3000m3液化石油氣球罐接管角焊縫裂紋成因分析及處理對策

萬軍

（安徽省特種設(shè)備檢測院，安徽合肥230051）

特種設(shè)備檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)對某公司4臺3000m3液化石油氣球罐進(jìn)行首次定期檢驗(yàn)時，磁粉檢測發(fā)現(xiàn)4臺球罐的上、下極中板上所有接管角焊縫內(nèi)外表面存在大量裂紋缺陷。裂紋大部分處于焊縫的鍛管側(cè)熔合線處，數(shù)條裂紋沿焊縫環(huán)向分布，單條裂紋最大長度可達(dá)120mm（圖1）。同時發(fā)現(xiàn)支柱和球殼板連接焊縫上也存在類似裂紋缺陷，事關(guān)球罐安全，需要對裂紋進(jìn)行成因分析，制定處理對策，消除了裂紋缺陷，保證了球罐安全。

圖1 裂紋的磁痕顯示

1 裂紋成因分析

對一處接管焊縫裂紋進(jìn)行打磨清理，同時使用滲透檢測確認(rèn)缺陷清除情況。焊縫金屬清理后，發(fā)現(xiàn)焊縫內(nèi)部的裂紋向接管母材和球殼板母材擴(kuò)展（圖2），擴(kuò)展深度最大達(dá)到20mm。因打磨工作量大和砂輪機(jī)無法深入焊縫打磨，改為使用碳弧氣刨清除焊縫金屬，將外坡口面焊縫金屬清理后，對接管母材處裂紋進(jìn)行打磨消除，最大擴(kuò)展深度達(dá)到25 mm，但局部坡口根部仍存在裂紋。

圖2 向接管母材擴(kuò)展的裂紋顯示

查球罐設(shè)計資料，接管角焊縫、支柱角焊縫、人孔凸緣對接焊縫同屬于球殼板制造出廠焊縫。球殼板、上支柱的材質(zhì)為Q370R，接管、人孔凸緣的材質(zhì)為鍛件20MnMoⅢ，使用焊條電弧焊焊接，焊條型號為CHE557R（J557R）。

查球殼板制造出廠資料，球殼板、上支柱和接管的材料質(zhì)量證明書及復(fù)驗(yàn)報告均符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求。查《材料清單》時發(fā)現(xiàn)以下問題：

⑴《材料清單》中焊條的爐批號及生產(chǎn)廠家與焊條質(zhì)量證明書不一致，可見焊接材料使用缺少可追溯性；

⑵《材料清單》上的焊條生產(chǎn)廠家為A焊材廠，市場認(rèn)同度高，而焊條質(zhì)量證明書上的生產(chǎn)廠家卻為B焊材廠，市場認(rèn)同度不高；焊條質(zhì)量證書和焊條擴(kuò)散氫復(fù)驗(yàn)報告上的生產(chǎn)廠家為B焊材廠。無法確定實(shí)際使用的焊條是哪家焊材廠生產(chǎn)的。

對鍛管和支柱材料進(jìn)行取樣分析，化學(xué)成分和金相組織均符合材料標(biāo)準(zhǔn)要求。

球罐上下極上所有接管角焊縫存在裂紋缺陷，支柱角焊縫也存在裂紋缺陷，而人孔凸緣對接焊縫卻未發(fā)現(xiàn)裂紋缺陷，現(xiàn)場組焊的球殼板之間對接焊縫也僅僅發(fā)現(xiàn)2處表面裂紋，且裂紋比較淺容易打磨清除。查球殼板制造資料，發(fā)現(xiàn)人孔凸緣和人孔法蘭、球殼板之間的對接焊縫采用自動焊焊接工藝，而開裂焊縫均為焊條電弧焊焊接工藝，焊接參數(shù)未見異常。

綜上所述，發(fā)生裂紋的焊縫屬于球殼版壓制單位的出廠焊縫。查球殼板出廠資料，得知裂紋焊縫焊接使用的是同一種焊條,而未使用焊條電弧焊的焊縫未開裂，安裝現(xiàn)場組焊的主體焊縫雖然也使用焊條電弧焊也沒有開裂，并排除球殼板、接管、支柱存在材料方面問題，最后判斷是焊接材料選用不當(dāng)導(dǎo)致球殼板出廠焊縫在使用時大量開裂。

2 處理對策

研究決定采用更換原始焊縫金屬的處理對策。施工工序如下：碳弧氣刨清除球罐外壁大坡口面焊縫金屬→滲透檢測確認(rèn)坡口兩側(cè)無裂紋缺陷（無法清除的坡口根部裂紋可保留）→對大坡口面焊縫進(jìn)行補(bǔ)焊→碳弧氣刨清除球罐內(nèi)壁小坡口面焊縫金屬→滲透檢測確認(rèn)坡口（包括坡口根部）無裂紋缺陷→→對小坡口面焊縫進(jìn)行補(bǔ)焊→焊縫磁粉檢測和超聲檢測→焊后消應(yīng)力熱處理→焊縫磁粉檢測和超聲檢測→耐壓試驗(yàn)→焊縫磁粉檢測。

按照NB/T47015-2011《壓力容器焊接工藝規(guī)程》制定焊接工藝，并注意做到以下內(nèi)容：

⑴選擇評定合格的焊接工藝評定，采用Ф3.2直徑焊條、低電流多層多道焊的焊接工藝；

⑵挑選2名持證項(xiàng)目焊工，具備平焊加仰焊位置接管角接接頭焊接技能；

⑶焊接材料選擇超低氫型焊條，型號為CHE557RH（J557RH），焊條進(jìn)行擴(kuò)散氫復(fù)驗(yàn)，焊條按規(guī)范進(jìn)行烘干和使用；

⑷）焊前進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度≥180℃，道間溫度≤230℃，每個坡口面焊后立即后熱消氫處理，后熱溫度200～260℃，保溫4h；

⑸局部焊后消應(yīng)力熱處理，接管角焊縫使用環(huán)形電加熱帶，恒溫區(qū)溫度為560～580℃，恒溫時間為2小時。

首先，對其中1臺球罐進(jìn)行修理，要求質(zhì)量檢驗(yàn)人員在修理過程中到崗履職，特種設(shè)備檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)監(jiān)檢人員和使用單位負(fù)責(zé)人現(xiàn)場監(jiān)督工藝執(zhí)行情況，整個修理過程嚴(yán)格按照施工方案進(jìn)行，修理結(jié)果符合預(yù)期效果，未見新生裂紋缺陷，初步驗(yàn)證了處理對策的正確性。

然后，按上述處理對策對其余3臺球罐進(jìn)行修理，修理過程中未見新生裂紋缺陷。在球罐投入使用3年后又經(jīng)特種設(shè)備檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)再次定期檢驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)修理焊縫出現(xiàn)新生裂紋缺陷。進(jìn)一步驗(yàn)證了處理對策的正確性。

3 結(jié)語

球罐在定期檢驗(yàn)時發(fā)現(xiàn)有大量裂紋缺陷，通過對裂紋進(jìn)行成因分析，判斷是焊接材料選用不當(dāng)導(dǎo)致球殼板出廠焊縫在使用時大量開裂；

制定處理對策對球罐進(jìn)行修理，修理過程中和再次定期檢驗(yàn)時未發(fā)現(xiàn)修理焊縫處出現(xiàn)新生裂紋，驗(yàn)證了處理對策的正確性；

球殼板制造單位應(yīng)對焊接材料嚴(yán)格控制，保證焊接材料的可追溯性；選擇焊接材料時應(yīng)慎重，應(yīng)優(yōu)先選用具有市場認(rèn)同度高的焊接材料，規(guī)避使用風(fēng)險。