防止压力容器腐蚀开裂的制造工艺应用实践技术

防止压力容器腐蚀开裂的制造工艺应用实践技术

程刘嘉

山西省长治市特种设备监督检验所046000

摘要：为了保证特种设备中压力容器的安全运行，需要对这种容器的制造过程进行深入的研究。为保证安全生产，根据《特种设备法》的相关要求压力容器的使用过程中要进行定期检验，将可能发生危险的因素进行及时的处理。在定期检验过程中发现压力容器在使用过程中经常可能出现裂纹，这种裂纹如果不进行及时有效的处理，裂纹会继续扩展长大，导致压力容器脆性断裂，对生产埋下安全隐患。因此这就需要对产生裂纹的原因进行详细的分析，尽量控制裂纹源的出现。

关键词：压力容器；应力；腐蚀开裂

一、裂纹类型及原因分析

为了对压力容器产生裂纹进行有效的预防，需要对压力容器裂纹的产生原因进行全面的分析，只有这样才能找出发生裂纹的原因，并根据原因提出有效的预防措施。裂纹出现的主要原因就是在容器的制造过程中产生了微裂纹，主要受压元件中存在应力集中，材料的使用有误，焊接过程不符合要求等产生材料组织弱化。压力容器的使用环境一般比较苛刻，要想分析裂纹发生的原因就需要对容器的应用进行全面的研究，并根据研究结果对压力容器发生裂纹的原因有一个清楚的获知。压力容器通常在使用过程中承受较大的压力载荷和温度载荷，并且由于容器的功能不同可能存在腐蚀，应力腐蚀，疲劳腐蚀等，最终呈现在宏观的表现为裂纹。在研究过程中发现发生拉应力时容器内壁的拉应力明显大于容器外表面，而且容器的厚度越厚发生拉应力的情况就越明显。这种拉应力就会导致容器的外部出现裂纹。

压力容器一种长期使用的容器。考虑经济性原因，在发生损坏的情况很多单位会考虑进行维修。而进行维修就会提高发生裂纹的可能性。相关的实例清楚的表明，在压力容器进行维修之后进行焊接的部位由于残余应力过于集中，就提高了焊接部位发生裂纹的可能性。在研究过程中还发现压力容器在进行焊接的过程中，有两种焊接方式，分别是环焊接和纵焊接，但是这两种焊接方式产生的裂纹程度还有很大的不同，在研究过程中清楚的发现目前存在的环焊接发生裂纹的可能性远远超过纵焊接发生裂纹的可能性。

经统计发现现在使用的压力容器在制造的过程中产生错边的现象会大大的提高了容器发生裂纹的可能性。这主要是因为错边的存在导致错边部位的弯曲应力增大，使得整个容器的几何应力出现了集中的现象，提高了容器发生裂纹的可能性。

二、压力容器安装过程中焊接的质量控制

（一）焊前控制

在进行现场材料的检验的时候，需要生产单位特种设备质量保证体系中材料质量保证工程师进行控制对材料进行控制。材料质保工程师需要先确认到货凭证（包括质量保证书，产品合格证，试验报告和监督检验报告等），随后根据到货凭证核对材料的名称，规格，型号，质量以及数量等等是否与实物相符，并对材料的外管，材质等内容进行检查方可入库验收。如果购买的材料与需求不相符则需要进行相关的报告，并将材料进行退货。如果由于一些因素不能够放入库中，比如说是材料的体积过大，就需要将其安置在露天的地方，但是要做好相关的防护工作，并且做好材料标记，材料需要分割时需做好材料标记的移植。高合金钢，不锈钢的材料还需要和其他碳钢材料分隔一定的间距，防止污染，地面应铺设防划伤垫。不管是库中的物品还是露天保管的物品都需要进行妥善保管，以防止材料的丢失。在进行材料的发放的时候，一定要按照有关的标准以及施工需求来进行，防止出现材料的错发，尽量采用先入先出的原则对材料进行使用。对于现场使用的焊接材料来讲，压力容器用焊接材料应符合NB/T47018的规定。焊接材料应有产品合格证，并符合相应的标准要求。生产单位根据质量保证体系的规定按照相关标准进行验收和复验，合格后方可使用。焊材使用前，焊丝需去除油，锈；保护气体应保持干燥，除真空包装外，焊条、焊剂、应按照产品说明书规定的规范进行再烘干，经烘干后可放入保温箱内（100℃~150℃）待用。对烘干温度超过350℃的焊条，累计烘干次数不宜超过3次。焊材的选用应暴增焊缝金属的力学性能应高于或者等于母材规定的限值。

（二）焊接控制

压力容器的焊接作业之前一定要保证主要受压元件焊缝，与受压元件相焊的焊缝和上述焊缝的定位焊缝，受压元件目前才表面的堆焊和补焊的焊缝的焊接工艺符合NB/T47014符合生产单位的焊接工艺评定（WPS）。在焊接作业之前，应当根据WPS编制本次焊接工作的焊接作业指导书。不同的容器需制定不同的焊接工艺指导书，焊接工艺指导书的制定需要根据具体工程的设计图纸，有关的焊接标准，焊接工艺来进行制定。在进行施工之前，需要将焊接的需求，焊接的技术难点，焊接材料的使用规定，保管准则，整体的工艺要求等等告诉有关的焊接技术人员。参加焊接工作的焊工需要在取得相应项目的《特种设备作业人员证》后，方能在有效期间内承担合格项目范围内的焊接工作，无证焊工不得参与特种设备的焊接工作。焊工应当按照WPS的相关要求实施焊接并做好焊接记录。焊接过程中的焊接环境，焊接坡口，焊工人员，焊前预热和焊接过程的控制等均需由生产单位的焊接质量工程师进行确认，并在相关的表格记录中签字。

（三）焊缝返修

当焊缝需要进行返修时，应当分析产生原因，提出改进措施，按评定合格的焊接工艺编制焊接返修工艺文件。在返修前需要讲缺陷清除干净，必要时可采用无损检测进行确认。待返修部位应当制备坡口，坡口的形状和尺寸应放置产生焊接缺陷且便于焊工操作。如需要预热，预热温度应较园焊缝适当提高，返修焊缝的性能和质量要求应与原焊缝相同。

根据GB150的相关要求，焊缝同一部位的返修次数不宜超过2次，如超过2次，返修前应经制造单位技术负责人批准，返修次数，部位和返修情况应计入容器的质量证明文件。部分容器在返修后，需要对返修部位重新进行热处理。

（四）热处理

压力容器制造过程中的热处理包括：1.应用于部分场合的压力容器主要受压元件，应当进行恢复性热处理；2.压力容器及其受压元件按照材料，焊接接头的厚度和设计的要求应当确认是否需要进行的焊后热处理；3.改善材料力学性能的热处理。热处理的相关程序和步骤应当由该单位的热处理质量工程师进行确认方可。

三、焊接检查

（一）焊接接头外观检查

焊缝外表面的质量检测主要是检测其焊接表面是否光滑，焊接接头不得有裂纹、未焊透、未熔合、表面气孔、弧坑、未填满、和肉眼可见的夹渣等缺陷。焊缝与木材应圆滑过渡，角焊缝的外形应当凹形圆滑过渡，咬边级其他表面质量，应当符合设计文件和产品的标准规定，常用的检测工具有焊缝检验尺，游标卡尺等。

（二）焊缝内部质量的检测

压力容器的焊接接头经外管检验合格后应当进行无损检测，拼接封头应当在成形后进行无损检测，有延迟裂纹倾向的材料一般在焊后24hour进行无损检测。无损检测的方法主要有：射线检测（RT），超声检测（UT），表面检测（MT和PT）衍射时差法无损检测(TOFD)等。

根据压力容器等级和盛装介质的不同要求，无损检测可分为全部舌尖或超声检测，局部射线或超声检测，表面检测和组合检测等。无损检测的技术要求应符合NB/T47013的相关规定。无损检测的档案应完整，保存时间不得少于压力容器的设计使用年限。

（三）耐压试验和泄漏性试验

制造完工的压力容器应当根据要求进行耐压和泄漏性试验。耐压试验包括液压试验，气压试验以及气液组合压力试验，应当根据实际选择合适的耐压试验方法。泄漏性在耐压试验合格后方可进行泄漏性试验，泄漏性试验包含气密性试验，氨检漏试验，卤素检漏试验和氦检漏试验等。耐压试验和泄漏性试验的实施步骤和相关要求应当满足GB150和TS21-2016《固定式压力容器安全技术检查规程》的要求。

四、结语

综上所述，压力容器中裂纹的产生原因很大程度上取决于容器的制造过程，对焊接压力容器制造过程中的选材，采购，焊接，热处理无损检测等工艺加以完善可以有效的提高压力容器的制造质量。在压力容器的制造过程中应避免因选材用材不合理，受压元件材料组织弱化，压力容器结构不合理等可能产生的微裂纹。尤其是在带有腐蚀性介质的压力容器的使用过程中因为拉应力和腐蚀性环境的存在导致微裂纹极易发生扩展，从而产生裂纹降低压力容器的使用寿命。因此这就需要对压力容器产生裂纹的原因进行合理的分析，并根据分析结果提出合理的预防措施，从而减少裂纹在压力容器上的出现。

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