壓力容器檢驗(yàn)過(guò)程中裂紋缺陷的探討

黃成浩

摘要：壓力容器在我國(guó)各個(gè)行業(yè)中的應(yīng)用范圍呈現(xiàn)逐漸擴(kuò)展的趨勢(shì)，其安全狀況直接關(guān)系到人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，所以應(yīng)當(dāng)充分重視壓力容器的檢驗(yàn)工作，在檢驗(yàn)過(guò)程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理存在的缺陷，保障設(shè)備安全運(yùn)行[2]。本文主要針對(duì)壓力容器檢驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的裂紋缺陷問(wèn)題進(jìn)行深入分析，探討解決裂紋缺陷問(wèn)題的具體方法。

關(guān)鍵詞：壓力容器；檢驗(yàn)；裂紋缺陷

裂紋是壓力容器缺陷中最危險(xiǎn)的一種，它是導(dǎo)致容器發(fā)生脆性破壞的重要因素。一般最容易產(chǎn)生裂紋的部位是焊縫與焊接熱影響區(qū)以及局部應(yīng)力過(guò)高的部位。壓力容器中的裂紋，按其生成過(guò)程，大致可分為兩大類，即原材料或容器制造中產(chǎn)生的裂紋和容器使用過(guò)程中產(chǎn)生的裂紋或擴(kuò)展的裂紋[3]。壓力容器制造環(huán)節(jié)由于受生產(chǎn)工藝和人為因素等方面的影響，容易在制造時(shí)產(chǎn)生熱裂紋、冷裂紋、再熱裂紋等。在用壓力容器在長(zhǎng)時(shí)間的使用過(guò)程中，由于承受高溫、高壓和各種復(fù)雜介質(zhì)，可能會(huì)產(chǎn)生疲勞裂紋和應(yīng)力腐蝕裂紋等，怎樣正確解決裂紋缺陷問(wèn)題，對(duì)于壓力容器正常運(yùn)行具有十分重要的意義。

1 壓力容器檢驗(yàn)過(guò)程中裂紋缺陷問(wèn)題分析

壓力容器檢驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)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(shí)候也會(huì)出現(xiàn)在熱影響區(qū)內(nèi)。焊縫中出現(xiàn)的裂紋主要為結(jié)晶裂紋，其特征是大多存在于焊縫中心，與焊縫長(zhǎng)度方向平行；橫向熱裂紋，通常都是沿柱狀晶界產(chǎn)生，同時(shí)連接母材晶粒界，所以幾乎垂直于焊縫長(zhǎng)度方向。熱裂紋產(chǎn)生原因：焊接接頭融合區(qū)的金屬液體晶體與焊縫金屬在焊接過(guò)程中若是出現(xiàn)偏析狀況，那么析出物質(zhì)主要由低熔點(diǎn)共晶體組成，因?yàn)檫@些低熔點(diǎn)共晶體的熔點(diǎn)比較低，因此會(huì)結(jié)晶凝固。一定條件下，凝固金屬收縮拉力會(huì)導(dǎo)致共晶偏析構(gòu)造拉裂，形成熱裂紋。

1.2 冷裂紋

冷裂紋，實(shí)質(zhì)上就是焊接過(guò)程中，溫度冷卻至室溫之后出現(xiàn)的一種裂紋。冷裂紋主要發(fā)生于應(yīng)力集中的位置，如：咬邊、焊根等，在方向上一般與焊縫長(zhǎng)度方向平行，無(wú)分枝，有些時(shí)候還會(huì)出現(xiàn)橫向裂紋，裂紋口不存在夾渣。冷裂紋會(huì)引發(fā)構(gòu)件脆斷，破壞性非常大，是危害性最大的一種裂紋。冷裂紋產(chǎn)生原因：①焊接焊縫存在缺陷，導(dǎo)致焊縫上有應(yīng)力集中現(xiàn)象；②由于焊件的剛性比較大，因此產(chǎn)生的焊接拉應(yīng)力也比較大；③擴(kuò)散氫濃密、聚集；④焊接接頭出現(xiàn)淬硬組織，導(dǎo)致金屬塑性儲(chǔ)備減少。

上述四個(gè)因素中，導(dǎo)致冷裂紋出現(xiàn)的兩個(gè)主要因素為拉應(yīng)力與含氫量，同時(shí)這四個(gè)因素互相影響。每個(gè)因素都有可能是造成冷裂紋產(chǎn)生的原因，但并不是唯一的決定性因素。通常情況下，金屬內(nèi)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(yīng)力的引導(dǎo)下，高應(yīng)力區(qū)會(huì)擴(kuò)散、聚集原子氫。當(dāng)原子氫的聚集達(dá)到一定濃度的時(shí)候，會(huì)對(duì)金屬中原子結(jié)合鍵造成破壞，導(dǎo)致微觀裂紋的發(fā)生；最后，隨著氫的不斷聚集、應(yīng)力的持續(xù)作用以及微觀裂紋的進(jìn)一步擴(kuò)展，一直到宏觀裂紋出現(xiàn)。

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(qiáng)度鋼在焊接完成之后，在一定溫度范圍內(nèi)再次進(jìn)行加熱時(shí)，由于高溫及殘余應(yīng)力的共同作用而出現(xiàn)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(yīng)力有著密切的聯(lián)系；②在沉淀強(qiáng)化鋼中最易出現(xiàn)；③屬于晶界開裂范疇；④發(fā)生溫度在550℃-650℃范圍內(nèi)；⑤焊接熱影響區(qū)中的過(guò)熱粗晶區(qū)是再熱裂紋產(chǎn)生的主要位置，主要產(chǎn)生于再次加熱中，如：焊后熱處理等。對(duì)于再熱裂紋的產(chǎn)生原因有著許多不同的說(shuō)法，主要按照楔形開裂理論對(duì)其產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行敘述，即：一些含有沉淀強(qiáng)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(jīng)過(guò)溫度超過(guò)1300℃焊接熱循環(huán)處理之后，處于固溶狀態(tài)，在焊后快速冷卻的過(guò)程中，無(wú)法及時(shí)充分析出，但是在焊后熱處理的過(guò)程中，會(huì)在晶內(nèi)沉淀析出，應(yīng)力松弛造成的塑形變形會(huì)在晶界中優(yōu)先出現(xiàn)，在拘束應(yīng)力的影響下，再熱裂紋就會(huì)產(chǎn)生。

1.4應(yīng)力腐蝕裂紋

具有應(yīng)力腐蝕傾向的金屬材料在應(yīng)力和腐蝕環(huán)境的共同作用下，產(chǎn)生的裂紋叫做應(yīng)力腐蝕裂紋。應(yīng)力腐蝕裂紋一般由表面向內(nèi)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(tài)，深入金屬內(nèi)部的應(yīng)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(yīng)力腐蝕裂紋引起的斷裂是在沒(méi)有明顯宏觀變形、無(wú)任何征兆的情況下發(fā)生的，破壞具有突發(fā)性。

2 壓力容器檢驗(yàn)過(guò)程中裂紋缺陷問(wèn)題的解決方法

2.1 嚴(yán)格控制壓力容器質(zhì)量

壓力容器屬于特種設(shè)備范疇，在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)充分把控產(chǎn)品質(zhì)量，嚴(yán)格按照工藝流程進(jìn)行。只有對(duì)生產(chǎn)工序進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，才能夠在根本上提高壓力容器質(zhì)量，在此基礎(chǔ)上最大限度防止裂紋缺陷的產(chǎn)生。對(duì)于容易產(chǎn)生的裂紋，從工藝流程上規(guī)避裂紋的產(chǎn)生。加工完成后，無(wú)損檢測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)裂紋及時(shí)處理。

2.2 控制原材料生產(chǎn)質(zhì)量

原材料生產(chǎn)質(zhì)量與壓力容器裂紋缺陷的產(chǎn)生有著十分密切的聯(lián)系。因此，壓力容器在生產(chǎn)之前，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格審視圖紙內(nèi)容，明確具體要求，保證按照生產(chǎn)規(guī)范進(jìn)行生產(chǎn)，確保各個(gè)生產(chǎn)、加工工序得到合理控制。除此之外，還應(yīng)當(dāng)明確生產(chǎn)管理規(guī)定內(nèi)容，保證生產(chǎn)處于質(zhì)量控制與程序文件范圍內(nèi)。

2.3 壓力容器操作控制

壓力容器裂紋缺陷的產(chǎn)生與人為操作有著十分密切的聯(lián)系，不當(dāng)?shù)牟僮鬏p則使壓力容器在運(yùn)行中產(chǎn)生缺陷，重則發(fā)生安全事故，所以應(yīng)當(dāng)充分重視操作人員操作的規(guī)范性[1]。因此，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)操作人員安全意識(shí)和壓力容器基本知識(shí)的培訓(xùn)，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?yàn)閴毫θ萜鞑僮鞑缓侠?、不?guī)范導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋缺陷。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，壓力容器的裂紋缺陷對(duì)壓力容器的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有十分嚴(yán)重的影響，客觀因素與內(nèi)在條件共同導(dǎo)致了裂紋的出現(xiàn)，其中客觀因素主要為壓力容器腐蝕、疲勞狀況，內(nèi)在條件主要為原材料質(zhì)量缺陷。因此，應(yīng)當(dāng)針對(duì)裂紋缺陷產(chǎn)生的具體原因進(jìn)行分析，采取相應(yīng)的改進(jìn)措施，以此減少裂紋缺陷的產(chǎn)生。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳雁，高俊峰，王文燦. 壓力容器及壓力管道安全管理系統(tǒng)的應(yīng)用[J]. 石油化工設(shè)備，2011，05：77-80.

[2]陳學(xué)東，崔軍，章小滸. 我國(guó)壓力容器設(shè)計(jì)、制造和維護(hù)十年回顧與展望[J]. 壓力容器，2012，12：1-23.

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