电厂压力容器用钢焊缝裂纹极低温下的安全评定

王爱华，王 晶，孙莉莉，穆丹丹，赵海新，宋小东，白 涛

(1.承德石油高等专科学校机械工程系，河北 承德 067000;2.承德石油高等专科学校工业技术中心，河北 承德 067000;3.承德石油高等专科学校热能工程系，河北 承德 067000)

某电厂压力容器用钢采用Q345C钢制作，最低低温冲击温度值为0℃。对于我国北方冬季严寒地区，温度变化较频繁，某些地区温度最低能超过－40℃，且此设备很多情况下裸露在外部环境下，如此低温可使焊接接头加快脆化，尤其含缺陷焊接接头对于设备的安全、稳定运行构成严重威胁。因此，本文采用我国最新编制的“在用含缺陷压力容器安全评定”标准，针对筒体纵向焊缝表面裂纹在操作压力和极低温下是否发生破裂进行评定，为同类设备产品的制造及安全使用提供参考与借鉴。

1 评定标准介绍

2004年12月29日，我国发布了GB/T 19624—2004《在用含缺陷压力容器安全评定》的国家标准，该标准依据“合于使用”和“最弱环”原则，用于判别压力容器在规定的使用工况下能否继续使用，是一种适用于工程实际的评定方法［1］。该标准采用三级评定技术路线，分别为简化评定、常规评定、分析评定。本文采用常规评定标准等级进行评定，该评定等级所需数据较简单，保守程度高。

常规评定［2］中失效评定曲线(FAC)方程为:

若计算所得值(Kr、Lr)在曲线FAC及Lr=Lmaxr所围区域内，表明评定结果安全，该缺陷允许存在，反之不允许。

2 参数确定

2.1 焊接工艺参数

材质:Q345C钢;厚度:12 mm。钢板采用CO2气体保护焊焊接，接头形式如图1所示，焊接工艺参数如表1所示。

表1 焊接参数

2.2 低温抗拉强度、屈服强度和断裂韧度

环境温度设定为－45℃，此温度对于评定结果偏安全。低温拉伸试验结果见表2。

表2 焊接接头低温拉伸试验结果

断裂韧度采用三点弯曲试样，焊缝常温预制裂纹，低温－45℃对试样进行加载并破坏，同时试验数据，结果结果见表3。

表3 焊缝CTOD试验结果(单位:mm)

2.3 缺陷数据及载荷情况

本文压力容器采用筒体纵向焊缝表面裂纹进行计算。裂纹规则化后的尺寸为2c=30 mm(2c为裂纹长度)，a=6 mm(a为裂纹高度)，如图2所示。本压力容器为中压压力容器，按其最大承受内压为10 MPa进行计算，这样对评价结果是偏安全的。

3 安全评定［3］

3.1 常规评定计算

1)Lr的计算，如下式:

2)Kr的计算。断裂比Kr值按公式(3)计算:

对于GB/T 19624—2004，KI根据下式求得:

式中:a—裂纹深度;fm，fB为查表取值;σm—薄膜应力;σB—弯曲应力，可由应力分布线性化规则得到。

4)安全性评价。根据以上的分析与计算，钢板表面裂纹Lr、Kr、Lmaxr的计算结果如下:

将计算所得值描入失效评定图中，如图3所示。评定点位于曲线规定范围内，表明此裂纹尺寸2c=30 mm，a=6 mm，在－45℃环境下即使承受最大拉应力，该结构在一定期限内也可以安全使用。

4 结论

1)Q345C钢焊接接头在极低温－45℃下具有良好的低温韧性。

2)采用“在用含缺陷压力容器安全评定”标准对该压力容器用钢纵向焊缝表面裂纹进行极低温下的安全评定，在裂纹尺寸及内压已知的条件下，采用常规评定，评定点在评定曲线范围内，说明该缺陷是暂时可以允许存在的。

3)该压力容器在正常操作条件下运行，裂纹还处在安全区内，但考虑到低温及压力波动可能使裂纹扩展，必须严密监控，发现裂纹扩展，立即停止使用并返修。

［1］姜运建，王庆，王志永.电站含缺陷压力容器的安全评定技术［J］.河北电力技术，2006，25(1):1－3.

［2］GB/T 19624—2004.在用含缺陷压力容器安全评定［S］.2005.

［3］吕涛，王晶，芦宗杰，等.焊接工艺对16MnR钢焊接接头低温安全性的影响［J］.热加工工艺，2009，38(23):169－172.