造紙蒸煮鍋裂紋的產(chǎn)生、修復(fù)和防治

摘 要：蒸煮鍋是造紙行業(yè)廣泛使用的蒸煮木片的制漿設(shè)備，在使用中內(nèi)環(huán)焊縫出現(xiàn)裂紋，多數(shù)裂紋呈縱向斷續(xù)分布在焊縫上，且每次返修后，使用一段時(shí)間又出現(xiàn)裂紋。本文對該裂紋產(chǎn)生的成因進(jìn)行分析，制定合理的焊接返修工藝，提出防范措施，有效地避免了焊縫裂紋的再次產(chǎn)生。

關(guān)鍵詞：容器；裂紋；修復(fù)；防治

1 引言

我公司現(xiàn)有蒸煮鍋6臺(tái)，其中2臺(tái)蒸煮鍋內(nèi)稱不銹剛，鍋體尺寸￠3250mm×30mm×12000mm，材質(zhì)為20K，工作壓力位0.8Mpa，工作溫度為175℃，生產(chǎn)流酸鹽本色漿，都用木片作造紙制漿的原料，蒸煮的藥液為白液（成份為：NaOH.Na2S.Na2SO4.Na2SO3.Na2CO3）。

煮一鍋須4.5小時(shí)，每臺(tái)蒸煮鍋一天產(chǎn)量為5鍋，反復(fù)升壓降壓。且其介質(zhì)是先酸性在轉(zhuǎn)為堿性。自1988年11月，蒸煮鍋初次定期檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)2臺(tái)材質(zhì)為20#鋼的蒸煮鍋的內(nèi)表面焊縫區(qū)周圍產(chǎn)生大量淺表面裂紋和一條幾乎已貫穿筒的裂紋，而后在定期檢驗(yàn)中陸續(xù)發(fā)現(xiàn)蒸煮鍋的內(nèi)表面焊縫區(qū)周圍有淺表面裂紋，裂紋：長50—600mm，深8—16mm，斷續(xù)分布在整條焊縫上。

經(jīng)對上訴裂紋進(jìn)行焊接修復(fù)，容器安全等級定為四級，監(jiān)督使用一年。在此后的每年容器復(fù)檢中，該焊縫均有裂紋出現(xiàn)，最嚴(yán)重的裂紋長達(dá)800mm，深約16mm，形成年年有裂紋，年年需修復(fù)的現(xiàn)象。本文對該焊縫裂紋的成因進(jìn)行分析，并提出焊接返修工藝和防治措施，取得了較好的效果。

2 裂紋分布及成因

2.1 裂紋分布

裂紋均發(fā)生在頂部氣相區(qū)和中循環(huán)鼻子下部的內(nèi)側(cè)環(huán)焊縫上，并有向焊接熱影響區(qū)擴(kuò)展的趨勢，大部分裂紋呈龜裂形式，斷斷續(xù)續(xù)，且縱向裂紋多于橫向裂紋。焊縫及熱影響區(qū)表明無明顯的均勻腐蝕痕跡。

2.2 裂紋產(chǎn)生原因剖析

蒸煮鍋的內(nèi)表面焊縫區(qū)周圍發(fā)現(xiàn)大量淺表面裂紋，其原因是在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的應(yīng)力腐蝕和應(yīng)力裂紋，基本因素是應(yīng)力作用，.是由于材料在特定的組合條件下產(chǎn)生的，蒸煮鍋筒體所的材料為20g，是可能引起應(yīng)力腐蝕的材料，同時(shí)蒸煮在運(yùn)行時(shí)， 由于蒸汽的作用， 使木料與鍋殼內(nèi)壁產(chǎn)生相對摩擦， 對鍋殼的磨損較大， 年腐蝕量一 般為1～2mm，最嚴(yán)重的達(dá)到2.6mm，同時(shí)白液對鋼材的腐蝕性較大， 腐蝕磨損和焊縫裂紋是蒸鍋使用的致命弱點(diǎn)，下面介紹蒸煮鍋產(chǎn)生應(yīng)力裂紋和腐蝕情況。

（1）蒸煮鍋的應(yīng)力情況。1）筒體內(nèi)壓引起的應(yīng)力。蒸煮鍋是中間圓柱兩頭錐形封頭且上下開孔的容器，在壓力作用下存在周向和環(huán)向應(yīng)力，在這兩種應(yīng)力作用下，筒體易產(chǎn)生脆性變形，從而產(chǎn)生裂紋；2）制造產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。該容器的制造工藝路線是：卷板——組裝——焊接。因筒體的板材較厚（28cm），在卷板過程往往需要強(qiáng)力卷板和強(qiáng)力組裝，同時(shí)板材較厚存在的焊接熱應(yīng)力較大；3）蒸煮鍋在使用過程中受力較復(fù)雜。蒸煮鍋在運(yùn)行中，由于工藝的要求，是一種間歇式操作的壓力容器，每天要煮4—5鍋，在每個(gè)蒸煮周期，又須進(jìn)汽、排汽、升壓、降壓、升溫、降溫、排料等過程。一天約10個(gè)應(yīng)力，而且升、降壓力較陡，尤其是卸料，須利用鍋內(nèi)的壓力，瞬間降壓較大，對筒體的損傷很大，對裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展起到促進(jìn)作用。

（2）蒸煮鍋的腐蝕情況。蒸煮鍋使用的藥液，采用堿和流酸鹽.亞流酸鹽，其腐蝕性強(qiáng)，在受熱分解時(shí)有SO2氣體產(chǎn)生，并與鐵反應(yīng)生成FeSO3、FeS，形成薄膜，但極不穩(wěn)定，蒸煮時(shí)鍋內(nèi)木片和筒體產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)，而對筒體產(chǎn)生摩擦使薄膜受到破壞，此時(shí)，又將產(chǎn)生新的腐蝕。經(jīng)分析化驗(yàn)，白液中有微量H2S存在，HzS構(gòu)成了應(yīng)力腐觸的介質(zhì)因素，在現(xiàn)有蒸煮工藝條件下蒸煮有可能產(chǎn)生班應(yīng)力腐蝕。由于蒸煮鍋筒體表面膜不穩(wěn)定，一但對藥液的pH控制不好時(shí)，波動(dòng)較大時(shí)，更容易促成應(yīng)力腐蝕裂紋產(chǎn)生。目前，盡管應(yīng)力腐蝕的機(jī)理還存在爭議，但HzS在一定條件下產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕是眾所周知的，從上面的分析可以看出，蒸煮受力復(fù)雜，而且溫度、壓力波動(dòng)較大，在交變載荷的作用下藥液腐蝕性較強(qiáng)，形成的膜易被損壞，介質(zhì)中確有H2s存在，為應(yīng)力腐蝕提供了必備條件。由于蒸煮鍋的制造質(zhì)量亦不盡相同，有的未進(jìn)行整體熱處理，這樣一來就有焊接應(yīng)力存在，在介質(zhì)的作用下就會(huì)使蒸煮鍋內(nèi)表面焊縫區(qū)周圍產(chǎn)生大量淺表面裂紋。

3 裂紋的修復(fù)

3.1 裂紋位置的確定

用著色探傷和超聲波探傷，準(zhǔn)確測定裂紋的位置和深度，并做好標(biāo)記。

3.2 焊接返修

（1）用碳弧氣刨仔細(xì)地鏟除裂紋，并開坡口，破口型式見（見下圖）。

（2）用角向磨光機(jī)打磨坡口及其周圍30mm范圍內(nèi)，露出金屬光澤。

（3）用著色探傷檢查坡口內(nèi)是否有殘余的微小裂紋。

（4）焊條采用E4315，規(guī)格為￠3.2mm，使用前經(jīng)300—350℃烘焙1小時(shí)后，放入保溫筒中，隨用隨取。

（5）根據(jù)鍋體結(jié)構(gòu)，焊接采用橫焊位置，焊接電流為90—110A，多層多道焊，每層焊道厚度控制在3mm以下，提高焊縫金屬的塑性和韌性。

（6）每道焊縫妥后，立即用風(fēng)鎬錘擊焊縫，以松弛焊接應(yīng)力。

（7）全部焊縫焊妥后，用履帶式陶瓷遠(yuǎn)紅外加熱器對返修焊縫進(jìn)行局部消應(yīng)力熱處理，待冷卻至室溫后拆除。

（8）24小時(shí)后進(jìn)行著色探傷檢查，確認(rèn)無裂紋后投入使用。

本次修復(fù)的兩臺(tái)容器，經(jīng)一年多的使用后檢驗(yàn)及以后連續(xù)兩年的使用后檢驗(yàn)，焊縫均未發(fā)現(xiàn)裂紋。

4 防止蒸煮鍋產(chǎn)生裂紋措施

（1）蒸煮鍋組裝后應(yīng)進(jìn)行整體熱處理，盡可能減少殘余應(yīng)力的產(chǎn)生。對返修的蒸煮鍋返修部位應(yīng)作局部熱處理。

（2）蒸煮筒體襯不銹鋼能有效地防止磨損腐蝕和應(yīng)力腐蝕裂紋產(chǎn)生。

（3）嚴(yán)格白液中的控制H2S含量和pH值，pH值應(yīng)控制在7～8以上。

（4）加強(qiáng)使用管理要嚴(yán)格控制工藝（蒸煮的時(shí)間。溫度。壓力），嚴(yán)禁超時(shí)/超溫/超壓運(yùn)行。

（5）使用過程中，要盡可能緩慢升溫、升壓、降溫、降壓，減少對殼體的損傷，還要加強(qiáng)對設(shè)備使用中的巡回檢查一旦在蒸煮鍋使用中發(fā)現(xiàn)外殼有漏蒸汽或黑液泄漏的現(xiàn)象，應(yīng)采取緊急停用，避免事故發(fā)。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳伯蠡.焊接冶金原理[M].清華大學(xué)出版社，1991.

[2]陳伯蠡.焊接工程缺欠分析與對策[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1998.

作者簡介：李趙銘（1962—）男，福建人，本科，工程師， 研究方向：熱工承壓類。