周飛來(lái)，桂斯睿，周偉武，羅新平

1.江南工業(yè)集團(tuán)有限公司 湖南湘潭 411207

2.湖南華南光電有限公司 湖南常德 415000

1 序言

RJ5儲(chǔ)氣罐屬于Ⅱ類0.75m3的空氣儲(chǔ)罐，其外形尺寸為780mm×325mm×3mm，設(shè)計(jì)的工作壓力值為2MPa，水壓試驗(yàn)是3MPa，爆破壓力≥6MPa，而焊接接頭系數(shù)則達(dá)到0.85。RJ5儲(chǔ)氣罐材質(zhì)是低合金鋼Q235A。由脈沖氬弧焊自動(dòng)焊焊接方式組焊而成。此次進(jìn)行水壓爆破試驗(yàn)的RJ5儲(chǔ)氣罐在試驗(yàn)前的水壓測(cè)試均100%合格，并按照GB/T 2828—2003抽樣標(biāo)準(zhǔn)的驗(yàn)收規(guī)范隨機(jī)抽取其中一件實(shí)施水壓爆破試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)爆破壓力符合驗(yàn)收規(guī)范的要求，但存在與往常不同的破壞形式。在以往的類似爆破過(guò)程中，一般是在儲(chǔ)氣罐的筒體中部出現(xiàn)縱向裂口，又或者是在縱向主裂口的端部帶有較短的橫向裂口[1-4]。而從此次水壓爆破試驗(yàn)來(lái)看，儲(chǔ)氣罐的筒體沒(méi)有出現(xiàn)縱向破裂，而只產(chǎn)生了將RJ5儲(chǔ)氣罐封頭與筒體分開(kāi)的橫向斷裂。本文針對(duì)上述現(xiàn)象進(jìn)行相關(guān)分析，尋求水壓爆破作用下RJ5儲(chǔ)氣罐橫向斷裂的成因。

2 試驗(yàn)概況

（1）筒體斷裂形貌觀察 如圖1所示，水壓爆破試驗(yàn)中，RJ5儲(chǔ)氣罐的斷裂位置處于封頭與筒體的焊接處，其中一部分?jǐn)嗫谖挥诜忸^一側(cè)的熱影響區(qū)（包括母材）。

圖1 RJ5儲(chǔ)氣罐橫向斷裂形貌

經(jīng)過(guò)細(xì)致檢查，試驗(yàn)設(shè)施完好，壓力表也都符合核定標(biāo)準(zhǔn)并在使用的有效期內(nèi)。試驗(yàn)步驟皆由專業(yè)的檢驗(yàn)人員操作，其間沒(méi)有進(jìn)行人員變動(dòng)。

RJ5儲(chǔ)氣罐所包含的全部零部件的原材料都經(jīng)過(guò)相應(yīng)的進(jìn)廠驗(yàn)收檢測(cè)，均達(dá)到材料進(jìn)廠驗(yàn)收規(guī)范GB/T 247—1997標(biāo)準(zhǔn)的要求。同時(shí)材料還進(jìn)行了金相、斷口電鏡、機(jī)械加工和熱處理等方面的檢測(cè)。最后，在RJ5儲(chǔ)氣罐焊接接頭的X射線底片上發(fā)現(xiàn)了約30mm錯(cuò)位，經(jīng)打磨修整后錯(cuò)位消除，此外再?zèng)]有發(fā)現(xiàn)其他裂紋、未焊透、未熔合及氣孔等缺陷。需要補(bǔ)充的是，筒體焊接部位的壁厚測(cè)量結(jié)果同樣符合工藝要求。

在斷面的上方大約1/4圓周范圍內(nèi)有三段相連的斷面（見(jiàn)圖2），依次編為1號(hào)、2號(hào)和3號(hào)斷面。其中1號(hào)斷面的臺(tái)面最寬，其余部位的斷口為正常的韌性斷裂斷口。

圖2 封頭斷口上的平臺(tái)

如圖3所示，封頭斷口上的平臺(tái)為凸出的平面，而圓筒斷口對(duì)應(yīng)部位的平臺(tái)為凹陷的平面，兩者吻合得相當(dāng)好。仔細(xì)觀察圖3，可以發(fā)現(xiàn)斷面上有平行的弧形條紋，其弧形與封頭、筒體端部的圓弧相吻合，疑似零件機(jī)械加工的表面。除此之外，斷面上并沒(méi)有產(chǎn)生放射條紋或因材料斷裂而遺留下的條紋。

圖3 封頭與圓筒斷口上的平臺(tái)

（2）封頭端面機(jī)械加工的對(duì)比觀察 如圖4所示，于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)截取制造過(guò)程中封頭機(jī)械加工的端面，用顯微鏡對(duì)封頭端面與橫向斷裂斷口上的斷面進(jìn)行放大對(duì)比觀察，可以看到封頭斷口斷面上產(chǎn)生的條紋。

圖4 封頭斷口平臺(tái)上的條紋（10×）

通常情況下，RJ5儲(chǔ)氣罐焊縫及熱影響區(qū)、母材的組織形貌差別并不明顯，但從圖5可以發(fā)現(xiàn)，平臺(tái)處和圖5右側(cè)的材料組織有帶狀的特征（圓筒原材料為軋材，因經(jīng)過(guò)塑性變形，材料組織或多或少都會(huì)有帶狀的特征）；相反，經(jīng)過(guò)熔化重新凝固而成的焊縫，則不會(huì)發(fā)生塑性變形的組織特征。

圖5 圓筒斷口平臺(tái)處的電鏡照片

最后，借助電鏡檢測(cè)，在RJ5儲(chǔ)氣罐的斷裂斷口上可以看到機(jī)械加工的痕跡，卻沒(méi)有發(fā)現(xiàn)材料破斷的痕跡以及韌性斷裂形貌。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

爆破試驗(yàn)的結(jié)果表明，斷口上的平臺(tái)分別為封頭和筒體對(duì)接處的機(jī)械加工端面，該焊接端面在焊接時(shí)局部焊接熔深不夠，因此，RJ5儲(chǔ)氣罐橫向斷裂實(shí)質(zhì)上是由于封頭與筒體存在局部焊接熔深不夠所導(dǎo)致。而引起局部焊接熔深不夠的原因則是焊接時(shí)熔池的中心偏離了焊件對(duì)接處，焊縫中心與焊件對(duì)接的位置偏移較大。焊縫或焊接時(shí)的熔池上表面較寬，下底面較窄，當(dāng)焊縫或焊接時(shí)的熔池中心與焊件對(duì)接的位置偏移量超過(guò)了焊縫底面寬度的一半，焊件對(duì)接面的下部就有可能發(fā)生局部焊接熔深不夠的現(xiàn)象。

為了查明RJ5儲(chǔ)氣罐環(huán)焊縫局部焊接熔深不夠的原因，于是對(duì)橫向斷裂的焊縫尺寸進(jìn)行了檢測(cè)分析。RJ5儲(chǔ)氣罐環(huán)焊縫局部焊接熔深不夠偏心檢測(cè)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1，檢測(cè)內(nèi)容包括封頭、圓筒平臺(tái)部位的焊縫尺寸。從表1可見(jiàn)，產(chǎn)生局部焊接熔深不夠的原因不是焊接電流偏小，而是熔池的中心偏離了焊件對(duì)接處，最大偏移值竟達(dá)到2mm左右。

4 改進(jìn)建議

避免筒體橫向斷裂的關(guān)鍵，是消除因焊機(jī)、夾具或操作等原因造成的RJ5儲(chǔ)氣罐裝配錯(cuò)位和焊接時(shí)旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)定而產(chǎn)生熔池中心偏移中心的情況。為此，焊工在焊接之前，應(yīng)將封頭與筒體在沒(méi)有焊接的情況下空轉(zhuǎn)一周，確認(rèn)焊縫中心始終對(duì)準(zhǔn)之后再進(jìn)行焊接。同時(shí)使焊接熔深達(dá)到質(zhì)量要求。

表1 RJ5儲(chǔ)氣罐環(huán)焊縫局部焊接熔深不夠偏心檢測(cè)計(jì)算結(jié)果

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)試驗(yàn)證明，焊縫中心偏移是導(dǎo)致RJ5儲(chǔ)氣罐橫向斷裂的原因之一。而焊接接頭出現(xiàn)局部焊接熔深不夠加大了橫向斷裂的傾向。為此，加強(qiáng)焊接工藝的執(zhí)行力度，確保措施到位，即可有效地控制裂紋的產(chǎn)生。