卧式液化石油气容器储罐裂纹分析及防止

邵洪波

中国石油天然气管道第二工程有限公司培训中心

卧式液化石油气容器储罐裂纹分析及防止

邵洪波

中国石油天然气管道第二工程有限公司培训中心

一般压力容器类出现裂纹多数源于焊缝及其热影响区本文已多年施工一线的焊接、管理经验分析裂纹产生的原因，通过材料复检、合理焊接工艺、焊后热处理等工艺有效防止裂纹产生。

卧式容器储罐；裂纹分析；防止

前言

随着工程焊接技术的迅速发展，现代压力容器也已发展成典型的全焊结构。压力容器的焊接成为压力容器制造过程中最重要最关键的一个环节，焊接质量直接影响压力容器的质量。压力容器由于受材质选择、制造安装、现场焊接等环节的不规范行为造成不少容器壳体焊缝及热影响区产生裂纹，给压力容器的安全运行埋下隐患。本文就80m3卧式液化石油气罐裂纹产生原因及防止措施作简单分析，供同类工程参考。

一、80m3卧式液化石油气罐基本参数

容积--80m3；结构型式--卧式；材质--Q345 R；直径--φ2800mm；壁厚--18mm；介质--液化石油气；设计压力--1.77Mpa；焊接材料--焊条E5015， 埋弧焊丝H10Mn2焊丝+HJ431焊剂。

二、裂纹产生的原因分析

2.1 材质因素

氢含量的增加，使材料脆性升高，硬度增加导致韧性下降，扩散氢量对冷裂纹的产生和扩展起了决定性的作用，含氢量较高，而预热温度不足的情况下，肯定产生裂纹。合金元素对热裂纹中的结晶裂纹产生有很大影响，硫、磷的微量存在也都会增高结晶裂纹的倾向。

2.2 组装因素

压力容器在组装过程中，如果各种尺寸达不到规范要求而进行强力组装，就会产生约束应力，焊后应力无法释放，是产生裂纹的重要因素。在结构复杂和丁字缝等部位常会出现这种情况。

2.3 焊接因素

焊接形成的小缺陷，如表面气孔、弧坑裂纹等容易产生微裂纹，在压力容器加压使用时裂纹容易扩张。焊接顺序不合理，易使球体内的应力不能尽最大的释放，而后的残余应力就很大，从而比较容易形成冷裂纹、热裂纹。焊接采用的焊接方法、焊接线能量的大小、焊接的预热、后热对裂纹的产生也起到很大作用。

2.4 机械损伤因素

组装临时工夹具部位，其硬度高于其他部位，残余应力也较高，容易产生裂纹。容器板料在运输、压制、组装过程中的碰伤等部位也是容易产生裂纹的地方。

三、施工对策

3.1.材料复验

3.1.1 材料表面不允许有裂纹气泡、夹杂等缺陷；

3.1.2 对容器板进行逐张按GB713-2008验收。

3.1.3 对进厂的Q345R进行复验，其复验数值包括C、P、S的含量必须在质保书规定范围内。

3.1.4 对焊接选用的J507焊条，H10M2焊丝进行复验，一方面要保证其强度必须与Q345R匹配，另一方面特别强调要采用低氢焊材， 复合复验结果。通过复验，主要板材、焊材的化学成份、机械性能、含氢量等参数均达到规范标准。

3.2 组装

组装时严禁进行强力组装，组装方法是先利用工装夹具组对好，然后进行整体的间隙、错边量和棱角度的测量和调整，直至完全符合规范要求，最后进行整体定位。定位要在小坡口侧，采用与本体焊接相同的工艺。

3.3 焊接

首先根据Q345 R这种钢材形成裂纹的机理，制定合适焊接工艺参数，控制线能量输入。线能量过大会产生输入的热量多，晶界低熔相的熔化越严重，晶界处于液态的时间越长，液化裂纹的倾向就增大，热影响区过热，使晶粒粗大，会降低焊缝的抗裂性能。线能量过小会产生一方面增加焊缝金属应变率，增加结晶裂纹的倾向；降低冷却时间，会使热影响区淬硬，也不利于氢的逸出，增加裂纹倾向。因此制定了线能量的上下限焊接工艺参数。在制定焊接顺序时，尽量使用大多数焊缝能在较小刚度的条件下焊接，使焊缝受力较小。

80m3卧式液化石油气罐的焊接顺序如下：先内侧后外侧，先纵向后环缝方向。现场焊接时，严格焊接工艺规范。焊前要对坡口进行清理。对每个焊工的线能量进行不停的测量，控制好线能量。焊接收弧时要填满弧坑，避免弧坑裂纹的产生。在焊缝边上MT检验确定为咬边或裂纹等缺陷需修补时，为避免应力集中，修补长度不得小于50mm，补后焊缝表面应进行打磨，修补处要进行记录，以后要确认表面没有缺陷存在。

对焊缝内部缺陷进行修补时应符合下列要求：①应根据产生缺陷的原因，选用适用的焊接方法，并制订修补工艺。②修补前宜采用超声检测确定缺陷的位置和深度，确定修补侧。③当内部缺陷的清除采用碳弧气刨时，应采用砂轮清除渗碳层，打磨成圆滑过渡，并经渗透检测或磁粉检测合格后方可进行焊接修补。气刨深度不应超过板厚的2/3，当缺陷仍未清除时，应焊接修补后，从另一侧气刨。④修补长度不得小于50mm。⑤焊缝修补时，如需预热，预热温度应取要求值的上限，有后热处理要求时，焊后应立即进行后热处理；线能量应控制在规定范围内，焊短焊缝时，线能量不应取下限值。⑥同一部位修补不宜超过两次，对经过两次修补仍不合格的焊缝，应采取可靠的技术措施，并经单位技术总负责人批准后方可修补。⑦焊接修补的部位、次数和检测结果应做记录。⑧各种缺陷清除和焊接修补后均应进行MT或PT检测。⑨焊缝内部缺陷修补后，应进行RT检测或UT检测。

3.4 预热、后热

焊前预热、层间加热、及容器的整体热处理。焊前预热可以有效防止冷裂纹，消除应力，整体热处理主要消除应力，从而降低冷裂、脆断的倾向，整体热处理的温度应控制在600℃-640℃，恒温1小时。

四、结论

由于对压力容器裂纹产生的机理和原因做了充分的分析，制定了一套科学的压力容器制造和现场安装的施工方案，并且在每一步施工环节中都采取了相应的针对措施，严格质量控制和测量验收，在后期容器焊缝中一次合格率提高了，而且无一张裂纹，在热处理后的MT检测中也无一处表面裂纹。这同时也证实了Q345 R材料用在容器上的使用已经相当成熟。

邵洪波，男，本科学历，电焊高级技师，国际焊接工程师，中石油集团公司专家，长期从事焊接，培训管理工作。