關(guān)于蒸壓釜埋藏裂紋的分析和處理探討

丁超

（廣東省特種設(shè)備檢測研究院佛山檢測院，廣東 佛山 528000）

1 關(guān)于蒸壓釜出現(xiàn)埋藏裂紋的原因分析

（1）蒸壓釜設(shè)備的設(shè)計(jì)參數(shù)分析。本次檢測的蒸壓釜設(shè)備是某廠在2001年購入并投入生產(chǎn)使用的，經(jīng)過具體的調(diào)查了解到這款蒸壓釜是當(dāng)年由江門機(jī)械廠制造研發(fā)的，該款蒸壓釜的設(shè)計(jì)尺寸是178m3，整個(gè)蒸壓釜內(nèi)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(zhì)為16MnR。該蒸壓釜的設(shè)計(jì)使用溫度是205℃，設(shè)計(jì)壓力是1.6MPa，而在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，該設(shè)備的實(shí)操壓力為1.5MPa。

（2）外部觀察檢測。在對整個(gè)蒸壓釜設(shè)備進(jìn)行具體精細(xì)的技術(shù)檢測之前，維修檢測人員要先對蒸壓釜設(shè)備進(jìn)行一個(gè)外部的宏觀檢測。主要是檢測蒸壓釜設(shè)備的外部尺寸、結(jié)構(gòu)組成以及外觀進(jìn)行一個(gè)大致的觀察和判斷。在本次的宏觀檢查中，發(fā)現(xiàn)幾處肉眼可見的缺陷，在蒸壓釜的內(nèi)表面發(fā)現(xiàn)一些輕微的磨損情況，不均勻地分散在管壁內(nèi)部，根據(jù)具體的磨損情況并結(jié)合現(xiàn)場的施工作業(yè)環(huán)境分析，可以得知管壁內(nèi)部的磨損主要是在進(jìn)行正常運(yùn)送作業(yè)時(shí)，滾輪車的金屬邊緣與蒸壓釜筒體內(nèi)壁的摩擦碰撞，導(dǎo)致在蒸壓釜內(nèi)壁留下一些大小不一、分布不均的磨損。經(jīng)檢測，磨損的最大深度是3毫米，蒸壓釜的設(shè)計(jì)磨損限度是4毫米，在可以進(jìn)行安全生產(chǎn)的限度范圍內(nèi)。

（3）精確技術(shù)探測。由于該設(shè)備投入使用的年數(shù)較長，僅從外觀上并不能直接判斷該設(shè)備是否符合安全生產(chǎn)的條件，因此需要采取更為科學(xué)精密的方式對整個(gè)蒸壓釜進(jìn)行具體的檢測。此次采用的儀器是由德國生產(chǎn)的USM35X超聲波探傷儀，USM35X超聲波探傷儀可以準(zhǔn)確測出蒸壓釜內(nèi)部是否有缺陷，能保證蒸壓釜設(shè)備在生命周期內(nèi)進(jìn)行安全的生產(chǎn)。由于蒸壓釜出現(xiàn)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(gè)管筒的焊縫接頭處。為了保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，在檢測之前要去除焊縫表面的油漬、鐵銹等雜質(zhì)，而且要保證探頭接觸表面保持光滑平整，必要時(shí)需要進(jìn)行打磨。

檢測人員根據(jù)具體的安全級別評定表（表1）對蒸壓釜焊縫進(jìn)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(qū)域包括焊縫兩邊5mm范圍內(nèi)的筒壁，探測人員也可以根據(jù)焊縫的具體情況增加焊縫兩側(cè)的探測面積。經(jīng)過探測人員仔細(xì)的探測檢查發(fā)現(xiàn)一處嚴(yán)重的缺陷，位于蒸壓釜環(huán)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(dāng)量超標(biāo)。根據(jù)相關(guān)部門的安全管理?xiàng)l例的規(guī)定，對此處缺陷進(jìn)行安全定級，結(jié)果為Ⅳ級，嚴(yán)重危害整個(gè)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(zhì)的缺陷，因此還需要通過X射機(jī)的檢測來確定超過安全范圍內(nèi)缺陷的性質(zhì)和屬性。X射機(jī)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(gè)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(chǎn)生自由電子的情況，這時(shí)鎢絲產(chǎn)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(chǎn)生X射線。由于X射線有很強(qiáng)的穿透力，能夠結(jié)合影像技術(shù)等手段將探測結(jié)果直接反饋給檢測者，實(shí)現(xiàn)對蒸壓釜筒壁焊縫缺陷性質(zhì)的精準(zhǔn)判斷。

此次對這處缺陷的檢測使用的X射線機(jī)是進(jìn)口的型號為200EGS2的X射線機(jī)，由于之前的檢測中已經(jīng)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(yán)重程度，現(xiàn)在只需對幾處評價(jià)等級高的缺陷進(jìn)行精準(zhǔn)檢測即可。在對上述安全等級為Ⅳ級的缺陷進(jìn)行具體的檢測操作時(shí)，要先在蒸壓釜缺陷位置，正對著X射線機(jī)鋪設(shè)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(gè)檢測流程之后，會在底片上留下缺陷的清晰影像，根據(jù)底片呈現(xiàn)的缺陷形狀結(jié)合檢測者的檢測工作經(jīng)驗(yàn)，可以較為準(zhǔn)確地判斷缺陷的性質(zhì)。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(bǔ)救措施

（1）焊縫金相分析。先對缺陷所處的焊縫的材料進(jìn)行金相分析。因?yàn)楹缚p處所用的焊接材料由于焊接工藝或則周圍環(huán)境的影響，會與蒸壓釜筒壁母材的材質(zhì)有一些差距。由于蒸壓釜設(shè)備結(jié)構(gòu)龐大，因此在進(jìn)行焊縫金相分析時(shí)，只能在焊縫表面通過金相分析儀的作用來進(jìn)行檢測判斷。先對焊縫表面進(jìn)行打磨拋光處理，排除鐵銹等雜質(zhì)對檢測結(jié)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(jìn)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(zhì)并不相關(guān)。

（2）對裂紋進(jìn)行具體的分析。裂紋的出現(xiàn)是由于應(yīng)力的高度集中或者材料本身含有雜質(zhì)等缺陷，使得金屬焊縫內(nèi)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(yīng)力方向延伸和發(fā)展，逐漸形成肉眼不可見，埋藏與焊縫內(nèi)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(chǎn)工藝流程中危險(xiǎn)程度最大的缺陷，在出現(xiàn)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(qū)應(yīng)力集中，而且在出現(xiàn)裂紋的區(qū)域，母材能承受應(yīng)力的有效面積減少，使得整個(gè)蒸壓釜設(shè)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(jìn)行進(jìn)一步的加工處理。首先，由于埋藏裂紋位于焊縫內(nèi)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(jìn)行打磨，直到出現(xiàn)裂紋為止。其次，用五倍放大鏡觀察裂紋，對裂紋開口進(jìn)行分析處理，可以觀察到裂紋周圍干凈無雜質(zhì)。最后，用一百倍的高倍數(shù)字放大鏡對裂紋做一個(gè)最后的分析，可以觀察到裂紋開口呈不規(guī)則分布狀態(tài)。通過查閱該廠之前對蒸壓釜設(shè)備進(jìn)行安裝的相關(guān)記錄，發(fā)現(xiàn)筒柱在進(jìn)行焊接組裝后，對焊縫進(jìn)行探傷檢測，并沒有發(fā)現(xiàn)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(hù)報(bào)告進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)并沒有出現(xiàn)影響設(shè)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(chǎn)制造過程中產(chǎn)生的。根據(jù)實(shí)際檢測人員的實(shí)際檢測檢驗(yàn)以及結(jié)合裂紋的具體形狀分析得知，此次埋藏裂紋產(chǎn)生的主要原因是短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)壓力過大，使得蒸壓釜筒壁內(nèi)部出現(xiàn)局部的應(yīng)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(shè)備使用時(shí)間較長，出現(xiàn)了一定程度的應(yīng)力疲勞，于是在安全檢測有效期內(nèi)出現(xiàn)了埋藏裂紋等一些缺陷。

（3）采取修復(fù)補(bǔ)救措施。由于蒸壓釜屬于特種設(shè)備，因此如果蒸壓釜結(jié)構(gòu)出現(xiàn)缺陷需要上報(bào)相關(guān)部門，經(jīng)部門批準(zhǔn)之后再采取修復(fù)補(bǔ)救措施，待修復(fù)工作完成后，由相關(guān)部門檢驗(yàn)合格之后，才能再次投入生產(chǎn)使用。本次檢測出的埋藏裂紋屬于重大維修項(xiàng)目，根據(jù)特種設(shè)備養(yǎng)護(hù)維修相關(guān)條例，對該處缺陷進(jìn)行相對應(yīng)的修復(fù)工作。按照特種設(shè)備維修規(guī)定對缺陷處焊縫進(jìn)行重新補(bǔ)焊操作，補(bǔ)焊時(shí)的材質(zhì)必須要與母材一致。待補(bǔ)焊作業(yè)完成之后，再對焊縫進(jìn)行二次檢測，檢測合格之后，整個(gè)修復(fù)補(bǔ)修過程才算完成。

3 結(jié)語

蒸壓釜埋藏裂紋是常見的高危害缺陷，一旦發(fā)現(xiàn)處理地不及時(shí)，裂紋就會演變成裂縫，最終會在高壓作用下導(dǎo)致整個(gè)蒸壓釜設(shè)備產(chǎn)生開裂、爆炸等危害。為了防止出現(xiàn)這種情況，需要在生產(chǎn)過程中加強(qiáng)對設(shè)備的檢驗(yàn)、檢測工作，并且定期對設(shè)備進(jìn)行養(yǎng)護(hù)維修，發(fā)現(xiàn)缺陷時(shí)要及時(shí)上報(bào)相關(guān)部門，再制定合理的補(bǔ)修措施。每次檢修都需要建立完整嚴(yán)格的檢測記錄，方便后續(xù)出現(xiàn)缺陷時(shí)，能及時(shí)進(jìn)行查閱。