對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研究院安陽分院 安陽 455000）

對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研究院安陽分院 安陽 455000）

在大型壓力容器球罐的首次開罐檢測過程中，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)生原因等方面進行了描述分析，并提出了相應的防范措施。

球罐 工卡具 裂紋

近年來，在大型壓力容器球罐的首次開罐檢測過程中，在其焊縫兩側(cè)工卡具焊跡處（簡稱“焊疤”）發(fā)現(xiàn)有大量裂紋存在，做統(tǒng)計見表1。

表1 球罐工卡具焊跡處裂紋數(shù)量

1 裂紋特征

從外觀上來看，球罐焊疤處裂紋可以分為兩種類型：一種是在焊疤處的凹坑補焊位置（在去除工卡具定位塊時在球罐表面產(chǎn)生的不規(guī)則凹坑，對其進行補焊打磨的部位），此處裂紋特征明顯，經(jīng)磁粉檢測后裂紋區(qū)域會與母材呈現(xiàn)出明顯界線，說明補焊部位金屬與母材金屬未很好熔合，多為枝狀裂紋，見圖1、圖2；另一種為焊疤凹坑補焊位置外的裂紋，多為線性裂紋，見圖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（裂紋深度是通過打磨消除裂紋后測其凹坑深度所得）。

2 裂紋處理

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

打磨后形成的凹坑深度如果小于壁厚余量（壁厚余量=實測壁厚-名義厚度+腐蝕余量），則允許存在；若大于壁厚余量，則對凹坑進行無量綱參數(shù)G0計算，如果G0＜0.10，則該凹坑允許存在；若G0＞ 0.10，則可以對凹坑缺陷進行應力分析[1]或者安全性評價[2]，判斷其是否可以接受，若不能接受，則須對其進行補焊維修。對于壁厚較大，直徑也較大的球罐來說，G0通常能滿足要求。

3 裂紋成因

工卡具焊接時，不嚴格按照工藝執(zhí)行，認為工卡具焊道非主要焊道，在球殼板上隨意引弧和熄弧，外觀成型差，局部出現(xiàn)咬邊等應力集中點，施焊時可能不預熱或預熱溫度不夠，線能量不控制，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操作不當，用大錘或別的方法對定位塊進行大力敲擊，使得母材缺肉，出現(xiàn)不規(guī)則凹坑[3]。當凹坑深度大于GB 50094《球形儲罐施工及驗收規(guī)范》的規(guī)定值（球殼板名義厚度的5%，且不應超過2mm）[4]，須進行補焊。對不規(guī)則凹坑補焊前，須采用砂輪將凹坑修磨成便于焊接的凹槽，再進行補焊。從圖1、圖2中來看，補焊部位形狀不規(guī)則，與母材有明顯界線，說明焊接人員在對不規(guī)則凹坑補焊時未對其進行修磨，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，需補焊部位也較多，焊工補焊時基本不進行預熱或預熱不充分，造成該部位焊接質(zhì)量差，應力集中，在使用過程中易產(chǎn)生裂紋[5]。

工卡具焊跡處在表面檢測時存在漏檢情況。如：1）檢測人員不重視工卡具焊跡處的表面檢測，雖然安裝資料中顯示檢測人員對工卡具焊跡處都進行了100%的表面檢測，但實際上由于工卡具焊跡數(shù)量較多，檢測工作量大，檢測人員多數(shù)未必都對焊疤進行100%檢測，只是對其進行抽測，若沒發(fā)現(xiàn)裂紋缺陷，便不再進行擴探；2）檢測時機不對。安裝單位為了趕工期，沒有按照GB 50094《球形儲罐施工及驗收規(guī)范》第5.4.3.1條“抗拉強度大于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，方可進行磁粉檢測或滲透檢測”規(guī)定進行，很可能補焊打磨后就立即進行了表面檢測；3）由于檢測人員的責任、經(jīng)驗等人為因素造成的缺陷漏檢，如磁懸液配置不當、磁化時間不夠、對出現(xiàn)的微小缺陷磁痕不做計算或按偽缺陷對待等[6]。

工卡具焊跡處的不規(guī)則凹坑補焊后應及時進行熱處理。熱處理的目的為消除焊接殘余應力及變形，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，凹坑補焊區(qū)域與母材有明顯界線，這說明補焊部位金屬材質(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消除長焊縫殘余應力而制定的[8]。對于焊接面積小，深度淺，數(shù)量多的凹坑修補焊接，還應當制定相應的局部熱處理措施。

4 防范意見

1）嚴格按照GB 50094—1998《球形儲罐施工及驗收規(guī)范》和制定的施工工藝規(guī)范執(zhí)行操作。焊前要求預熱的球殼，在以工卡具焊接處為中心，至少150mm范圍內(nèi)進行預熱，工卡具的焊接引弧點和熄弧點應在工卡具焊道上，嚴禁在非焊接位置任意引弧和熄弧；工卡具去除及其部位表面處理杜絕野蠻操作；對不規(guī)則凹坑補焊前，認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，并直至圓滑過渡，不留尖角；焊接修補時如需預熱，應以修補處為中心，在半徑為150mm范圍內(nèi)預熱，預熱溫度取上限。焊接線能量應在規(guī)定范圍內(nèi)；焊接短焊縫時，線能量不應取下限值。

2）針對凹坑補焊部位，制定相應的局部熱處理措施，焊接修補后，應立即進行熱處理，保證焊材與母材金屬的有效熔合。

3）監(jiān)檢人員要加強對檢測人員球罐表面檢測的監(jiān)督，尤其是工卡具處的檢測，確保檢測時機準確、工卡具處做到100%檢測。同時也要加強檢測人員的責任心，杜絕偷工減料、投機取巧行為。

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

[2] GB/T 19624—2004 在用含缺陷壓力容器安全評定[S]．

[3] 方樹強，張增根．工卡具等焊跡點對球罐的危害及其克服[J]．石油工程建設，1997，4：25-27．

[4] GB 50094—98 球形儲罐施工及驗收規(guī)范[S]．

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

[6] 梁文靜，馮靖安，馬愛武．球形儲罐首次開罐檢驗表面裂紋的分析與防范[J]．中國特種設備安全，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殘余應力的影響[J]．價值工程，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，檢驗員，從事?lián)Q熱網(wǎng)絡節(jié)能研究及鍋爐壓力容器檢驗檢測工作。

2016-10-25）