压力容器检验过程中裂纹缺陷的探讨

黄成浩

摘要：压力容器在我国各个行业中的应用范围呈现逐渐扩展的趋势，其安全状况直接关系到人民群众的生命财产安全，所以应当充分重视压力容器的检验工作，在检验过程中及时发现并处理存在的缺陷，保障设备安全运行[2]。本文主要针对压力容器检验过程中发现的裂纹缺陷问题进行深入分析，探讨解决裂纹缺陷问题的具体方法。

关键词：压力容器；检验；裂纹缺陷

裂纹是压力容器缺陷中最危险的一种，它是导致容器发生脆性破坏的重要因素。一般最容易产生裂纹的部位是焊缝与焊接热影响区以及局部应力过高的部位。压力容器中的裂纹，按其生成过程，大致可分为两大类，即原材料或容器制造中产生的裂纹和容器使用过程中产生的裂纹或扩展的裂纹[3]。压力容器制造环节由于受生产工艺和人为因素等方面的影响，容易在制造时产生热裂纹、冷裂纹、再热裂纹等。在用压力容器在长时间的使用过程中，由于承受高温、高压和各种复杂介质，可能会产生疲劳裂纹和应力腐蚀裂纹等，怎样正确解决裂纹缺陷问题，对于压力容器正常运行具有十分重要的意义。

1 压力容器检验过程中裂纹缺陷问题分析

压力容器检验过程中发现的裂纹缺陷，主要包括以下几种：

1.1 热裂纹

热裂纹主要存在于压力容器的焊缝中，有些时候也会出现在热影响区内。焊缝中出现的裂纹主要为结晶裂纹，其特征是大多存在于焊缝中心，与焊缝长度方向平行；横向热裂纹，通常都是沿柱状晶界产生，同时连接母材晶粒界，所以几乎垂直于焊缝长度方向。热裂纹产生原因：焊接接头融合区的金属液体晶体与焊缝金属在焊接过程中若是出现偏析状况，那么析出物质主要由低熔点共晶体组成，因为这些低熔点共晶体的熔点比较低，因此会结晶凝固。一定条件下，凝固金属收缩拉力会导致共晶偏析构造拉裂，形成热裂纹。

1.2 冷裂纹

冷裂纹，实质上就是焊接过程中，温度冷却至室温之后出现的一种裂纹。冷裂纹主要发生于应力集中的位置，如：咬边、焊根等，在方向上一般与焊缝长度方向平行，无分枝，有些时候还会出现横向裂纹，裂纹口不存在夹渣。冷裂纹会引发构件脆断，破坏性非常大，是危害性最大的一种裂纹。冷裂纹产生原因：①焊接焊缝存在缺陷，导致焊缝上有应力集中现象；②由于焊件的刚性比较大，因此产生的焊接拉应力也比较大；③扩散氢浓密、聚集；④焊接接头出现淬硬组织，导致金属塑性储备减少。

上述四个因素中，导致冷裂纹出现的两个主要因素为拉应力与含氢量，同时这四个因素互相影响。每个因素都有可能是造成冷裂纹产生的原因，但并不是唯一的决定性因素。通常情况下，金属内部原子排列并不是完全有序的，还存在诸多微观缺陷，在拉应力的引导下，高应力区会扩散、聚集原子氢。当原子氢的聚集达到一定浓度的时候，会对金属中原子结合键造成破坏，导致微观裂纹的发生；最后，随着氢的不断聚集、应力的持续作用以及微观裂纹的进一步扩展，一直到宏观裂纹出现。

1.3 再热裂纹

含有錋、钼、铬、钒等合金元素的耐热钢、低合金高强度钢在焊接完成之后，在一定温度范围内再次进行加热时，由于高温及残余应力的共同作用而出现的裂纹称为再热裂纹。再热裂纹的特征主要包括：①同焊接残余应力有着密切的联系；②在沉淀强化钢中最易出现；③属于晶界开裂范畴；④发生温度在550℃-650℃范围内；⑤焊接热影响区中的过热粗晶区是再热裂纹产生的主要位置，主要产生于再次加热中，如：焊后热处理等。对于再热裂纹的产生原因有着许多不同的说法，主要按照楔形开裂理论对其产生机理进行叙述，即：一些含有沉淀强化相Nb、Ti、V以及Mo的碳化物，如碳化铬、碳化铌、碳化钒以及碳化钛等，经过温度超过1300℃焊接热循环处理之后，处于固溶状态，在焊后快速冷却的过程中，无法及时充分析出，但是在焊后热处理的过程中，会在晶内沉淀析出，应力松弛造成的塑形变形会在晶界中优先出现，在拘束应力的影响下，再热裂纹就会产生。

1.4应力腐蚀裂纹

具有应力腐蚀倾向的金属材料在应力和腐蚀环境的共同作用下，产生的裂纹叫做应力腐蚀裂纹。应力腐蚀裂纹一般由表面向内部延伸，表面看呈直线状、树枝状、龟裂状或放射状等多种形态，深入金属内部的应力腐蚀裂纹呈干枯的树根状，裂纹断口为典型的脆性断口。应力腐蚀裂纹引起的断裂是在没有明显宏观变形、无任何征兆的情况下发生的，破坏具有突发性。

2 压力容器检验过程中裂纹缺陷问题的解决方法

2.1 严格控制压力容器质量

压力容器属于特种设备范畴，在生产过程中应当充分把控产品质量，严格按照工艺流程进行。只有对生产工序进行严格把关，才能够在根本上提高压力容器质量，在此基础上最大限度防止裂纹缺陷的产生。对于容易产生的裂纹，从工艺流程上规避裂纹的产生。加工完成后，无损检测过程中发现裂纹及时处理。

2.2 控制原材料生产质量

原材料生产质量与压力容器裂纹缺陷的产生有着十分密切的联系。因此，压力容器在生产之前，应当严格审视图纸内容，明确具体要求，保证按照生产规范进行生产，确保各个生产、加工工序得到合理控制。除此之外，还应当明确生产管理规定内容，保证生产处于质量控制与程序文件范围内。

2.3 压力容器操作控制

压力容器裂纹缺陷的产生与人为操作有着十分密切的联系，不当的操作轻则使压力容器在运行中产生缺陷，重则发生安全事故，所以应当充分重视操作人员操作的规范性[1]。因此，应当加强对操作人员安全意识和压力容器基本知识的培训，使操作人员了解与掌握具体的操作流程及方法，从根本上杜绝因为压力容器操作不合理、不规范导致产生裂纹缺陷。

3 结语

综上所述，压力容器的裂纹缺陷对压力容器的安全稳定运行具有十分严重的影响，客观因素与内在条件共同导致了裂纹的出现，其中客观因素主要为压力容器腐蚀、疲劳状况，内在条件主要为原材料质量缺陷。因此，应当针对裂纹缺陷产生的具体原因进行分析，采取相应的改进措施，以此减少裂纹缺陷的产生。

参考文献：

[1]陈雁，高俊峰，王文灿. 压力容器及压力管道安全管理系统的应用[J]. 石油化工设备，2011，05：77-80.

[2]陈学东，崔军，章小浒. 我国压力容器设计、制造和维护十年回顾与展望[J]. 压力容器，2012，12：1-23.

[3]杨冠锋. 关于压力管道检验中存在问题的探讨[J]. 中小企业管理与科技（下旬刊），2014，02：296.endprint