反應器類設備封頭復合層缺陷分析及修復

常燕明，張金鳳，吳雪飛

（1.中核嘉華設備制造股份公司，甘肅嘉峪關 735100；2.嘉峪關市產品質量計量和特種設備檢驗檢測中心，甘肅嘉峪關 735100；3.中核嘉華設備制造股份公司，甘肅嘉峪關 735100）

1 反應器類設備工況參數

本文選取的反應器設備參數如下：工作溫度為150℃，常年工作壓力為0.9MPa，材質為Q345R＋S30403，設備高度為12 000mm，設備直徑為5 600mm，厚度為22mm，設備溶劑為200m3。通過研究反應器常年工作的狀態，分析反應器設備封頭復合層缺陷類型及其產生的原因。通過對設備工作狀態進行分析，及時預測設備產生故障、缺陷周期，并且早期修復，保證反應器設備可以長周期的運營，延長設備的壽命，為企業節約維修設備、更新設備的費用。本文選取的反應器屬于新更換不久的設備，本次利用停產檢修時間對反應器中的重點設備進行檢查。首先對設備的外表進行觀察，可發現近設備封頭母材一側存在縱向微小裂紋，且裂紋全部垂直于環縫。接下來，工作人員采用專業設備對該部位進行滲透檢測，經檢驗發現靠近封頭一側存在大量裂紋，裂紋全部垂直于封頭和筒體的環焊縫。然后，工作人員逐漸擴大設備缺陷的檢測比例，對筒體的縱縫進行檢驗，沒有發現明顯缺陷。最后，工作人員對設備封頭和筒體復合層進行材質檢測，該材質為S30403。由此可斷定，該部分細紋缺陷屬于設備的部分缺陷，只存在部分位置。

2 反應器類設備缺陷分析

由上文所述，工作人員在設備封頭復合層處發現裂紋，經過對該反應器的上下封頭的兩道環焊縫進行統一滲透檢測，經檢驗可發現在上環縫的封頭近母材一側存在19道裂紋，下環縫封頭一側又存在11處與環縫垂直的縱向微裂紋。設備中的裂紋主要集中在封頭一側，筒體復合層并沒有裂紋產生。常見的不銹鋼復合層裂紋可分為三種，分別是熱裂紋、晶腐蝕裂紋以及應力腐蝕裂紋。每種裂紋的產生原因都不相同，表現在設備上的狀態也不相同。

2.1 熱裂紋

熱裂紋主要是由于在生產過程中長時間處于高溫情況下結晶產生的，后期冷卻，在應用的過程中都會沿著結晶開裂，所以熱裂紋又稱結晶裂紋。該裂紋產生的主要原因就是在焊接環縫時溫度過高，其焊縫以及周圍受熱影響的區域出現結晶裂紋，該裂紋帶有氧化的彩色。設備生產的過程中，在封頭復合層焊接環節最易產生熱裂紋。在日常生產過程中，由于復合材料的不銹鋼壁厚比較薄，所以通常會選擇復層拼接。工人在拼接焊縫的過程后進行滲透檢測，確保焊接后的產品并無缺陷。將復合板進行熱處理，熱處理主要是為保證產品各個力學指標能夠符合相關規定，隨后要進行超聲檢測，確保產品質量合格。如果設備在還沒投入生產時產生裂紋，可能是由于供應方的檢驗人員沒按照檢驗標準檢測，造成不合格產品放行。該設備需要進行不銹鋼復合層焊接環節，如果焊接過程出現失誤就會產生裂紋缺陷。一般焊接的環節是先焊接基層焊縫，再進行過渡層焊接，最后焊復層。工作人員在焊接的過程中如果不降低復層焊縫金屬中合金元素的含量，就會因為溫差應力產生熱裂紋。

2.2 晶間腐蝕

晶粒間界主要是指多晶體中不同取向晶粒間的界面，又被稱為晶界，該界面有利于金屬中各元素的偏析以及金屬化合物析出沉淀。在對金屬化合物進行偏析的過程中，金屬元素可能會析出部分帶有腐蝕性的介質，晶體間界受到腐蝕性介質的影響就會被先行腐蝕。晶體間界一旦受損，周圍的晶體的結合力受到破壞就會出現失衡，這種現象被稱為晶間腐蝕。晶間腐蝕在設備中的表現狀態為呈樹枝狀沿晶體開裂。

2.3 應力腐蝕

應力腐蝕，就是在應力作用下，金屬與腐蝕介質共同反應產生的失效現象。應力腐蝕一般都會經過晶體，所以又被稱為穿晶腐蝕。本文所表述的設備裂紋就屬于應力腐蝕產生的裂紋，其主要原因就是：本次發現的微裂紋主要發現在設備靠近封頭一側且都屬于縱向微裂紋，經過一系列檢驗可知裂紋是在后天形成的，所以該設備的裂紋為應力腐蝕產生的可能性極大。經過對裂紋進行分析可知產生應力裂紋的兩點原因：①壓制封頭的過程中產生應力，然后在進行焊接作業時，不銹鋼材質受熱后出現熱膨脹，所以會在封頭近母材一側產生殘余應力。②設備常年工作于高溫高壓的環境之下，在設備投入生產的過程中不斷經歷加溫、加壓的過程，生產所使用的物料也具有一定的腐蝕性，所以會在封頭近母材一側發生應力腐蝕，產生縱向裂紋。

3 封頭復合層的缺陷修復

經過上述缺陷分析可知，設備中大部分出現的問題都是因為供應商在生產環節出現失誤，造成設備質量不高，所以供應商應該嚴格控制產品質量問題，提高檢驗人員的檢驗能力，讓其做好檢驗工作，保證產品的質量。檢驗人員認真工作可在一定程度上阻止不良產品進入市場，真正從根源處解決問題還是應該提高生產工藝，讓工作人員按照更加科學、嚴謹的生產工藝操作，提高產品的整體質量。維修人員在修復設備時應該按照工藝要求操作，避免因不當操作損壞設備。

3.1 修復工藝

首先維修人員應該對設備進行超聲檢測，檢測設備封頭復合板焊縫及焊縫復層是否存在缺陷。針對裂紋缺陷，維修人員應該采用砂輪磨削或碳弧氣刨等方式清除缺陷，對需要返修的坡口進行重加工，特別注意，在進行碳弧氣刨時，應注意不要讓工件上黏上碎屑。然后將刨槽打磨出金屬光澤，其打磨的厚度應該≥1mm，刨槽長度應向缺陷兩端延伸20mm，長度一般在50mm左右。經過刨槽之后應該保證底部磨成U形，并保證表面平整，便于后期施焊。施工人員應該針對經過打磨的表面作滲透檢測，保證坡口表面無缺陷。維修人員應該保證表面無裂紋在進行堆焊。

3.2 修復標準

在進行設備封頭復合層缺陷修復時，容易出現裂紋等缺陷，所以維修人員應該采用專業的多層多道焊，小電流、快速不擺動等小參數施焊。在施工的過程中應該保證各層不起弧。經過返修后的設備，應該保證設備焊縫表面無裂紋、無焊透等缺陷，并且復層焊面必須與復層表面保持光滑平整，在焊接工作完成后應該對焊縫表面的金屬屑進行清理。經過外觀檢查后應該對焊縫區以及熱影響區進行檢測，確保設備無缺陷。特別注意，對焊接接頭的同一位置的返修不能超過兩次，進行焊接操作的工作人員應該持有相關證書，做過相關類型的耐蝕堆焊項目。如果維修人員具有相關耐蝕堆焊經驗，可提高返修質量。

4 結束語

綜上所述，反應器類設備封頭復合層容易出現裂紋等缺陷，本文所研究的設備就是由于應力腐蝕導致的裂紋，經過維修人員的合理修復，可保證設備再次投產、安全使用。在日常工作中，設備管理人員應該控制好設備工作參數和介質特性，避免腐蝕應力產生。日常檢修應該重點檢查該部位，及時發現，及時維修。