不規(guī)則凹坑，對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)焊打磨的部位），此處裂紋特征明顯，經(jīng)磁粉檢測(cè)后裂紋區(qū)域會(huì)與母材呈現(xiàn)出明顯界線(xiàn)，說(shuō)明補(bǔ)焊部位金屬與母材金屬未很好熔合，多為枝狀裂紋，見(jiàn)圖1、圖2；另一種為焊疤凹坑補(bǔ)焊位置外的裂紋，多為線(xiàn)性裂紋，見(jiàn)圖3、圖4。

圖1 焊疤凹坑處裂紋

圖2 焊疤凹坑處裂紋

圖3 焊疤凹坑處裂紋

圖4 焊疤凹坑處裂紋

焊疤處的裂紋大小不一，深淺各異，裂紋最長(zhǎng)約23.0mm，最短為2.0mm，最深約為4.0mm，最淺為0.5mm（裂紋深度是通過(guò)打磨消除裂紋后測(cè)其凹坑深度所得）。

2 裂紋處理

工卡具焊跡處的裂紋大部分均可通過(guò)打磨消除，打磨深度通常都在0.5～4.0mm之間，其中補(bǔ)焊部位裂紋一般隨補(bǔ)焊金屬材質(zhì)的打磨消失而消除，說(shuō)明此裂紋只存在補(bǔ)焊金屬中，并未向母材延伸。不過(guò)也有少數(shù)枝狀裂紋面積較大，擴(kuò)展較深，不能通過(guò)打磨消除，須經(jīng)有對(duì)球罐制造、維修資質(zhì)企業(yè)對(duì)其進(jìn)行挖補(bǔ)維修（在一臺(tái)液氨球罐檢測(cè)中，發(fā)現(xiàn)有一處焊疤裂紋須經(jīng)挖補(bǔ)處理）。

打磨后形成的凹坑深度如果小于壁厚余量（壁厚余量=實(shí)測(cè)壁厚-名義厚度+腐蝕余量），則允許存在；若大于壁厚余量，則對(duì)凹坑進(jìn)行無(wú)量綱參數(shù)G0計(jì)算，如果G0＜0.10，則該凹坑允許存在；若G0＞ 0.10，則可以對(duì)凹坑缺陷進(jìn)行應(yīng)力分析[1]或者安全性評(píng)價(jià)[2]，判斷其是否可以接受，若不能接受，則須對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)焊維修。對(duì)于壁厚較大，直徑也較大的球罐來(lái)說(shuō)，G0通常能滿(mǎn)足要求。

3 裂紋成因

工卡具焊接時(shí)，不嚴(yán)格按照工藝執(zhí)行，認(rèn)為工卡具焊道非主要焊道，在球殼板上隨意引弧和熄弧，外觀(guān)成型差，局部出現(xiàn)咬邊等應(yīng)力集中點(diǎn)，施焊時(shí)可能不預(yù)熱或預(yù)熱溫度不夠，線(xiàn)能量不控制，加上焊縫短，使得冷卻速度快產(chǎn)生硬脆組織，由于拘束應(yīng)力大，產(chǎn)生冷裂紋[3]。

在球殼板組焊完畢后，在拆除工卡具定位塊時(shí)操作不當(dāng)，用大錘或別的方法對(duì)定位塊進(jìn)行大力敲擊，使得母材缺肉，出現(xiàn)不規(guī)則凹坑[3]。當(dāng)凹坑深度大于GB 50094《球形儲(chǔ)罐施工及驗(yàn)收規(guī)范》的規(guī)定值（球殼板名義厚度的5%，且不應(yīng)超過(guò)2mm）[4]，須進(jìn)行補(bǔ)焊。對(duì)不規(guī)則凹坑補(bǔ)焊前，須采用砂輪將凹坑修磨成便于焊接的凹槽，再進(jìn)行補(bǔ)焊。從圖1、圖2中來(lái)看，補(bǔ)焊部位形狀不規(guī)則，與母材有明顯界線(xiàn)，說(shuō)明焊接人員在對(duì)不規(guī)則凹坑補(bǔ)焊時(shí)未對(duì)其進(jìn)行修磨，而是直接在不規(guī)則凹坑處施焊。而且由于焊疤數(shù)量眾多，需補(bǔ)焊部位也較多，焊工補(bǔ)焊時(shí)基本不進(jìn)行預(yù)熱或預(yù)熱不充分，造成該部位焊接質(zhì)量差，應(yīng)力集中，在使用過(guò)程中易產(chǎn)生裂紋[5]。

工卡具焊跡處在表面檢測(cè)時(shí)存在漏檢情況。如：1）檢測(cè)人員不重視工卡具焊跡處的表面檢測(cè)，雖然安裝資料中顯示檢測(cè)人員對(duì)工卡具焊跡處都進(jìn)行了100%的表面檢測(cè)，但實(shí)際上由于工卡具焊跡數(shù)量較多，檢測(cè)工作量大，檢測(cè)人員多數(shù)未必都對(duì)焊疤進(jìn)行100%檢測(cè)，只是對(duì)其進(jìn)行抽測(cè)，若沒(méi)發(fā)現(xiàn)裂紋缺陷，便不再進(jìn)行擴(kuò)探；2）檢測(cè)時(shí)機(jī)不對(duì)。安裝單位為了趕工期，沒(méi)有按照GB 50094《球形儲(chǔ)罐施工及驗(yàn)收規(guī)范》第5.4.3.1條“抗拉強(qiáng)度大于540MPa鋼材制造的球罐焊接結(jié)束36h后，其他鋼材制造的球罐焊接結(jié)束24h后，方可進(jìn)行磁粉檢測(cè)或滲透檢測(cè)”規(guī)定進(jìn)行，很可能補(bǔ)焊打磨后就立即進(jìn)行了表面檢測(cè)；3）由于檢測(cè)人員的責(zé)任、經(jīng)驗(yàn)等人為因素造成的缺陷漏檢，如磁懸液配置不當(dāng)、磁化時(shí)間不夠、對(duì)出現(xiàn)的微小缺陷磁痕不做計(jì)算或按偽缺陷對(duì)待等[6]。

工卡具焊跡處的不規(guī)則凹坑補(bǔ)焊后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行熱處理。熱處理的目的為消除焊接殘余應(yīng)力及變形，均勻焊縫和熱影響區(qū)的組織、使焊縫金屬與母材金屬更好的熔合，改善焊接接頭性能[7]。從圖1、圖2可以看出，凹坑補(bǔ)焊區(qū)域與母材有明顯界線(xiàn)，這說(shuō)明補(bǔ)焊部位金屬材質(zhì)與母材并未很好熔合，熱處理不充分，熔合效果不佳。球罐焊后整體熱處理工藝主要是針對(duì)消除長(zhǎng)焊縫殘余應(yīng)力而制定的[8]。對(duì)于焊接面積小，深度淺，數(shù)量多的凹坑修補(bǔ)焊接，還應(yīng)當(dāng)制定相應(yīng)的局部熱處理措施。

4 防范意見(jiàn)

1）嚴(yán)格按照GB 50094—1998《球形儲(chǔ)罐施工及驗(yàn)收規(guī)范》和制定的施工工藝規(guī)范執(zhí)行操作。焊前要求預(yù)熱的球殼，在以工卡具焊接處為中心，至少150mm范圍內(nèi)進(jìn)行預(yù)熱，工卡具的焊接引弧點(diǎn)和熄弧點(diǎn)應(yīng)在工卡具焊道上，嚴(yán)禁在非焊接位置任意引弧和熄??；工卡具去除及其部位表面處理杜絕野蠻操作；對(duì)不規(guī)則凹坑補(bǔ)焊前，認(rèn)真清理凹坑部位及四周10～20mm范圍內(nèi)的水、銹、油污等雜質(zhì)，打磨露出金屬光澤，并直至圓滑過(guò)渡，不留尖角；焊接修補(bǔ)時(shí)如需預(yù)熱，應(yīng)以修補(bǔ)處為中心，在半徑為150mm范圍內(nèi)預(yù)熱，預(yù)熱溫度取上限。焊接線(xiàn)能量應(yīng)在規(guī)定范圍內(nèi)；焊接短焊縫時(shí)，線(xiàn)能量不應(yīng)取下限值。

2）針對(duì)凹坑補(bǔ)焊部位，制定相應(yīng)的局部熱處理措施，焊接修補(bǔ)后，應(yīng)立即進(jìn)行熱處理，保證焊材與母材金屬的有效熔合。

3）監(jiān)檢人員要加強(qiáng)對(duì)檢測(cè)人員球罐表面檢測(cè)的監(jiān)督，尤其是工卡具處的檢測(cè)，確保檢測(cè)時(shí)機(jī)準(zhǔn)確、工卡具處做到100%檢測(cè)。同時(shí)也要加強(qiáng)檢測(cè)人員的責(zé)任心，杜絕偷工減料、投機(jī)取巧行為。

[1] TSG R7001—2013 壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則[S]．

[2] GB/T 19624—2004 在用含缺陷壓力容器安全評(píng)定[S]．

[3] 方樹(shù)強(qiáng)，張?jiān)龈たň叩群港E點(diǎn)對(duì)球罐的危害及其克服[J]．石油工程建設(shè)，1997，4：25-27．

[4] GB 50094—98 球形儲(chǔ)罐施工及驗(yàn)收規(guī)范[S]．

[5] 陳奇．球罐焊接施工中裂紋的控制[J]．中國(guó)鍋爐壓力容器安全，1999，16(2)：14-17．

[6] 梁文靜，馮靖安，馬愛(ài)武．球形儲(chǔ)罐首次開(kāi)罐檢驗(yàn)表面裂紋的分析與防范[J]．中國(guó)特種設(shè)備安全，2012，28(11)：42-43．

[7] 呂毅南．球罐焊后整體熱處理[J]．江蘇化工，1999，27(5)：29-31．

[8] 張西濤．球罐焊接后熱處理對(duì)殘余應(yīng)力的影響[J]．價(jià)值工程，2010，3：83．

Causes Analysis of Cracks in Welding Fixture Place in Spherical Tank

Wang Lei
(The Boiler & Pressure Vessel Safety Inspection Institute of Henan Province, Anyang Branch Anyang 455000)

On the opening inspection process of spherical tank for the first time, it was found that there was a large number of cracks in welding fixture place on both sides of butt-welded seam. It is described and analyzed in terms of cracks characteristics, cracks treatment and cracks causes, this thesis puts forward some corresponding preventive measures.

Spherical tank Welding fixtures Cracks

X933.4

B

1673-257X(2017)04-0077-03

10.3969/j.issn.1673-257X.2017.04.018

王雷(1986～)，男，碩士，檢驗(yàn)員，從事?lián)Q熱網(wǎng)絡(luò)節(jié)能研究及鍋爐壓力容器檢驗(yàn)檢測(cè)工作。

2016-10-25）