壓力容器錯(cuò)邊及未焊透缺陷檢驗(yàn)

攀 鋼 技 術(shù) 57 壓力容器錯(cuò)邊及未焊透 缺陷 檢驗(yàn) 彭 彬 （ 攀 鋼集團(tuán)研究院 有限公司 ） 摘 要： 對(duì)存在 錯(cuò)邊與未焊透 而導(dǎo)致裂紋 缺陷 的 壓力容器 進(jìn)行 檢驗(yàn) ， 發(fā)現(xiàn)容器焊縫中出現(xiàn)裂紋且部分裂紋較長 ，存在的 裂紋 缺陷嚴(yán)重影響壓力容器的安全運(yùn)行， 不能滿足 壓力容器 下一周期安全使用的要求 ， 應(yīng)對(duì)該容器進(jìn)行報(bào)廢處理。 關(guān)鍵詞： 壓力容器；檢驗(yàn)；缺陷；安全 引言 壓力容器在制造過程中，由于筒體預(yù)彎、組裝與焊接不當(dāng)?shù)仍?。往往?huì)產(chǎn)生錯(cuò)邊與未焊透，錯(cuò)邊或未焊透 導(dǎo)致 焊接接頭部位有效受力面減少，并在不連續(xù)處引起應(yīng)力集中而導(dǎo)致出現(xiàn)裂紋等危及容器安全運(yùn)行的嚴(yán)重缺 陷。因此， 1998鋼制壓力容器標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)新制造的以及在用壓力容器的角變形、錯(cuò)邊均有一定限制。而我國早期投用的一部分壓力容器的錯(cuò)邊及未焊透嚴(yán)重超過此標(biāo)準(zhǔn)要求 1。 筆者 針對(duì)檢驗(yàn)中遇到的因錯(cuò)邊及未焊透嚴(yán)重超標(biāo)而導(dǎo)致的壓力容器在使用中出現(xiàn)裂紋的實(shí)例，來對(duì)在用壓力容器安全使用狀況進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。 容器 基本情況 某單位 1 臺(tái) 類低壓換熱器，制造于 20 世紀(jì)70 年代，投產(chǎn)日期為 1977 年，該容器內(nèi)徑為 660 為 5180 計(jì)壓力：殼程 程 計(jì)溫度 320 ， 材質(zhì)為 體厚度為 14 頭厚度為 12 等厚接頭部位已進(jìn)行削薄處理。最高工作壓力 全閥的開啟壓力為 作溫度為 300 ， 介質(zhì)為水蒸汽。 對(duì) 該容器 進(jìn)行 全面檢驗(yàn)時(shí)，水壓試驗(yàn)合格。安全狀況等級(jí)評(píng)為 3 級(jí)。容器簡圖 見 圖 1，展開 示意 見 圖 2。 檢驗(yàn) 依據(jù) 7001力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則、壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程、承壓設(shè)備無 圖 容器簡圖 圖 1 容器簡圖 圖 2 容器展開 示意 損檢測等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，制定了詳細(xì)的施 工檢驗(yàn)技術(shù)方案。在審查上次全面檢驗(yàn)報(bào)告時(shí)，查得該容器外表面包有一層保溫層，焊縫最大棱角度為 0.8 頭與筒體連接焊縫一周均有錯(cuò)邊，錯(cuò)邊量最大為5180封頭（橢圓形封頭） 上封頭（帶法蘭凸形封頭） 上環(huán)縫（錯(cuò)邊） 中環(huán)縫（錯(cuò)邊、未焊透） 下環(huán)縫 縱縫 58 2010 年第 33 卷第 1 期 2.5 環(huán)縫一周也有錯(cuò)邊，最大錯(cuò)邊量為 3.0 器內(nèi)表面中環(huán)縫根部存在未焊透，深約 1.5 約 1 000 據(jù)原始資料審查的情況，確定本次檢驗(yàn)項(xiàng)目主要為容器內(nèi)外部宏觀檢驗(yàn)、測厚、超聲波及磁粉檢測。 損檢測 對(duì)容器外表面焊縫進(jìn)行適當(dāng)打磨后，在封頭及焊縫附近布置相應(yīng)測點(diǎn)。共計(jì)測厚 38 點(diǎn)，測得封頭最小壁厚為 9.2 體最小壁厚 為 3.5 3.5 磁粉檢測發(fā)現(xiàn)缺陷并進(jìn)行處理后的剩余壁厚）。 對(duì)容器內(nèi)、外表面的縱、環(huán)焊縫進(jìn)行 30%磁粉抽查，發(fā)現(xiàn)容器內(nèi)表面中環(huán)縫未焊透部位有一條長40 紋，根據(jù)所制定的檢驗(yàn)方案，擴(kuò)大檢測區(qū)。于是對(duì)該容器 2 條縱向焊縫及 3 條環(huán)向焊縫進(jìn)行了100%磁粉檢測，又在中環(huán)縫其它部位發(fā)現(xiàn) 4 條 總 長213 裂紋。在征得廠方的同意后對(duì)以上 5 處缺陷進(jìn)行打磨處理。打磨深度最大為 5 磨后測得該缺陷處的最小剩余壁厚為 3.5 了全面了解該容器的缺陷情況，對(duì)該容器進(jìn)行了 X 射線檢測，共拍片 39 張， 有效透照長度達(dá) 9 000 2005 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)定，其中 級(jí)片 1張， 級(jí)片 7 張，其余 31 張均為 級(jí)片（ 該容器設(shè)計(jì)要求為 級(jí)以上合格），裂紋總長 939 條裂紋最長達(dá) 260 器缺陷嚴(yán)重，需進(jìn)行返修處理。 度校核 根據(jù) 7001力容器器檢驗(yàn)規(guī)則及 50制壓力容器等標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)該容器進(jìn)行強(qiáng)度校核。通過封頭厚度計(jì)算公式 2： i 1) 式中 P 為安全閥開啟壓力 容器最大內(nèi)徑 660 容器腐蝕裕量 2 t 為材質(zhì) 使用溫度 300 下的許用應(yīng)力，為 77 為焊接接頭系數(shù)，本次檢驗(yàn)為局部無損檢測， 取 計(jì)算出該容器安全使用到下一周期時(shí)，封頭所需最小壁厚為 實(shí)際測得封頭最小厚度為 9.2 于容器安全使用到下一周期時(shí)封頭所需最小壁厚 此，該容器封頭強(qiáng)度能滿足下一周期安全使用的要求。 筒體厚度計(jì)算公式 2： 22 i (2) 容器安全使用到下一周期時(shí)，筒體所需最小壁厚為 實(shí)際測得筒體最小厚度為 3.5 于容器安全使用到下一周期時(shí)筒體所需最小壁厚 此，該容器筒體 厚 度不能滿足下一周期安全使用要求。按照相關(guān)要求，容器需進(jìn)行返修處理。 驗(yàn)結(jié)果 通過對(duì) 該壓力容器 進(jìn)行相關(guān)檢測， 發(fā)現(xiàn)容器焊縫中出現(xiàn)裂紋群，且部分裂紋較長，缺陷嚴(yán)重；筒體實(shí)測最小壁厚 3.5 能滿足 容器 下一周期安全使用的要求，需要進(jìn)行返修處理。 根據(jù) 7001 2004壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī) 則相關(guān)規(guī)定，對(duì)該容器綜合級(jí)別評(píng)定為 5 級(jí)。 由于該容器已經(jīng)使用了27 年，現(xiàn)已無修復(fù) 其 價(jià)值 ，建議廠方對(duì)該容器進(jìn)行報(bào)廢處理。 缺陷原因分析 針對(duì)容器焊縫中發(fā)現(xiàn)較大范圍的裂紋群，項(xiàng)目組作了以下分析： ） 該容器存在的最大錯(cuò)邊量為 3 角度為 0.8 據(jù) 50制壓力容器標(biāo)準(zhǔn)要求，該容器最大允許錯(cuò)邊量為 1/4s(s 為接口處鋼材厚度 )=3 許棱角度為（ s/10+2） =3.2 此錯(cuò)邊量及棱角度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，但在錯(cuò)邊及棱角度部位容易產(chǎn)生應(yīng)力集中。根據(jù)應(yīng)力集中系數(shù)公式 +3(+h)/t1計(jì)算。其中棱角度 =0.8 邊 h=3.0 器壁厚 t=12 算出應(yīng)力集中系數(shù) ） 該容器 表面中環(huán)縫存在的根部未焊透 ， 不僅減少了有效承載面積，也易導(dǎo)致應(yīng)力集中。 ） 由于容器的工作壓力在一定范圍內(nèi)是波動(dòng)的，因此筒體的工作應(yīng)力也是變化的。容器在反復(fù)的應(yīng)力作用下工作，加上錯(cuò)邊、棱角度產(chǎn)生的應(yīng)力集中及未焊透部分有效承載面積減少和應(yīng)力集中，導(dǎo)致容器在焊接部位的疲勞裂紋不斷產(chǎn)生、擴(kuò)展。攀 鋼 技 術(shù) 59 在該容器歷次全面檢驗(yàn)報(bào)告中，也不時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)容器出現(xiàn)的新生裂紋。因其數(shù) 量少、范圍小，經(jīng)打磨處理后并不影響容器在規(guī)定條件下使用。而本次檢驗(yàn)中，無損檢測發(fā)現(xiàn)裂紋總長 939 條裂紋最長達(dá) 260 新生裂紋群，很可能是由于應(yīng)力集中 并 且容器使用年限較長而出現(xiàn)材質(zhì)劣化 產(chǎn)生的結(jié)果 。 結(jié)語 由于歷史原因，早年投用的部分壓力容器制造質(zhì)量不良，不可避免地存在各種焊接缺陷、結(jié)構(gòu)缺陷。在對(duì)在用壓力容器定期檢驗(yàn)過程中，經(jīng)常遇到未焊透及錯(cuò)邊嚴(yán)重超標(biāo)的問題 1。因此，在實(shí)際檢測過程中，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)邊等制造缺陷時(shí)，應(yīng)首先按照50 1998 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)定，如未超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，可不做處理。如存在 缺陷 超標(biāo)且不能進(jìn)行處理時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)對(duì)缺陷部位區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)檢測，檢查有無新生缺陷出現(xiàn)。如發(fā)現(xiàn)新生缺陷，應(yīng)當(dāng)擴(kuò)大檢測區(qū)域，必要時(shí)對(duì)該容器焊縫進(jìn)行 全面 檢測，甚至 可 采用 2種以上的無損檢測方法相互驗(yàn)