封頭裂紋的原因探究

謝 婧

陜西化建設備制造公司 陜西楊凌 712100

2014 年7月28日接到延安石化廠投訴：2013年1月份設備制造廠制作的三大升級改造項目中的1.0Mpa蒸汽分水器，規格：Φ700×12×900，材質：Q245R，在運行半年后下封頭處發生泄漏，且漏點較多，建議更換封頭。 該設備拉回后對切割下來的封頭進行了PT檢測檢測， 發現該封頭過渡區有很多縱向穿透性裂紋，如圖1所示。 更換的封頭與筒體焊接完畢后，超聲波檢測發現焊縫熱影響區（靠近筒體側） 有一條裂紋， 深度7～8mm,從里向外延伸，長度約為圓周的1/3左右。

圖1 原封頭的裂紋（紅色的條紋）

1 原因分析

1.1 筒體側熔合線處的裂紋

有問題的封頭用氣割的方式從原焊縫中心切除， 筒體邊沿還保留部分焊肉，該部位重復受熱，過燒，晶粒粗大，導致此處變脆發生裂紋。

原封頭與殼體組對時可能存在強行組裝，應力較為集中。

1.2 原封頭出現的裂紋

裂紋出現的位置在封頭過渡段，也是焊接后的熱影響區，且為徑向裂紋，排除了焊接過程產生的可能性，所以對有裂紋的封頭取樣，進行力學性能、化學成分、硬度檢測以及金相分析，結果如表1所示。

同時對新購買的封頭及原設備的上封頭也做了硬度檢測， 新 購 封 頭HB ：149、180、156、157、160，原設備的上封頭HB：164、168、174、173、170。

以上檢測數據顯示， 該封頭采用的材料符合GB713中Q245R的要求。

圖2 焊后筒體側裂紋

1.3 金相分析

在封頭裂紋處及未發現裂紋處各取試樣一件， 拋磨后在金相顯微鏡下放大200倍和500倍進行觀察， 金相組織均顯示為珠光體+鐵素體，未發現其他脆性較高的組織。

1.4 分析結果

綜合上述檢測結果出現裂紋的原因為：

（1） 原封頭采用冷沖壓成型，成型過程中有冷作硬化現象，有殘余應力存在，從對方提供的消應力報告及曲線圖上顯示，與該設備的封頭同爐熱處理的有20多件，由于熱處理時擺放的位置、 距加熱口距離等原因， 有可能個別封頭熱處理時受熱不均勻、局部溫度未達到消應力所需的溫度，內應力未消除。 該設備的兩個封頭采用的材料是同一個批號、 壓制工藝以及熱處理工藝都相同， 使用一段時間后上封頭未出現裂紋， 下封頭出現裂紋，充分說明熱處理時同爐熱處理的封頭數量過多、擺放位置不合理導致個別封頭殘余應力沒有消除， 使用過程中由于振動等原因導致裂紋出現。 重新購買的封頭經退火處理后， 硬度檢測HB：110、137、130、127，這個數據明顯低于上邊未做退火處理的封頭檢測數據，這點也證明了原封頭存在殘余應力。

表1 封頭取樣分析結果

圖3 金相分析照片

（2） 該封頭在加工過程中鋼板邊緣出現加工硬化現象。 由于被沖壓的各部分變形程度不同，加工硬化的效果也不一樣，各個部位硬度不一樣。 金屬材料在再結晶溫度以下塑性變形時強度和硬度升高，而塑性和韌性降低的現象。 產生的原因是，金屬在塑性變形時，晶粒發生滑移，出現位錯的纏結，使晶粒拉長、破碎和纖維化，金屬內部產生了殘余應力等。

2 吸取的教訓

按照GB25198-2010《 壓力容器封頭》規定：對于整板及先拼后成型的鋼制球形封頭、橢圓封頭、蝶形封頭、平底封頭封頭在冷成型后要進行熱處理，是很有必要的，有些封頭廠以及我們的技術人員對標準學習欠缺， 不清楚冷成型的封頭要求做熱處理， 封頭廠不做消應力處理直接出廠， 檢驗員驗收時只對其外觀、幾何尺寸進行檢驗，核查資料文件齊全，并未到現場查驗實物是否做過消應力處理，為生產埋下了隱患，建議壓力容器制造廠采購封頭時在協議中注明成型方式以及具體要求， 避免類似事件再發生。

1 GB25198-2010《 壓力容器封頭》

2 GB150-2011《 壓力容器》

3 《 金屬材料學》