对球罐工卡具处裂纹的原因分析

王 雷

（河南省锅炉压力容器安全检测研究院安阳分院 安阳 455000）

对球罐工卡具处裂纹的原因分析

王 雷

（河南省锅炉压力容器安全检测研究院安阳分院 安阳 455000）

在大型压力容器球罐的首次开罐检测过程中，在焊缝两侧工卡具焊迹处发现有大量裂纹存在。本文从裂纹特征、裂纹处理和裂纹产生原因等方面进行了描述分析，并提出了相应的防范措施。

球罐 工卡具 裂纹

近年来，在大型压力容器球罐的首次开罐检测过程中，在其焊缝两侧工卡具焊迹处（简称“焊疤”）发现有大量裂纹存在，做统计见表1。

表1 球罐工卡具焊迹处裂纹数量

1 裂纹特征

从外观上来看，球罐焊疤处裂纹可以分为两种类型：一种是在焊疤处的凹坑补焊位置（在去除工卡具定位块时在球罐表面产生的不规则凹坑，对其进行补焊打磨的部位），此处裂纹特征明显，经磁粉检测后裂纹区域会与母材呈现出明显界线，说明补焊部位金属与母材金属未很好熔合，多为枝状裂纹，见图1、图2；另一种为焊疤凹坑补焊位置外的裂纹，多为线性裂纹，见图3、图4。

图1 焊疤凹坑处裂纹

图2 焊疤凹坑处裂纹

图3 焊疤凹坑处裂纹

图4 焊疤凹坑处裂纹

焊疤处的裂纹大小不一，深浅各异，裂纹最长约23.0mm，最短为2.0mm，最深约为4.0mm，最浅为0.5mm（裂纹深度是通过打磨消除裂纹后测其凹坑深度所得）。

2 裂纹处理

工卡具焊迹处的裂纹大部分均可通过打磨消除，打磨深度通常都在0.5～4.0mm之间，其中补焊部位裂纹一般随补焊金属材质的打磨消失而消除，说明此裂纹只存在补焊金属中，并未向母材延伸。不过也有少数枝状裂纹面积较大，扩展较深，不能通过打磨消除，须经有对球罐制造、维修资质企业对其进行挖补维修（在一台液氨球罐检测中，发现有一处焊疤裂纹须经挖补处理）。

打磨后形成的凹坑深度如果小于壁厚余量（壁厚余量=实测壁厚-名义厚度+腐蚀余量），则允许存在；若大于壁厚余量，则对凹坑进行无量纲参数G0计算，如果G0＜0.10，则该凹坑允许存在；若G0＞ 0.10，则可以对凹坑缺陷进行应力分析[1]或者安全性评价[2]，判断其是否可以接受，若不能接受，则须对其进行补焊维修。对于壁厚较大，直径也较大的球罐来说，G0通常能满足要求。

3 裂纹成因

工卡具焊接时，不严格按照工艺执行，认为工卡具焊道非主要焊道，在球壳板上随意引弧和熄弧，外观成型差，局部出现咬边等应力集中点，施焊时可能不预热或预热温度不够，线能量不控制，加上焊缝短，使得冷却速度快产生硬脆组织，由于拘束应力大，产生冷裂纹[3]。

在球壳板组焊完毕后，在拆除工卡具定位块时操作不当，用大锤或别的方法对定位块进行大力敲击，使得母材缺肉，出现不规则凹坑[3]。当凹坑深度大于GB 50094《球形储罐施工及验收规范》的规定值（球壳板名义厚度的5%，且不应超过2mm）[4]，须进行补焊。对不规则凹坑补焊前，须采用砂轮将凹坑修磨成便于焊接的凹槽，再进行补焊。从图1、图2中来看，补焊部位形状不规则，与母材有明显界线，说明焊接人员在对不规则凹坑补焊时未对其进行修磨，而是直接在不规则凹坑处施焊。而且由于焊疤数量众多，需补焊部位也较多，焊工补焊时基本不进行预热或预热不充分，造成该部位焊接质量差，应力集中，在使用过程中易产生裂纹[5]。

工卡具焊迹处在表面检测时存在漏检情况。如：1）检测人员不重视工卡具焊迹处的表面检测，虽然安装资料中显示检测人员对工卡具焊迹处都进行了100%的表面检测，但实际上由于工卡具焊迹数量较多，检测工作量大，检测人员多数未必都对焊疤进行100%检测，只是对其进行抽测，若没发现裂纹缺陷，便不再进行扩探；2）检测时机不对。安装单位为了赶工期，没有按照GB 50094《球形储罐施工及验收规范》第5.4.3.1条“抗拉强度大于540MPa钢材制造的球罐焊接结束36h后，其他钢材制造的球罐焊接结束24h后，方可进行磁粉检测或渗透检测”规定进行，很可能补焊打磨后就立即进行了表面检测；3）由于检测人员的责任、经验等人为因素造成的缺陷漏检，如磁悬液配置不当、磁化时间不够、对出现的微小缺陷磁痕不做计算或按伪缺陷对待等[6]。

工卡具焊迹处的不规则凹坑补焊后应及时进行热处理。热处理的目的为消除焊接残余应力及变形，均匀焊缝和热影响区的组织、使焊缝金属与母材金属更好的熔合，改善焊接接头性能[7]。从图1、图2可以看出，凹坑补焊区域与母材有明显界线，这说明补焊部位金属材质与母材并未很好熔合，热处理不充分，熔合效果不佳。球罐焊后整体热处理工艺主要是针对消除长焊缝残余应力而制定的[8]。对于焊接面积小，深度浅，数量多的凹坑修补焊接，还应当制定相应的局部热处理措施。

4 防范意见

1）严格按照GB 50094—1998《球形储罐施工及验收规范》和制定的施工工艺规范执行操作。焊前要求预热的球壳，在以工卡具焊接处为中心，至少150mm范围内进行预热，工卡具的焊接引弧点和熄弧点应在工卡具焊道上，严禁在非焊接位置任意引弧和熄弧；工卡具去除及其部位表面处理杜绝野蛮操作；对不规则凹坑补焊前，认真清理凹坑部位及四周10～20mm范围内的水、锈、油污等杂质，打磨露出金属光泽，并直至圆滑过渡，不留尖角；焊接修补时如需预热，应以修补处为中心，在半径为150mm范围内预热，预热温度取上限。焊接线能量应在规定范围内；焊接短焊缝时，线能量不应取下限值。

2）针对凹坑补焊部位，制定相应的局部热处理措施，焊接修补后，应立即进行热处理，保证焊材与母材金属的有效熔合。

3）监检人员要加强对检测人员球罐表面检测的监督，尤其是工卡具处的检测，确保检测时机准确、工卡具处做到100%检测。同时也要加强检测人员的责任心，杜绝偷工减料、投机取巧行为。

[1] TSG R7001—2013 压力容器定期检验规则[S]．

[2] GB/T 19624—2004 在用含缺陷压力容器安全评定[S]．

[3] 方树强，张增根．工卡具等焊迹点对球罐的危害及其克服[J]．石油工程建设，1997，4：25-27．

[4] GB 50094—98 球形储罐施工及验收规范[S]．

[5] 陈奇．球罐焊接施工中裂纹的控制[J]．中国锅炉压力容器安全，1999，16(2)：14-17．

[6] 梁文静，冯靖安，马爱武．球形储罐首次开罐检验表面裂纹的分析与防范[J]．中国特种设备安全，2012，28(11)：42-43．

[7] 吕毅南．球罐焊后整体热处理[J]．江苏化工，1999，27(5)：29-31．

[8] 张西涛．球罐焊接后热处理对残余应力的影响[J]．价值工程，2010，3：83．

Causes Analysis of Cracks in Welding Fixture Place in Spherical Tank

Wang Lei
(The Boiler & Pressure Vessel Safety Inspection Institute of Henan Province, Anyang Branch Anyang 455000)

On the opening inspection process of spherical tank for the first time, it was found that there was a large number of cracks in welding fixture place on both sides of butt-welded seam. It is described and analyzed in terms of cracks characteristics, cracks treatment and cracks causes, this thesis puts forward some corresponding preventive measures.

Spherical tank Welding fixtures Cracks

X933.4

B

1673-257X(2017)04-0077-03

10.3969/j.issn.1673-257X.2017.04.018

王雷(1986～)，男，硕士，检验员，从事换热网络节能研究及锅炉压力容器检验检测工作。

2016-10-25）