球罐的裂紋分析及防止

申請免費試用、咨詢電話：400-8352-114

一、球罐基本參數(shù)
    容積：650m3；結構型式：混合三帶球；材質：07MnCRMoVR；內徑：10700mm；壁厚：44mm；介質：氮氣；設計壓力：3.09Mpa；設計溫度：-10-60oC；選用焊條：J607RH。
    二、裂紋產(chǎn)生的原因分析
    1.裂紋種類。焊接裂紋主要有以下五種：熱裂紋、再熱裂紋、冷裂紋、應力腐蝕裂紋和層狀撕裂。層狀撕裂主要關系到出廠的鋼板問題，與球罐制作安裝無多大關系。因此，施工時主要針對焊接的熱裂紋、再熱裂紋、冷裂紋和應力腐蝕裂紋進行分析和研究。
    2.裂紋形成原因分析。裂紋的產(chǎn)生主要有以下幾個因素：
    (1)材質因素：氫含量的增加，使材料脆性升高，硬度增加導致韌性下降，擴散氫量對冷裂紋的產(chǎn)生和擴展起了決定性的作用，含氫量較高，而預熱溫度不足的情況下，肯定產(chǎn)生裂紋。合金元素對熱裂紋中的結晶裂紋產(chǎn)生有很大影響，硫、磷的微量存在也都會增高結晶裂紋的傾向，從許多研究也能證明C、S、P對結晶裂紋影響最大。
    (2)組裝因素：球罐在組裝過程中，如果各種尺寸達不到規(guī)范要求而進行強力組裝，就會產(chǎn)生約束應力，焊后應力無法釋放，是產(chǎn)生裂紋的重要因素。在結構復雜和十字縫等部位常會出現(xiàn)這種情況。
    (3)焊接因素：焊接形成的小缺陷，如表面氣孔、弧坑裂紋等，容易產(chǎn)生微裂紋，在球罐加壓使用時裂紋容易擴張。焊接次序的不合理，易使球體內的應力不能盡最大的釋放，而后的殘余應力就很大，從而比較容易形成冷裂紋、熱裂紋。球罐焊接采用的焊接方法、焊接線能量的大小、焊接的預熱、后熱對裂紋的產(chǎn)生也起到很大作用。
    (4)機械損傷因素：組裝臨時工夾具部位，其硬度高于其他部位，殘余應力也較高，容易產(chǎn)生裂紋。球罐板在運輸、壓制、組裝過程中的碰傷等部位也是容易產(chǎn)生裂紋的地方。
    三、施工對策
    針對球罐施工中產(chǎn)生裂紋的原因，施工時應著重從以下幾方面采取措施進行控制。
    1.材料復驗
    (1)材料表面不允許有裂紋氣泡、夾雜等缺陷；(2) 對球殼板進行逐張超聲檢測，按JB4730驗收，標準不低于Ⅱ級。(3)對進廠的07MnCrMoVR進行復驗，其復驗數(shù)值包括C、P、S的含量必須在質保書規(guī)定范圍內。(4)對焊接選用的J607RH焊條進行復驗，一方面要保證其強度必須與07MnCrMoVR匹配，另一方面特別強調要超低氫, 復驗結果是1.43ml/100mg，與GB12337-1998的1.5ml/100mg完全符合。通過復驗，主要板材、焊材的化學成份、機械性能、含氫量等參數(shù)均達到規(guī)范標準。
    2.工廠壓制
    (1)下料時，坡口表面應平滑，粗糙度大于等于25mm，且表面不得有裂紋和其他缺陷存在。壓制的球殼板幾何尺寸應嚴格按照規(guī)范的要求進行控制和驗收。
    (2)支柱及組焊件焊接時，要求球殼板在中間支撐好，成自然狀態(tài)，所有的組焊件焊接采用對稱均布焊，分層分道，對線能量的控制與球罐本體焊接的工藝參數(shù)一樣。焊件的焊接要進行預熱、后熱及控制其層間溫度。球殼板出廠吊裝時要加強保護，避免碰傷。
    (3)現(xiàn)場施工主要控制以下三個環(huán)節(jié)：
    a. 組裝時嚴禁進行強力組裝，組裝方法是先利用工裝夾具組對好，然后進行整體的間隙、錯邊量和棱角度的測量和調整，直至完全符合規(guī)范要求，最后進行整體定位。定位要在小坡口側，采用與本體焊接相同的工藝，定位焊長度采用80mm，間距250mm。
    b．焊接時，首先根據(jù)07MnCrMoVR這種鋼材形成裂紋的機理，制定了一個切實可行的焊接工藝。制定焊接工藝參數(shù)時，特別強調線能量，因為線能量過大會產(chǎn)生一方面輸入的熱量多，晶界低熔相的熔化越嚴重，晶界處于液態(tài)的時間越長，液化裂紋的傾向就增大；另一方面會引起熱影響區(qū)過熱，使晶粒粗大，會降低焊縫的抗裂性能。而線能量過小會產(chǎn)生一方面增加焊縫金屬應變率，從而增加結晶裂紋的傾向；另一方面會降低冷卻時間，會使熱影響區(qū)淬硬，也會不利于氫的逸出，故而增加裂紋傾向。因此制定了線能量的上下限焊接工藝參數(shù)。在制定焊接順序時，盡量使用大多數(shù)焊縫能在較小剛度的條件下焊接，使焊縫受力較小。球罐整體的焊接順序如下：先外側后內側，先縱向后橫向。即：焊赤道外側→上下極蓋、上下Y縫外側→ 赤道內側→上下極蓋、上下Y縫內側→上下環(huán)縫外側→上下方塊縫外側→上下環(huán)縫內側→上下方塊縫內側。焊接時應采取以下針對性技術措施：縱焊縫都采用均布分段退焊法，環(huán)焊縫沿等分旋轉同一方向焊接?，F(xiàn)場焊接時，嚴格焊接工藝規(guī)范，施工員和質量員不停地檢查焊工是否按規(guī)程進行焊接操作。嚴禁在坡口外引弧、熄弧。對于不小心電弧碰傷的部位應立即進行打磨，焊前要對坡口進行清理。對每個焊工的線能量進行不停的測量，過大、過小的應立即調整其電流及焊速，控制好線能量。每個焊工焊接收弧時要填滿弧坑，避免弧坑裂紋的產(chǎn)生。焊工每天的接頭要每道間空2cm以上，打磨后要進行PT檢驗，看是否有弧坑裂紋存在。在焊縫邊上MT檢驗確定為咬邊或裂紋等缺陷需修補時，為避免應力集中，修補長度不得小于50mm，補后焊縫表面應進行打磨，修補處要進行記錄，以后要確認表面沒有缺陷存在。Y型接頭是應力最集中的地方，應絕對避免在Y型的交匯處引弧、熄弧，而應在環(huán)縫離Y型距離200mm的地方。c. 熱處理包括焊前預熱、層間加熱、焊后后熱及球罐的整體熱處理。焊前預熱可以有效防止冷裂紋，消除應力，預熱溫度應嚴格控制在90-100℃。層間溫度基本保證在120-155℃。后熱主要是消氫，同時也能韌化熱影響區(qū)和焊縫的組織，對防止裂紋是非常有效的，后熱溫度宜控制在225-250℃間。整體熱處理主要消除應力，從而降低冷裂、脆斷的傾向，同時也降低SCC的傾向和改善接頭的組織，整體熱處理的溫度應控制在555℃-580℃，恒溫1小時50分。
    四、結論
    由于對球罐裂紋產(chǎn)生的機理和原因做了充分的分析，制定了一套科學的球罐制造和現(xiàn)場安裝的施工方案，并且在每一步施工環(huán)節(jié)中都采取了相應的針對措施，嚴格質量控制和測量驗收，最后整個球罐焊縫的一次拍片合格率為98.9%，而且無一張裂紋，在熱處理后的MT檢測中也無一處表面裂紋。這同時也證實了國產(chǎn)07MnCrMoVR材料用在球罐上沒有任何問題。