關于蒸壓釜埋藏裂紋的分析和處理探討

丁超

（廣東省特種設備檢測研究院佛山檢測院，廣東 佛山 528000）

1 關于蒸壓釜出現埋藏裂紋的原因分析

（1）蒸壓釜設備的設計參數分析。本次檢測的蒸壓釜設備是某廠在2001年購入并投入生產使用的，經過具體的調查了解到這款蒸壓釜是當年由江門機械廠制造研發的，該款蒸壓釜的設計尺寸是178m3，整個蒸壓釜內筒的直徑是2900mm，筒壁厚度為20mm，封頭厚度為25mm，主體部分鋼材材質為16MnR。該蒸壓釜的設計使用溫度是205℃，設計壓力是1.6MPa，而在實際的生產過程中，該設備的實操壓力為1.5MPa。

（2）外部觀察檢測。在對整個蒸壓釜設備進行具體精細的技術檢測之前，維修檢測人員要先對蒸壓釜設備進行一個外部的宏觀檢測。主要是檢測蒸壓釜設備的外部尺寸、結構組成以及外觀進行一個大致的觀察和判斷。在本次的宏觀檢查中，發現幾處肉眼可見的缺陷，在蒸壓釜的內表面發現一些輕微的磨損情況，不均勻地分散在管壁內部，根據具體的磨損情況并結合現場的施工作業環境分析，可以得知管壁內部的磨損主要是在進行正常運送作業時，滾輪車的金屬邊緣與蒸壓釜筒體內壁的摩擦碰撞，導致在蒸壓釜內壁留下一些大小不一、分布不均的磨損。經檢測，磨損的最大深度是3毫米，蒸壓釜的設計磨損限度是4毫米，在可以進行安全生產的限度范圍內。

（3）精確技術探測。由于該設備投入使用的年數較長，僅從外觀上并不能直接判斷該設備是否符合安全生產的條件，因此需要采取更為科學精密的方式對整個蒸壓釜進行具體的檢測。此次采用的儀器是由德國生產的USM35X超聲波探傷儀，USM35X超聲波探傷儀可以準確測出蒸壓釜內部是否有缺陷，能保證蒸壓釜設備在生命周期內進行安全的生產。由于蒸壓釜出現埋藏裂紋的主要位置一般都位于焊縫處，因此這次的超聲波探測主要集中于各個管筒的焊縫接頭處。為了保證檢測結果的準確性，在檢測之前要去除焊縫表面的油漬、鐵銹等雜質，而且要保證探頭接觸表面保持光滑平整，必要時需要進行打磨。

檢測人員根據具體的安全級別評定表（表1）對蒸壓釜焊縫進行檢測，為了增加檢測探頭的掃描精確程度，采用Z字形的鋸齒狀掃描方式，掃描區域包括焊縫兩邊5mm范圍內的筒壁，探測人員也可以根據焊縫的具體情況增加焊縫兩側的探測面積。經過探測人員仔細的探測檢查發現一處嚴重的缺陷，位于蒸壓釜環形焊縫和縱向焊縫的丁字形接口處，該缺陷的深度為9mm，長約為40mm，當量超標。根據相關部門的安全管理條例的規定，對此處缺陷進行安全定級，結果為Ⅳ級，嚴重危害整個蒸壓釜的安全性能。

表1 安全級別評定表

由于USM35X超聲波探傷儀只能測定出缺陷所在的具體位置，缺陷的直徑大小以及深度的多少，并不能確定是什么性質的缺陷，因此還需要通過X射機的檢測來確定超過安全范圍內缺陷的性質和屬性。X射機中有一根具有陰陽兩極的真空管，陰極由鎢絲組成，陽極有一個金屬靶，通過在陰陽兩極加高壓的方式，使陰極的鎢絲不斷加熱直到可以產生自由電子的情況，這時鎢絲產生的自由電子由于受到電場的作用而定向地撞擊到陰極的金屬靶上，通過不斷的撞擊產生X射線。由于X射線有很強的穿透力，能夠結合影像技術等手段將探測結果直接反饋給檢測者，實現對蒸壓釜筒壁焊縫缺陷性質的精準判斷。

此次對這處缺陷的檢測使用的X射線機是進口的型號為200EGS2的X射線機，由于之前的檢測中已經判斷出了蒸壓釜焊縫中缺陷的具體位置以及缺陷的大小和嚴重程度，現在只需對幾處評價等級高的缺陷進行精準檢測即可。在對上述安全等級為Ⅳ級的缺陷進行具體的檢測操作時，要先在蒸壓釜缺陷位置，正對著X射線機鋪設1張大小能夠覆蓋缺陷的底片，底片的厚度控制在3mm左右。在完成整個檢測流程之后，會在底片上留下缺陷的清晰影像，根據底片呈現的缺陷形狀結合檢測者的檢測工作經驗，可以較為準確地判斷缺陷的性質。此次檢測，在底片上留下的缺陷影像如圖1所示，由圖可知，此處的缺陷是一條40mm長的埋藏裂紋。

圖1 缺陷具體影像圖

2 具體的解決方法和補救措施

（1）焊縫金相分析。先對缺陷所處的焊縫的材料進行金相分析。因為焊縫處所用的焊接材料由于焊接工藝或則周圍環境的影響，會與蒸壓釜筒壁母材的材質有一些差距。由于蒸壓釜設備結構龐大，因此在進行焊縫金相分析時，只能在焊縫表面通過金相分析儀的作用來進行檢測判斷。先對焊縫表面進行打磨拋光處理，排除鐵銹等雜質對檢測結果的干擾。其次，在打磨好的焊縫表面用酒精清洗，并用低濃度的硝酸進行腐蝕。最后，用高倍顯微鏡觀察焊縫處的金相情況。本次金相分析情況正常，因此可以判斷，蒸壓釜焊縫處的埋藏裂紋跟焊縫處材質并不相關。

（2）對裂紋進行具體的分析。裂紋的出現是由于應力的高度集中或者材料本身含有雜質等缺陷，使得金屬焊縫內部原子排列受到破壞，形成脫離原來金屬母材的新界面，并且沿著應力方向延伸和發展，逐漸形成肉眼不可見，埋藏與焊縫內部的裂紋。埋藏裂紋是各類焊接工藝中最為常見的一種缺陷，而且也是生產工藝流程中危險程度最大的缺陷，在出現埋藏裂紋的部位，會在裂紋與母材交接處形成尖形缺口，形成局部地區應力集中，而且在出現裂紋的區域，母材能承受應力的有效面積減少，使得整個蒸壓釜設備安全性能不斷降低。

在此次檢測中，為了更加直觀地觀察和分析埋藏裂紋的具體情況，需要對埋藏裂紋進行進一步的加工處理。首先，由于埋藏裂紋位于焊縫內部，從外部看并不能直觀地觀察，因此需要對焊縫中裂紋所在處進行打磨，直到出現裂紋為止。其次，用五倍放大鏡觀察裂紋，對裂紋開口進行分析處理，可以觀察到裂紋周圍干凈無雜質。最后，用一百倍的高倍數字放大鏡對裂紋做一個最后的分析，可以觀察到裂紋開口呈不規則分布狀態。通過查閱該廠之前對蒸壓釜設備進行安裝的相關記錄，發現筒柱在進行焊接組裝后，對焊縫進行探傷檢測，并沒有發現裂紋缺陷。除此之外，檢測人員對該廠近兩次的定期檢測維護報告進行調查，發現并沒有出現影響設備安全性能的缺陷，因此也可以判定此處的埋藏裂紋并不是在生產制造過程中產生的。根據實際檢測人員的實際檢測檢驗以及結合裂紋的具體形狀分析得知，此次埋藏裂紋產生的主要原因是短時間內出現壓力過大，使得蒸壓釜筒壁內部出現局部的應力集中，雖然前幾次的檢修都沒有檢測出缺陷，但是由于蒸壓釜設備使用時間較長，出現了一定程度的應力疲勞，于是在安全檢測有效期內出現了埋藏裂紋等一些缺陷。

（3）采取修復補救措施。由于蒸壓釜屬于特種設備，因此如果蒸壓釜結構出現缺陷需要上報相關部門，經部門批準之后再采取修復補救措施，待修復工作完成后，由相關部門檢驗合格之后，才能再次投入生產使用。本次檢測出的埋藏裂紋屬于重大維修項目，根據特種設備養護維修相關條例，對該處缺陷進行相對應的修復工作。按照特種設備維修規定對缺陷處焊縫進行重新補焊操作，補焊時的材質必須要與母材一致。待補焊作業完成之后，再對焊縫進行二次檢測，檢測合格之后，整個修復補修過程才算完成。

3 結語

蒸壓釜埋藏裂紋是常見的高危害缺陷，一旦發現處理地不及時，裂紋就會演變成裂縫，最終會在高壓作用下導致整個蒸壓釜設備產生開裂、爆炸等危害。為了防止出現這種情況，需要在生產過程中加強對設備的檢驗、檢測工作，并且定期對設備進行養護維修，發現缺陷時要及時上報相關部門，再制定合理的補修措施。每次檢修都需要建立完整嚴格的檢測記錄，方便后續出現缺陷時，能及時進行查閱。