壓力容器檢驗過程中裂紋缺陷的探討

黃成浩

摘要：壓力容器在我國各個行業中的應用范圍呈現逐漸擴展的趨勢，其安全狀況直接關系到人民群眾的生命財產安全，所以應當充分重視壓力容器的檢驗工作，在檢驗過程中及時發現并處理存在的缺陷，保障設備安全運行[2]。本文主要針對壓力容器檢驗過程中發現的裂紋缺陷問題進行深入分析，探討解決裂紋缺陷問題的具體方法。

關鍵詞：壓力容器；檢驗；裂紋缺陷

裂紋是壓力容器缺陷中最危險的一種，它是導致容器發生脆性破壞的重要因素。一般最容易產生裂紋的部位是焊縫與焊接熱影響區以及局部應力過高的部位。壓力容器中的裂紋，按其生成過程，大致可分為兩大類，即原材料或容器制造中產生的裂紋和容器使用過程中產生的裂紋或擴展的裂紋[3]。壓力容器制造環節由于受生產工藝和人為因素等方面的影響，容易在制造時產生熱裂紋、冷裂紋、再熱裂紋等。在用壓力容器在長時間的使用過程中，由于承受高溫、高壓和各種復雜介質，可能會產生疲勞裂紋和應力腐蝕裂紋等，怎樣正確解決裂紋缺陷問題，對于壓力容器正常運行具有十分重要的意義。

1 壓力容器檢驗過程中裂紋缺陷問題分析

壓力容器檢驗過程中發現的裂紋缺陷，主要包括以下幾種：

1.1 熱裂紋

熱裂紋主要存在于壓力容器的焊縫中，有些時候也會出現在熱影響區內。焊縫中出現的裂紋主要為結晶裂紋，其特征是大多存在于焊縫中心，與焊縫長度方向平行；橫向熱裂紋，通常都是沿柱狀晶界產生，同時連接母材晶粒界，所以幾乎垂直于焊縫長度方向。熱裂紋產生原因：焊接接頭融合區的金屬液體晶體與焊縫金屬在焊接過程中若是出現偏析狀況，那么析出物質主要由低熔點共晶體組成，因為這些低熔點共晶體的熔點比較低，因此會結晶凝固。一定條件下，凝固金屬收縮拉力會導致共晶偏析構造拉裂，形成熱裂紋。

1.2 冷裂紋

冷裂紋，實質上就是焊接過程中，溫度冷卻至室溫之后出現的一種裂紋。冷裂紋主要發生于應力集中的位置，如：咬邊、焊根等，在方向上一般與焊縫長度方向平行，無分枝，有些時候還會出現橫向裂紋，裂紋口不存在夾渣。冷裂紋會引發構件脆斷，破壞性非常大，是危害性最大的一種裂紋。冷裂紋產生原因：①焊接焊縫存在缺陷，導致焊縫上有應力集中現象；②由于焊件的剛性比較大，因此產生的焊接拉應力也比較大；③擴散氫濃密、聚集；④焊接接頭出現淬硬組織，導致金屬塑性儲備減少。

上述四個因素中，導致冷裂紋出現的兩個主要因素為拉應力與含氫量，同時這四個因素互相影響。每個因素都有可能是造成冷裂紋產生的原因，但并不是唯一的決定性因素。通常情況下，金屬內部原子排列并不是完全有序的，還存在諸多微觀缺陷，在拉應力的引導下，高應力區會擴散、聚集原子氫。當原子氫的聚集達到一定濃度的時候，會對金屬中原子結合鍵造成破壞，導致微觀裂紋的發生；最后，隨著氫的不斷聚集、應力的持續作用以及微觀裂紋的進一步擴展，一直到宏觀裂紋出現。

1.3 再熱裂紋

含有錋、鉬、鉻、釩等合金元素的耐熱鋼、低合金高強度鋼在焊接完成之后，在一定溫度范圍內再次進行加熱時，由于高溫及殘余應力的共同作用而出現的裂紋稱為再熱裂紋。再熱裂紋的特征主要包括：①同焊接殘余應力有著密切的聯系；②在沉淀強化鋼中最易出現；③屬于晶界開裂范疇；④發生溫度在550℃-650℃范圍內；⑤焊接熱影響區中的過熱粗晶區是再熱裂紋產生的主要位置，主要產生于再次加熱中，如：焊后熱處理等。對于再熱裂紋的產生原因有著許多不同的說法，主要按照楔形開裂理論對其產生機理進行敘述，即：一些含有沉淀強化相Nb、Ti、V以及Mo的碳化物，如碳化鉻、碳化鈮、碳化釩以及碳化鈦等，經過溫度超過1300℃焊接熱循環處理之后，處于固溶狀態，在焊后快速冷卻的過程中，無法及時充分析出，但是在焊后熱處理的過程中，會在晶內沉淀析出，應力松弛造成的塑形變形會在晶界中優先出現，在拘束應力的影響下，再熱裂紋就會產生。

1.4應力腐蝕裂紋

具有應力腐蝕傾向的金屬材料在應力和腐蝕環境的共同作用下，產生的裂紋叫做應力腐蝕裂紋。應力腐蝕裂紋一般由表面向內部延伸，表面看呈直線狀、樹枝狀、龜裂狀或放射狀等多種形態，深入金屬內部的應力腐蝕裂紋呈干枯的樹根狀，裂紋斷口為典型的脆性斷口。應力腐蝕裂紋引起的斷裂是在沒有明顯宏觀變形、無任何征兆的情況下發生的，破壞具有突發性。

2 壓力容器檢驗過程中裂紋缺陷問題的解決方法

2.1 嚴格控制壓力容器質量

壓力容器屬于特種設備范疇，在生產過程中應當充分把控產品質量，嚴格按照工藝流程進行。只有對生產工序進行嚴格把關，才能夠在根本上提高壓力容器質量，在此基礎上最大限度防止裂紋缺陷的產生。對于容易產生的裂紋，從工藝流程上規避裂紋的產生。加工完成后，無損檢測過程中發現裂紋及時處理。

2.2 控制原材料生產質量

原材料生產質量與壓力容器裂紋缺陷的產生有著十分密切的聯系。因此，壓力容器在生產之前，應當嚴格審視圖紙內容，明確具體要求，保證按照生產規范進行生產，確保各個生產、加工工序得到合理控制。除此之外，還應當明確生產管理規定內容，保證生產處于質量控制與程序文件范圍內。

2.3 壓力容器操作控制

壓力容器裂紋缺陷的產生與人為操作有著十分密切的聯系，不當的操作輕則使壓力容器在運行中產生缺陷，重則發生安全事故，所以應當充分重視操作人員操作的規范性[1]。因此，應當加強對操作人員安全意識和壓力容器基本知識的培訓，使操作人員了解與掌握具體的操作流程及方法，從根本上杜絕因為壓力容器操作不合理、不規范導致產生裂紋缺陷。

3 結語

綜上所述，壓力容器的裂紋缺陷對壓力容器的安全穩定運行具有十分嚴重的影響，客觀因素與內在條件共同導致了裂紋的出現，其中客觀因素主要為壓力容器腐蝕、疲勞狀況，內在條件主要為原材料質量缺陷。因此，應當針對裂紋缺陷產生的具體原因進行分析，采取相應的改進措施，以此減少裂紋缺陷的產生。

參考文獻：

[1]陳雁，高俊峰，王文燦. 壓力容器及壓力管道安全管理系統的應用[J]. 石油化工設備，2011，05：77-80.

[2]陳學東，崔軍，章小滸. 我國壓力容器設計、制造和維護十年回顧與展望[J]. 壓力容器，2012，12：1-23.

[3]楊冠鋒. 關于壓力管道檢驗中存在問題的探討[J]. 中小企業管理與科技（下旬刊），2014，02：296.endprint