某冷庫(kù)貯氨器裂紋缺陷原因分析及預(yù)防措施

李成超* 張 勇 李 強(qiáng)

（泰安市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院）

0 前言

貯氨器廣泛應(yīng)用于化工、食品、冷藏等領(lǐng)域，貯氨器主要用來貯存冷凝器里冷凝的制冷劑氨液，調(diào)節(jié)冷凝器和蒸發(fā)器之間制冷劑氨液的供需關(guān)系。近年來冷庫(kù)貯氨器常出現(xiàn)液氨泄漏事故，其主要原因?yàn)榱鸭y引起貯氨器開裂[1]。

某冷庫(kù)內(nèi)一臺(tái)貯氨器于2008 年制造，在全面檢驗(yàn)時(shí)通過磁粉檢測(cè)技術(shù)發(fā)現(xiàn)位于筒體銘牌座正西約625 mm 處環(huán)焊縫中間位置存在2 處裂紋，如圖1 所示，裂紋1 長(zhǎng)為13 mm，裂紋2 長(zhǎng)為4 mm。通過超聲波檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)裂紋下方存在深為7 mm（筒體板材厚度為14 mm），長(zhǎng)為100 mm 的超標(biāo)缺陷。經(jīng)酚酞試紙檢測(cè)，焊縫上的2 處裂紋未發(fā)現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。

圖1 貯氨器焊縫磁粉檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的2處裂紋

1 檢測(cè)情況

1.1 目視檢測(cè)

目視檢測(cè)主要用于觀察材料、零件、部件、設(shè)備和焊接接頭等的表面狀態(tài)，配合面的對(duì)準(zhǔn)、變形或泄漏跡象等。該冷庫(kù)貯氨器共有2 個(gè)筒節(jié)，3 條環(huán)焊縫和4 個(gè)丁字焊縫，如圖2 所示。環(huán)焊縫B1，B2，B3，縱焊縫A1，A2通過目視檢測(cè)均未發(fā)現(xiàn)異常情況[2]。

圖2 貯氨器焊縫分布示意圖

1.2 滲透檢測(cè)

滲透檢測(cè)是檢測(cè)裂紋的主要手段，常用于檢測(cè)表面開口缺陷，對(duì)壓力容器材料的適用性較廣。滲透檢測(cè)靈敏度受缺陷尺寸影響，缺陷越窄、淺、短，越不易被發(fā)現(xiàn)，滲透檢測(cè)的最高靈敏度可達(dá)微米級(jí)[3]。

貯氨器縱焊縫B2 通過滲透檢測(cè)后未發(fā)現(xiàn)相關(guān)顯示，在磁粉檢測(cè)出裂紋后多次進(jìn)行滲透檢測(cè)，均未發(fā)現(xiàn)相關(guān)顯示，因此兩處裂紋為閉合型缺陷。

1.3 磁粉檢測(cè)

磁粉檢測(cè)主要應(yīng)用在鐵磁性材料的表面及近表面尺寸較小、間隙極窄的缺陷檢測(cè)中，可檢測(cè)出微米級(jí)的裂紋。在4 種常規(guī)無損檢測(cè)方法中，磁粉檢測(cè)是表面裂紋檢測(cè)靈敏度最高的。

貯氨器縱焊縫B2 通過磁粉檢測(cè)，在位于筒體銘牌座正西約625 mm 處的環(huán)焊縫中間位置發(fā)現(xiàn)2 處裂紋，由于磁粉附著力強(qiáng)，磁痕清晰而不濃密，裂紋總體呈縱向分布，裂紋1 呈現(xiàn)密集交錯(cuò)分叉形態(tài)，裂紋2 與焊縫中心線的夾角約為30°，2 條裂紋距離約為20 mm。

1.4 超聲檢測(cè)

超聲檢測(cè)主要用于探測(cè)試件的內(nèi)部缺陷，是應(yīng)用廣泛的一種重要的無損檢測(cè)技術(shù)，既可以檢測(cè)試件的表面缺陷，也可以檢測(cè)試件的內(nèi)部缺陷[4]。

貯氨器縱焊縫B2 通過超聲檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)裂紋下方存在深為7 mm（筒體板材厚度為14 mm），長(zhǎng)為100 mm的超標(biāo)缺陷，該處缺陷深度較深。

1.5 酚酞試紙檢測(cè)

酚酞試紙檢測(cè)適用于以氨為制冷劑的小型制冷裝置壓力容器的全面檢驗(yàn)，檢測(cè)工作狀態(tài)下壓力容器的焊縫、接管等各連接處是否存在泄漏，不適用于其他制冷劑或介質(zhì)。該方法只能定性判斷酚酞試紙能否檢測(cè)泄漏的氨，不能進(jìn)行定量測(cè)定[5]。

貯氨器縱焊縫B2 存在的2 處裂紋經(jīng)酚酞試紙檢測(cè)后，未發(fā)現(xiàn)滲漏。

2 原因分析

通過磁粉檢測(cè)發(fā)現(xiàn)裂紋的總體走向?yàn)榭v向分布，裂紋1 呈現(xiàn)密集交錯(cuò)分叉形態(tài)，且裂紋較深，裂紋2呈現(xiàn)與焊縫中心線的夾角約為30°，2 條裂紋距離約為20 mm，說明裂紋產(chǎn)生過程中主要承受垂直于焊縫的拉應(yīng)力，在裂紋擴(kuò)展過程中平行于焊縫的周向拉應(yīng)力影響了裂紋的走勢(shì)，而且裂紋源不止1 處，可以推斷裂紋源應(yīng)該是1 處尺寸較長(zhǎng)的缺陷。通過超聲波檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，裂紋較深，最深處位于焊縫內(nèi)部中間位置。同時(shí)，通過酚酞試紙測(cè)試，未發(fā)現(xiàn)焊縫裂紋處存在滲漏現(xiàn)象。由此可以判斷2 處裂紋不是在容器內(nèi)壁產(chǎn)生，因此可以排除氨液造成的應(yīng)力腐蝕開裂。

清理焊縫后發(fā)現(xiàn)，焊縫中間位置存在3 處條形夾渣，總長(zhǎng)度約為105 mm，由此可見產(chǎn)生裂紋的主要原因是在容器制造過程中，焊縫中間位置存在長(zhǎng)條形夾渣。貯氨器在運(yùn)行過程中，存在于縱焊縫中間位置的條形夾渣在各種應(yīng)力，如容器內(nèi)部壓力、焊接應(yīng)力、壓力變化產(chǎn)生的疲勞應(yīng)力等作用下，形成應(yīng)力集中，當(dāng)該部位拉應(yīng)力高于材料抗拉強(qiáng)度時(shí)，形成裂紋源，在應(yīng)力作用下，裂紋不斷擴(kuò)展，最終使焊縫開裂。

3 預(yù)防措施

焊接過程中應(yīng)嚴(yán)格按照法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)及焊接工藝施焊，避免產(chǎn)生夾渣等缺陷，產(chǎn)品制造完成后通過先進(jìn)的檢測(cè)方法及時(shí)清理夾渣，在焊接過程中及壓力容器投用前，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）適當(dāng)調(diào)整焊接電流，使熔池達(dá)到一定溫度，讓熔渣充分浮出；

（2）采用良好工藝性能的焊條；

（3）仔細(xì)清理母材的雜物或前一層的熔渣；

（4）焊接過程中始終保持熔池清晰，熔渣和液態(tài)金屬分離良好；

（5）綜合考慮存在殘余應(yīng)力及安全性和經(jīng)濟(jì)性，盡可能采用低屈服強(qiáng)度的材質(zhì)；

（6）產(chǎn)品制造完成夠通過應(yīng)力集中檢測(cè)設(shè)備對(duì)容器所有焊縫進(jìn)行掃查，重點(diǎn)對(duì)應(yīng)力集中部位進(jìn)行無損檢測(cè)，確保壓力容器投用前消除夾渣的存在。

4 結(jié)論

壓力容器進(jìn)行全面檢驗(yàn)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)檢測(cè)裂紋，綜合分析裂紋產(chǎn)生的原因，焊接過程中嚴(yán)格控制焊接工藝，避免夾渣，防止壓力容器事故發(fā)生。