劉海杰

(唐山市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗所,河北 唐山 063000)

經(jīng)驗交流

純堿行業(yè)液氨球罐的檢驗和檢修

劉海杰

(唐山市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗所,河北 唐山 063000)

針對唐山某堿廠200 m3液氨球罐焊縫產(chǎn)生裂紋的情況,進行了進一步的檢測和鑒定,分析了裂紋產(chǎn)生的主要原因是制造時消除殘余應(yīng)力熱處理溫度不夠造成的。對缺陷徹底清除,對低于母材的焊縫進行補焊處理,重新做熱處理。修補采用CHE507焊條的手工電弧焊補焊接修復(fù)工藝。焊后采用現(xiàn)場整體熱處理消除焊縫應(yīng)力,并做耐壓試驗,在水壓試驗當中做聲發(fā)射監(jiān)測,確認修復(fù)質(zhì)量。

液氨球罐;裂紋;焊接;修復(fù)

該設(shè)備自2006年10月投產(chǎn)使用,于2007年6月經(jīng)檢驗發(fā)現(xiàn),內(nèi)表面焊縫出現(xiàn)大量的裂紋,裂紋走向平直,經(jīng)磁粉檢測發(fā)現(xiàn)液氨球罐內(nèi)表面焊縫產(chǎn)生裂紋56處,經(jīng)打磨消除,最深達5 mm,經(jīng)強度計算,滿足使用要求,未作進一步的處理,運行1年后開罐再次檢驗,又發(fā)現(xiàn)焊縫產(chǎn)生許多新生裂紋,球罐12條縱縫上均有5、6處裂紋,裂紋條數(shù)達60多處,長度5～20 mm,經(jīng)打磨消除,最深處同樣達5 mm。液氨球罐技術(shù)參數(shù):設(shè)計壓力1.08 MPa,設(shè)計溫度-10～8℃,最高工作壓力0.8 MPa,規(guī)格φ7 100× 20,筒體材料16MnR,外部有保溫。

1 液氨球罐的檢驗、檢測

1.1 金相檢測和化學(xué)成分

對焊縫、熱影響區(qū)、母材進行了現(xiàn)場金相檢測,經(jīng)檢測金相組織基本正常,焊縫上的組織為鐵素體+貝氏體+索氏體,晶粒有點粗大,基本正常,熱影響區(qū)和母材為鐵素體+帶狀珠光體,金相組織正常;

在液氨球罐焊縫上取樣,經(jīng)專業(yè)部門進行化驗,焊縫材料的化學(xué)成分見表1,出廠資料上焊材的化學(xué)成分見表2。從表1中發(fā)現(xiàn)出入比較大的是磷的含量增加很多,國家有關(guān)標準要求焊材和母材的硫磷的含量均小于0.03,比照標準焊縫磷的含量超標,磷的超標加大了焊縫產(chǎn)生裂紋的傾向。

表1 焊縫取樣化學(xué)成分

表2 出廠焊材化學(xué)成分

1.2 焊縫表面擴探檢測

對此罐外表面和所有角焊縫進行了磁粉檢測或滲透檢測,經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)外表面上環(huán)A4-A5,A9-A10丁字口沿處均有2～3條裂紋。經(jīng)打磨消除,深度小于3 mm,角焊縫未發(fā)現(xiàn)裂紋。

1.3 焊縫內(nèi)部檢測

對此罐的焊縫進行了100%的超聲波檢測,采用兩面四側(cè)檢測,發(fā)現(xiàn)2處超標缺陷,上環(huán)距A5-A6縱焊縫450 mm上有1處長20 mm深12 mm自身高度為5 mm的超標缺陷,上環(huán)距A12-A1縱焊縫700 mm處有一長80 mm,深8 mm自身高度為6 mm的超標缺陷(此處深為距內(nèi)表面的距離)。對上述2處超標缺陷進行了射線檢測,發(fā)現(xiàn)缺陷為條狀夾渣,缺陷為斷續(xù)未熔伴有夾渣。

2 修復(fù)方案

根據(jù)裂紋產(chǎn)生原因,特制訂以下修復(fù)方案:對焊縫表面裂紋進行徹底打磨,消除所有裂紋,對低于母材的焊縫進行補焊處理;對焊縫內(nèi)部缺陷未熔合進行炭弧氣刨清除,用砂輪打磨補焊坡口,消除滲碳層,并用滲透檢測合格后補焊補焊后進行表面磁粉檢測和焊縫內(nèi)部超聲波和射線檢測。檢測合格后所有焊縫進行消除應(yīng)力熱處理,熱處理溫度為625 ±25℃,保溫80 min,熱處理后進行焊縫表面磁粉檢測,最后進行耐壓試驗,在耐壓試驗中進行聲發(fā)射檢測,進一步確認焊縫質(zhì)量。

3 補焊工藝及焊后應(yīng)力消除

3.1 補焊工藝

1)焊前準備:補焊前應(yīng)將焊縫周圍50 mm范圍內(nèi)的污垢、漆皮、水銹等都必須清除干凈,用砂輪打磨,直至露出金屬光澤,并徹底清除缺陷并經(jīng)磁粉檢測,確認缺陷已消除干凈,以防焊接過程中產(chǎn)生缺陷,。對于16MnR的焊接,選用國產(chǎn)J506R手工電弧焊條。焊前焊條以350℃恒溫2 h進行烘干,放于保溫筒內(nèi)隨用隨取。

2)焊接工藝參數(shù)的選擇

16MnR屬于高強度低合金鋼,應(yīng)當注意其線能量不宜過大,太大的線能量將會造成焊縫金屬冷卻速度過慢,接頭的過熱區(qū)增寬,使晶粒粗化,影響塑韌性;但也不能過小,太小的線能量將使接頭從800℃降至500℃時的冷卻速度加快,可能形成淬硬組織而產(chǎn)生冷裂現(xiàn)象。根據(jù)經(jīng)驗和工藝評定,低合金鋼的線能量控制在10～35 kJ/cm,能獲得滿意的綜合性能。對此罐的焊接參數(shù)選用見表3。

3)手工電弧焊焊接工藝及要求

手工電弧焊采用直流反接。焊接過程中,層間必須用砂輪修磨,以防夾渣。

表3 焊接工藝參數(shù)

4)焊后檢驗

補焊48 h后,對補焊部位進行表面和超聲波或射線檢測,焊縫無損檢測執(zhí)行JB/T4730—2005標準。本次液氨球罐裂紋修復(fù)共補焊44處。經(jīng)檢查所有焊縫外觀成形和焊縫兩側(cè)均熔合良好;焊縫外的引弧傷疤、飛濺物均用砂輪修磨除掉;焊縫表面、根部進行磁粉或著色檢測無裂紋;挖補部位焊縫進行超聲波探傷,符合JB/T4730.3—2005標準的要求,Ⅰ級合格,并經(jīng)射線檢測,符合JB/T4730.2—2005標準的要求,Ⅱ級合格。

3.2 焊后殘余應(yīng)力的消除

焊后焊縫進行消除應(yīng)力熱處理。采取燃油的方式進行整體熱處理,測溫點布置為16點,具體熱處理溫度控制見圖1:

圖1 熱處理溫度控制圖

4 耐壓試驗

采用水壓試驗,在水壓試驗當中采用聲發(fā)射對此罐進行檢測,確認是否有活性缺陷源的存在,聲發(fā)射監(jiān)測從1.08 MPa到試驗壓力1.35 MPa,均勻升壓,升壓時間15 min,保壓1.55 MPa,時間30 min;從1.08～1.31MPa均為升壓,升壓時間為15 min,保壓1.31 MPa,時間為30 min(依次升壓,保壓)主要監(jiān)測過程是一次升壓,一次保壓,二次升壓,二次保壓。本次試驗監(jiān)測一次升壓、一次保壓中監(jiān)測的信號非常多,通過分析是現(xiàn)場環(huán)境,容器自身等干擾所致,本次監(jiān)測數(shù)據(jù)依二次升壓、二次保壓采集為主,并進行數(shù)據(jù)分析:

1)二次升壓中監(jiān)測到的信號源:

①上環(huán)A6板所在環(huán)縫區(qū)域,信號強度平均值為51.0 db;②上環(huán)A3板所在環(huán)縫區(qū)域,信號強度平均值為49.9 db;③在A7-A8縱縫上有一區(qū)域,信號強度平均值為59.1 db。

2)二次保壓中監(jiān)測到的信號源:

④下環(huán)A5板所在環(huán)縫區(qū)域,信號強度平均值為53.0 db;⑤下方環(huán) G2板與 G4板相交焊縫所在區(qū)域,信號強度平均值為50.6 db;⑥上環(huán)A9板所在環(huán)縫區(qū)域,信號強度平均值為53.9 db;⑦在A8-A9縱縫上有一區(qū)域,信號強度平均值為50.8 db。

從以上數(shù)據(jù)分析得出:二次升壓與二次保壓之間無重疊區(qū)域聲發(fā)射源,對以上信號進行評級①～③為B級,④～⑦為C級。為安全起見,經(jīng)超聲、磁粉復(fù)探,無缺陷,可以繼續(xù)使用。

5 結(jié) 論

1)裂紋產(chǎn)生的主要原因是制造時消除殘余應(yīng)力熱處理溫度不夠,焊接殘余應(yīng)力未能消除,加上疲勞載荷及盛裝的液氨介質(zhì)本身因素,綜合所致應(yīng)力水平過高;

2)焊縫熔敷金屬磷含量遠遠超過國家規(guī)范,磷含量超標,加大了裂紋產(chǎn)生的幾率,也是裂紋產(chǎn)生的原因之一;

3)為了降低裂紋產(chǎn)生的幾率,重新做熱處理消除殘余應(yīng)力,降低焊縫應(yīng)力水平;

4)使用中加強卸車時液氨中水分的監(jiān)測;

5)采用新型檢測技術(shù),聲發(fā)射監(jiān)測可以進一步確認返修后的焊縫質(zhì)量,確保罐體安全運行。

本次檢驗及檢修消除了球罐缺陷,排除了安全隱患,保證了唐山某堿廠的正常生產(chǎn),為該企業(yè)節(jié)約資金200余萬元,得到了企業(yè)的好評,對純堿行業(yè)液氨球罐檢驗及檢修有重要的參考價值。

TQ 053.2

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1005-8370(2010)03-23-03

2010-04-07