臥式液化石油氣容器儲罐裂紋分析及防止

邵洪波

中國石油天然氣管道第二工程有限公司培訓中心

臥式液化石油氣容器儲罐裂紋分析及防止

邵洪波

中國石油天然氣管道第二工程有限公司培訓中心

一般壓力容器類出現裂紋多數源于焊縫及其熱影響區本文已多年施工一線的焊接、管理經驗分析裂紋產生的原因，通過材料復檢、合理焊接工藝、焊后熱處理等工藝有效防止裂紋產生。

臥式容器儲罐；裂紋分析；防止

前言

隨著工程焊接技術的迅速發展，現代壓力容器也已發展成典型的全焊結構。壓力容器的焊接成為壓力容器制造過程中最重要最關鍵的一個環節，焊接質量直接影響壓力容器的質量。壓力容器由于受材質選擇、制造安裝、現場焊接等環節的不規范行為造成不少容器殼體焊縫及熱影響區產生裂紋，給壓力容器的安全運行埋下隱患。本文就80m3臥式液化石油氣罐裂紋產生原因及防止措施作簡單分析，供同類工程參考。

一、80m3臥式液化石油氣罐基本參數

容積--80m3；結構型式--臥式；材質--Q345 R；直徑--φ2800mm；壁厚--18mm；介質--液化石油氣；設計壓力--1.77Mpa；焊接材料--焊條E5015， 埋弧焊絲H10Mn2焊絲+HJ431焊劑。

二、裂紋產生的原因分析

2.1 材質因素

氫含量的增加，使材料脆性升高，硬度增加導致韌性下降，擴散氫量對冷裂紋的產生和擴展起了決定性的作用，含氫量較高，而預熱溫度不足的情況下，肯定產生裂紋。合金元素對熱裂紋中的結晶裂紋產生有很大影響，硫、磷的微量存在也都會增高結晶裂紋的傾向。

2.2 組裝因素

壓力容器在組裝過程中，如果各種尺寸達不到規范要求而進行強力組裝，就會產生約束應力，焊后應力無法釋放，是產生裂紋的重要因素。在結構復雜和丁字縫等部位常會出現這種情況。

2.3 焊接因素

焊接形成的小缺陷，如表面氣孔、弧坑裂紋等容易產生微裂紋，在壓力容器加壓使用時裂紋容易擴張。焊接順序不合理，易使球體內的應力不能盡最大的釋放，而后的殘余應力就很大，從而比較容易形成冷裂紋、熱裂紋。焊接采用的焊接方法、焊接線能量的大小、焊接的預熱、后熱對裂紋的產生也起到很大作用。

2.4 機械損傷因素

組裝臨時工夾具部位，其硬度高于其他部位，殘余應力也較高，容易產生裂紋。容器板料在運輸、壓制、組裝過程中的碰傷等部位也是容易產生裂紋的地方。

三、施工對策

3.1.材料復驗

3.1.1 材料表面不允許有裂紋氣泡、夾雜等缺陷；

3.1.2 對容器板進行逐張按GB713-2008驗收。

3.1.3 對進廠的Q345R進行復驗，其復驗數值包括C、P、S的含量必須在質保書規定范圍內。

3.1.4 對焊接選用的J507焊條，H10M2焊絲進行復驗，一方面要保證其強度必須與Q345R匹配，另一方面特別強調要采用低氫焊材， 復合復驗結果。通過復驗，主要板材、焊材的化學成份、機械性能、含氫量等參數均達到規范標準。

3.2 組裝

組裝時嚴禁進行強力組裝，組裝方法是先利用工裝夾具組對好，然后進行整體的間隙、錯邊量和棱角度的測量和調整，直至完全符合規范要求，最后進行整體定位。定位要在小坡口側，采用與本體焊接相同的工藝。

3.3 焊接

首先根據Q345 R這種鋼材形成裂紋的機理，制定合適焊接工藝參數，控制線能量輸入。線能量過大會產生輸入的熱量多，晶界低熔相的熔化越嚴重，晶界處于液態的時間越長，液化裂紋的傾向就增大，熱影響區過熱，使晶粒粗大，會降低焊縫的抗裂性能。線能量過小會產生一方面增加焊縫金屬應變率，增加結晶裂紋的傾向；降低冷卻時間，會使熱影響區淬硬，也不利于氫的逸出，增加裂紋傾向。因此制定了線能量的上下限焊接工藝參數。在制定焊接順序時，盡量使用大多數焊縫能在較小剛度的條件下焊接，使焊縫受力較小。

80m3臥式液化石油氣罐的焊接順序如下：先內側后外側，先縱向后環縫方向。現場焊接時，嚴格焊接工藝規范。焊前要對坡口進行清理。對每個焊工的線能量進行不停的測量，控制好線能量。焊接收弧時要填滿弧坑，避免弧坑裂紋的產生。在焊縫邊上MT檢驗確定為咬邊或裂紋等缺陷需修補時，為避免應力集中，修補長度不得小于50mm，補后焊縫表面應進行打磨，修補處要進行記錄，以后要確認表面沒有缺陷存在。

對焊縫內部缺陷進行修補時應符合下列要求：①應根據產生缺陷的原因，選用適用的焊接方法，并制訂修補工藝。②修補前宜采用超聲檢測確定缺陷的位置和深度，確定修補側。③當內部缺陷的清除采用碳弧氣刨時，應采用砂輪清除滲碳層，打磨成圓滑過渡，并經滲透檢測或磁粉檢測合格后方可進行焊接修補。氣刨深度不應超過板厚的2/3，當缺陷仍未清除時，應焊接修補后，從另一側氣刨。④修補長度不得小于50mm。⑤焊縫修補時，如需預熱，預熱溫度應取要求值的上限，有后熱處理要求時，焊后應立即進行后熱處理；線能量應控制在規定范圍內，焊短焊縫時，線能量不應取下限值。⑥同一部位修補不宜超過兩次，對經過兩次修補仍不合格的焊縫，應采取可靠的技術措施，并經單位技術總負責人批準后方可修補。⑦焊接修補的部位、次數和檢測結果應做記錄。⑧各種缺陷清除和焊接修補后均應進行MT或PT檢測。⑨焊縫內部缺陷修補后，應進行RT檢測或UT檢測。

3.4 預熱、后熱

焊前預熱、層間加熱、及容器的整體熱處理。焊前預熱可以有效防止冷裂紋，消除應力，整體熱處理主要消除應力，從而降低冷裂、脆斷的傾向，整體熱處理的溫度應控制在600℃-640℃，恒溫1小時。

四、結論

由于對壓力容器裂紋產生的機理和原因做了充分的分析，制定了一套科學的壓力容器制造和現場安裝的施工方案，并且在每一步施工環節中都采取了相應的針對措施，嚴格質量控制和測量驗收，在后期容器焊縫中一次合格率提高了，而且無一張裂紋，在熱處理后的MT檢測中也無一處表面裂紋。這同時也證實了Q345 R材料用在容器上的使用已經相當成熟。

邵洪波，男，本科學歷，電焊高級技師，國際焊接工程師，中石油集團公司專家，長期從事焊接，培訓管理工作。