某冷庫貯氨器裂紋缺陷原因分析及預防措施

李成超* 張 勇 李 強

（泰安市特種設備檢驗研究院）

0 前言

貯氨器廣泛應用于化工、食品、冷藏等領域，貯氨器主要用來貯存冷凝器里冷凝的制冷劑氨液，調節冷凝器和蒸發器之間制冷劑氨液的供需關系。近年來冷庫貯氨器常出現液氨泄漏事故，其主要原因為裂紋引起貯氨器開裂[1]。

某冷庫內一臺貯氨器于2008 年制造，在全面檢驗時通過磁粉檢測技術發現位于筒體銘牌座正西約625 mm 處環焊縫中間位置存在2 處裂紋，如圖1 所示，裂紋1 長為13 mm，裂紋2 長為4 mm。通過超聲波檢測，發現裂紋下方存在深為7 mm（筒體板材厚度為14 mm），長為100 mm 的超標缺陷。經酚酞試紙檢測，焊縫上的2 處裂紋未發現滲漏現象。

圖1 貯氨器焊縫磁粉檢測發現的2處裂紋

1 檢測情況

1.1 目視檢測

目視檢測主要用于觀察材料、零件、部件、設備和焊接接頭等的表面狀態，配合面的對準、變形或泄漏跡象等。該冷庫貯氨器共有2 個筒節，3 條環焊縫和4 個丁字焊縫，如圖2 所示。環焊縫B1，B2，B3，縱焊縫A1，A2通過目視檢測均未發現異常情況[2]。

圖2 貯氨器焊縫分布示意圖

1.2 滲透檢測

滲透檢測是檢測裂紋的主要手段，常用于檢測表面開口缺陷，對壓力容器材料的適用性較廣。滲透檢測靈敏度受缺陷尺寸影響，缺陷越窄、淺、短，越不易被發現，滲透檢測的最高靈敏度可達微米級[3]。

貯氨器縱焊縫B2 通過滲透檢測后未發現相關顯示，在磁粉檢測出裂紋后多次進行滲透檢測，均未發現相關顯示，因此兩處裂紋為閉合型缺陷。

1.3 磁粉檢測

磁粉檢測主要應用在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中，可檢測出微米級的裂紋。在4 種常規無損檢測方法中，磁粉檢測是表面裂紋檢測靈敏度最高的。

貯氨器縱焊縫B2 通過磁粉檢測，在位于筒體銘牌座正西約625 mm 處的環焊縫中間位置發現2 處裂紋，由于磁粉附著力強，磁痕清晰而不濃密，裂紋總體呈縱向分布，裂紋1 呈現密集交錯分叉形態，裂紋2 與焊縫中心線的夾角約為30°，2 條裂紋距離約為20 mm。

1.4 超聲檢測

超聲檢測主要用于探測試件的內部缺陷，是應用廣泛的一種重要的無損檢測技術，既可以檢測試件的表面缺陷，也可以檢測試件的內部缺陷[4]。

貯氨器縱焊縫B2 通過超聲檢測，發現裂紋下方存在深為7 mm（筒體板材厚度為14 mm），長為100 mm的超標缺陷，該處缺陷深度較深。

1.5 酚酞試紙檢測

酚酞試紙檢測適用于以氨為制冷劑的小型制冷裝置壓力容器的全面檢驗，檢測工作狀態下壓力容器的焊縫、接管等各連接處是否存在泄漏，不適用于其他制冷劑或介質。該方法只能定性判斷酚酞試紙能否檢測泄漏的氨，不能進行定量測定[5]。

貯氨器縱焊縫B2 存在的2 處裂紋經酚酞試紙檢測后，未發現滲漏。

2 原因分析

通過磁粉檢測發現裂紋的總體走向為縱向分布，裂紋1 呈現密集交錯分叉形態，且裂紋較深，裂紋2呈現與焊縫中心線的夾角約為30°，2 條裂紋距離約為20 mm，說明裂紋產生過程中主要承受垂直于焊縫的拉應力，在裂紋擴展過程中平行于焊縫的周向拉應力影響了裂紋的走勢，而且裂紋源不止1 處，可以推斷裂紋源應該是1 處尺寸較長的缺陷。通過超聲波檢測發現，裂紋較深，最深處位于焊縫內部中間位置。同時，通過酚酞試紙測試，未發現焊縫裂紋處存在滲漏現象。由此可以判斷2 處裂紋不是在容器內壁產生，因此可以排除氨液造成的應力腐蝕開裂。

清理焊縫后發現，焊縫中間位置存在3 處條形夾渣，總長度約為105 mm，由此可見產生裂紋的主要原因是在容器制造過程中，焊縫中間位置存在長條形夾渣。貯氨器在運行過程中，存在于縱焊縫中間位置的條形夾渣在各種應力，如容器內部壓力、焊接應力、壓力變化產生的疲勞應力等作用下，形成應力集中，當該部位拉應力高于材料抗拉強度時，形成裂紋源，在應力作用下，裂紋不斷擴展，最終使焊縫開裂。

3 預防措施

焊接過程中應嚴格按照法規標準及焊接工藝施焊，避免產生夾渣等缺陷，產品制造完成后通過先進的檢測方法及時清理夾渣，在焊接過程中及壓力容器投用前，應注意以下幾點：

（1）適當調整焊接電流，使熔池達到一定溫度，讓熔渣充分浮出；

（2）采用良好工藝性能的焊條；

（3）仔細清理母材的雜物或前一層的熔渣；

（4）焊接過程中始終保持熔池清晰，熔渣和液態金屬分離良好；

（5）綜合考慮存在殘余應力及安全性和經濟性，盡可能采用低屈服強度的材質；

（6）產品制造完成夠通過應力集中檢測設備對容器所有焊縫進行掃查，重點對應力集中部位進行無損檢測，確保壓力容器投用前消除夾渣的存在。

4 結論

壓力容器進行全面檢驗時應重點檢測裂紋，綜合分析裂紋產生的原因，焊接過程中嚴格控制焊接工藝，避免夾渣，防止壓力容器事故發生。