二氧化硫儲罐裂紋原因分析及預(yù)防措施

李成超，李 強，曹永峰

(泰安市特種設(shè)備檢驗研究院,山東 泰安 271000)

0 引 言

液態(tài)二氧化硫儲罐用于液態(tài)二氧化硫的存儲，廣泛用于電廠、煤化工、冶金、機械、制冷、建材等行業(yè)，作為銅鈷礦的濕法冶金工藝的重要組成部分，其安全性起到至關(guān)重要的作用。

焊接后經(jīng)過一段時間才產(chǎn)生的裂紋為延遲裂紋，延遲裂紋是冷裂紋的一種常見缺陷，延遲裂紋不在焊后立即產(chǎn)生，而在焊后延遲幾小時、幾天或更長時間才出現(xiàn)，由于其延遲特性和快速脆斷特性，帶來的危害往往是災(zāi)難性的，因此要在裂紋產(chǎn)生前及時進行熱處理，防止產(chǎn)生延遲裂紋[1]。

1 概 述

剛果金某礦業(yè)公司一臺液體二氧化硫儲罐于2018年現(xiàn)場制造，在2019年10月進行全面檢驗，主要性能參數(shù)見表1。

表1 二氧化硫儲罐主要性能參數(shù)

通過宏觀檢驗和表面檢測技術(shù)發(fā)現(xiàn)容器接管角焊縫存在延遲裂紋，如圖1所示。裂紋1長為100 mm，對該處弧坑裂紋分別進行目視檢測、磁粉檢測分析，發(fā)現(xiàn)該處裂紋與焊道融合線平行，并具有一定的深度。

圖1 二氧化硫儲罐接管角焊縫宏觀檢驗發(fā)現(xiàn)延遲裂紋

2 檢測情況

2.1 目視檢測

目視檢測是指檢驗人員用肉眼對容器的結(jié)構(gòu)和內(nèi)外表面狀態(tài)進行檢測，通常在其他檢驗方法之前進行。錘擊檢查是目視檢測中常用的輔助方法，在未入罐進行內(nèi)部檢驗時，通過錘擊檢查，可通過錘擊發(fā)出的聲音判斷檢測部位是否存在缺陷。

在對儲罐外部進行目視檢測時未發(fā)現(xiàn)異常，通過錘擊檢查發(fā)現(xiàn)東側(cè)液位計與封頭連接處發(fā)出悶濁的聲音；在進行內(nèi)部目視檢測時發(fā)現(xiàn)東側(cè)液位計與封頭連接處內(nèi)側(cè)角焊縫存在一處裂紋，與錘擊檢查部分相符。

2.2 磁粉檢測

磁粉檢測是發(fā)現(xiàn)裂紋的常用方法，主要應(yīng)用于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，可檢測出微米級的裂紋，在四種常規(guī)無損檢測方法中，對表面裂紋檢測靈敏度最高的就是磁粉檢測?，F(xiàn)場檢測時，由于條件所限可見光照度低于500 lx，因此采用熒光磁粉檢測，缺陷磁痕應(yīng)在暗黑區(qū)黑光燈激發(fā)的黑光下進行評定[2]。

對儲罐內(nèi)部進行熒光磁粉檢測發(fā)現(xiàn)東側(cè)液位計與封頭連接處內(nèi)側(cè)角焊縫存在一處裂紋，由于磁粉附著力強，磁痕清晰可見，裂紋與焊道融合線平行，并具有一定的開口，如圖2所示，裂紋1長為100 mm。

圖2 二氧化硫儲罐接管角焊縫裂紋磁粉檢測

3 原因分析

3.1 殘余應(yīng)力的影響

焊接接頭附近焊接殘余應(yīng)力過大，板材自身內(nèi)應(yīng)力隨著厚度增加而變高，過大的內(nèi)應(yīng)力是產(chǎn)生焊縫金屬開裂的重要原因[3]。制造單位在焊接后沒有及時消除應(yīng)力，焊接時的預(yù)熱不均勻、冷卻速度快導(dǎo)致在應(yīng)力較大區(qū)域產(chǎn)生焊縫金屬開裂，或者加速裂紋的生長。

3.2 熱影響區(qū)淬硬傾向大

通過對裂紋區(qū)域硬度檢測，發(fā)現(xiàn)裂紋區(qū)域比周圍硬度偏高30 HB以上，較高的硬度容易在氫及殘余應(yīng)力的作用下產(chǎn)生裂紋。 焊接時線能量太小、冷卻速度過快及預(yù)熱溫度過低均可造成裂紋區(qū)域較大的淬硬傾向。

3.3 有害成分的影響

儲罐焊接過程正值剛果金雨季，施工環(huán)境濕度大，焊接人員對焊前的焊縫表面清潔工作不夠重視，未對表面油污、鐵銹等進行清理；未對母材表面及焊材進行烘干處理，導(dǎo)致焊縫區(qū)域含有氫、碳及有機雜質(zhì)等；來源于焊接材料、焊縫坡口表面油污、鐵銹和潮濕空氣的有害成分，容易引起氫脆開裂。

4 預(yù)防措施

延遲裂紋是冷裂紋的一種，主要從焊后消除應(yīng)力、改善組織狀況避免產(chǎn)生淬硬組織、降低有害成分等方面預(yù)防，因而采取如下措施加以避免。

1.焊接完成后應(yīng)及時進行焊后熱處理，消除殘余應(yīng)力；

2.合理選擇焊前預(yù)熱、焊后緩冷、后熱消氫及焊后熱處理等方式來改善焊縫熱影響區(qū)的組織，避免焊縫中出現(xiàn)淬硬組織，從而防止產(chǎn)生延遲裂紋；

3.選用堿性低氫性焊條或堿性焊劑，并嚴格按照作業(yè)指導(dǎo)書進行烘干和使用，嚴格控制施焊環(huán)境的溫度、濕度；

4.嚴格做好焊前準(zhǔn)備工作，焊前對焊縫區(qū)域的油污、銹渣等進行清理，有效控制有害成分的影響；

5.選擇合理的焊接順序，減少焊接變形和焊接應(yīng)力[4]。

5 結(jié) 論

對儲罐產(chǎn)生的延遲裂紋原因進行分析，對產(chǎn)生的原因采取必要的措施可有效保證焊接質(zhì)量和產(chǎn)品質(zhì)量，全面的檢驗檢測可及時發(fā)現(xiàn)裂紋和其他缺陷，及時消除安全隱患，防止事故的發(fā)生。