電廠壓力容器用鋼焊縫裂紋極低溫下的安全評定

王愛華，王 晶，孫莉莉，穆丹丹，趙海新，宋小東，白 濤

(1.承德石油高等專科學校機械工程系，河北 承德 067000;2.承德石油高等專科學校工業技術中心，河北 承德 067000;3.承德石油高等專科學校熱能工程系，河北 承德 067000)

某電廠壓力容器用鋼采用Q345C鋼制作，最低低溫沖擊溫度值為0℃。對于我國北方冬季嚴寒地區，溫度變化較頻繁，某些地區溫度最低能超過－40℃，且此設備很多情況下裸露在外部環境下，如此低溫可使焊接接頭加快脆化，尤其含缺陷焊接接頭對于設備的安全、穩定運行構成嚴重威脅。因此，本文采用我國最新編制的“在用含缺陷壓力容器安全評定”標準，針對筒體縱向焊縫表面裂紋在操作壓力和極低溫下是否發生破裂進行評定，為同類設備產品的制造及安全使用提供參考與借鑒。

1 評定標準介紹

2004年12月29日，我國發布了GB/T 19624—2004《在用含缺陷壓力容器安全評定》的國家標準，該標準依據“合于使用”和“最弱環”原則，用于判別壓力容器在規定的使用工況下能否繼續使用，是一種適用于工程實際的評定方法［1］。該標準采用三級評定技術路線，分別為簡化評定、常規評定、分析評定。本文采用常規評定標準等級進行評定，該評定等級所需數據較簡單，保守程度高。

常規評定［2］中失效評定曲線(FAC)方程為:

若計算所得值(Kr、Lr)在曲線FAC及Lr=Lmaxr所圍區域內，表明評定結果安全，該缺陷允許存在，反之不允許。

2 參數確定

2.1 焊接工藝參數

材質:Q345C鋼;厚度:12 mm。鋼板采用CO2氣體保護焊焊接，接頭形式如圖1所示，焊接工藝參數如表1所示。

表1 焊接參數

2.2 低溫抗拉強度、屈服強度和斷裂韌度

環境溫度設定為－45℃，此溫度對于評定結果偏安全。低溫拉伸試驗結果見表2。

表2 焊接接頭低溫拉伸試驗結果

斷裂韌度采用三點彎曲試樣，焊縫常溫預制裂紋，低溫－45℃對試樣進行加載并破壞，同時試驗數據，結果結果見表3。

表3 焊縫CTOD試驗結果(單位:mm)

2.3 缺陷數據及載荷情況

本文壓力容器采用筒體縱向焊縫表面裂紋進行計算。裂紋規則化后的尺寸為2c=30 mm(2c為裂紋長度)，a=6 mm(a為裂紋高度)，如圖2所示。本壓力容器為中壓壓力容器，按其最大承受內壓為10 MPa進行計算，這樣對評價結果是偏安全的。

3 安全評定［3］

3.1 常規評定計算

1)Lr的計算，如下式:

2)Kr的計算。斷裂比Kr值按公式(3)計算:

對于GB/T 19624—2004，KI根據下式求得:

式中:a—裂紋深度;fm，fB為查表取值;σm—薄膜應力;σB—彎曲應力，可由應力分布線性化規則得到。

4)安全性評價。根據以上的分析與計算，鋼板表面裂紋Lr、Kr、Lmaxr的計算結果如下:

將計算所得值描入失效評定圖中，如圖3所示。評定點位于曲線規定范圍內，表明此裂紋尺寸2c=30 mm，a=6 mm，在－45℃環境下即使承受最大拉應力，該結構在一定期限內也可以安全使用。

4 結論

1)Q345C鋼焊接接頭在極低溫－45℃下具有良好的低溫韌性。

2)采用“在用含缺陷壓力容器安全評定”標準對該壓力容器用鋼縱向焊縫表面裂紋進行極低溫下的安全評定，在裂紋尺寸及內壓已知的條件下，采用常規評定，評定點在評定曲線范圍內，說明該缺陷是暫時可以允許存在的。

3)該壓力容器在正常操作條件下運行，裂紋還處在安全區內，但考慮到低溫及壓力波動可能使裂紋擴展，必須嚴密監控，發現裂紋擴展，立即停止使用并返修。

［1］姜運建，王慶，王志永.電站含缺陷壓力容器的安全評定技術［J］.河北電力技術，2006，25(1):1－3.

［2］GB/T 19624—2004.在用含缺陷壓力容器安全評定［S］.2005.

［3］呂濤，王晶，蘆宗杰，等.焊接工藝對16MnR鋼焊接接頭低溫安全性的影響［J］.熱加工工藝，2009，38(23):169－172.