煤氣瓶耐壓試驗漏氣原因分析

張彥文，張友登，王志奮，陶 勇

（1.武漢鋼鐵（集團）公司研究院，武漢430080；2.武鋼股份有限公司質(zhì)檢中心，武漢430080）

煤氣瓶耐壓試驗漏氣原因分析

張彥文1，張友登1，王志奮1，陶 勇2

（1.武漢鋼鐵（集團）公司研究院，武漢430080；2.武鋼股份有限公司質(zhì)檢中心，武漢430080）

為了探究某HP295鋼制煤氣瓶耐壓試驗漏氣原因，對漏氣煤氣瓶進行了宏觀觀察，找出漏氣部位，采用掃描電鏡觀察、金相分析等方法對缺陷部位進行了分析。結(jié)果顯示，漏氣部位均位于瓶腰焊縫附近，對于制瓶的沖壓鋼板而言，開裂部位位于鋼板的剪切邊；裂紋周圍未觀察到聚集分布的夾雜物及脫碳現(xiàn)象，缺陷部位及正常部位組織均為鐵素體+珠光體。分析表明，原料鋼板剪切開裂及試壓漏氣是由剪切設備故障導致剪切邊存在較長裂紋造成，應及時對剪切設備進行檢修維護，保持設備正常工作狀態(tài)，避免剪切邊產(chǎn)生較長裂紋。

煤氣瓶；漏氣；剪切；裂紋

Abstract:In order to explore the leakage reason of HP295 steel gas cylinder withstand pressure test,the macroscopic observation of leakage gas cylinder was conducted,found the leakage point.It adopted the methods of scanning electron microscope,metallographic analysis and so on to analyze defective parts.The results showed that the leakage parts located near the weld of cylinder waistline,and the cracking area of the stamping cracking plate also located in the shear edge of steel plate;the aggregated distribution inclusions and decarburization were not be observed around the cracks,and microstructure of defect locations and normal locations both were ferrite and perlite.The analysis results indicated that the raw material steel plate shear crack and pressure testing leakage caused by the long crack in shear edge,which caused by shear equipment failure.It should timely conduct repair and maintenance to shear equipment,so as to keep normal working state of equipment and avoid generating long cracks in shearing edge.

Key words:gas cylinder;air leakage;shearing;crack

1 概 述

某壓力容器公司采用HP295鋼制作煤氣瓶，制作煤氣瓶時，先將鋼板沖裁成兩圓形板，然后將兩圓板沖壓成凹槽狀，扣在一起焊接成一個瓶體，最后再進行涂漆、試壓。長期以來，生產(chǎn)一直較為正常，但2016年底，一批煤氣瓶在進行耐壓試驗時，約有10%的煤氣瓶出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，漏氣部位均位于瓶腰焊縫附近。另有一些原料鋼板在沖壓下料過程中，邊部即發(fā)生開裂。為了找出漏氣及鋼板開裂原因，筆者采用宏觀及微觀分析方法，對漏氣煤氣瓶及開裂鋼板進行了相關分析。

2 煤氣瓶缺陷分析

2.1 宏觀觀察

經(jīng)現(xiàn)場觀察，成品煤氣瓶漏氣部位均緊挨焊縫，即沖壓鋼板的邊部，如圖1標記部位所示。取料時沖壓開裂鋼板的開裂部位亦位于鋼板的剪切邊，如圖2所示，標記為1#試樣。圖3為火焰切割下來的煤氣瓶的試壓漏氣部位，標記為2#試樣。

圖1 漏氣部位宏觀放大圖

圖2 剪切邊裂紋（1#試樣）

圖3 焊縫附近裂紋（2#試樣）

2.2 掃描電鏡分析

將1#試樣經(jīng)酒精超聲波清洗后進行電鏡觀察，斷面斷裂源及擴展區(qū)低倍形貌如圖4所示。從圖4可見，裂紋起源于試樣邊部，表面凸凹不平。采用高倍數(shù)放大觀察，斷面形貌如圖5所示。從圖5可見，斷裂源表面較光滑，磨損特征明顯，擴展區(qū)微觀形貌為解理特征。垂直板面觀察試樣表面，可見試樣邊部平行于開裂面存在較多長短不一的裂紋，如圖6所示。

圖4 1#試樣斷面低倍形貌

圖5 1#試樣斷面高倍形貌

圖6 剪切邊板面裂紋形貌

2.3 金相分析

分別在圖2所示試樣開裂部位及圖3所示漏氣部位制作不同截面的金相試樣，用光學顯微鏡觀察，觀察結(jié)果如圖7所示。從圖7（a）可見，剪切邊附近金相拋光面上可觀察到較多的裂紋；從圖7（b）亦可見2#試樣焊縫附近上表層存在裂紋，裂紋周圍未觀察到聚集分布的夾雜物。

圖7 剪切邊裂紋及焊縫附近上表層裂紋形貌

試樣經(jīng)3%硝酸酒精試劑浸蝕后觀察，1#試樣剪切邊裂紋區(qū)域組織如圖8所示。從圖8（a）可見，剪切邊裂紋區(qū)域組織嚴重冷形變；圖8（b）所示正常部位組織為鐵素體+珠光體。3%硝酸酒精試劑浸蝕后的2#試樣金相分析結(jié)果如圖9所示。2#試樣A、B部位實際上是與焊縫相連的單一裂紋，從圖9可見，裂紋內(nèi)充滿氧化鐵，其周圍未觀察到聚集分布的夾雜物，裂紋缺陷部位未觀察到脫碳現(xiàn)象，缺陷部位及正常部位組織均為鐵素體+珠光體。

圖8 3%硝酸酒精浸蝕后1#試樣金相組織分析結(jié)果

圖9 3%硝酸酒精浸蝕后2#試樣金相組織分析結(jié)果

1#試樣剪切邊附近裂紋為冷變形特征，且沒有明顯氧化鐵生成；2#試樣裂紋附近無冷變形組織，且裂紋中嵌有氧化鐵。這是因為剪切邊先期形成的裂紋經(jīng)過焊接熱循環(huán)后，變形部位已回復再結(jié)晶，裂紋面在高溫下發(fā)生氧化造成的。

3 討 論

煤氣瓶沖壓開裂部位及試壓漏氣部位均位于剪切邊，剪切開裂部位起裂源也位于剪切邊部，說明問題可能在剪切加工。經(jīng)過現(xiàn)場考察，發(fā)現(xiàn)該焊瓶廠有一條剪切生產(chǎn)線存在問題，需要檢修維護。圖10為生產(chǎn)線正常和異常時剪切的產(chǎn)品，從圖10可以看出，正常剪切邊平整光滑，生產(chǎn)線異常時剪切邊變形嚴重，極為粗糙，這是剪切間隙過大或設備磨損造成。設備故障時，剪切邊受力情況改變，導致局部產(chǎn)生較深裂紋甚至開裂，焊接時，當熔融金屬不能完全熔化剪切裂紋，試壓時，殘存裂紋便會漏氣。

圖10 生產(chǎn)線正常和異常時剪切的產(chǎn)品

剪切開裂部位由于未經(jīng)后續(xù)加熱，所以組織為變形組織。焊縫經(jīng)過了高溫熱循環(huán)，變形回復，裂紋形貌改變，裂紋壁在高溫下也發(fā)生氧化，所以組織為鐵素體+珠光體，裂紋內(nèi)也出現(xiàn)了氧化鐵。

4 結(jié)束語

根據(jù)以上分析，煤氣瓶剪切開裂及試壓漏氣原因為剪切設備故障導致剪切邊存在較長裂紋造成。焊瓶廠對存在問題的剪切生產(chǎn)線進行了檢修維護，保持設備的正常工作狀態(tài)，避免剪切時造成剪切邊產(chǎn)生較長裂紋，改進后問題得到很好解決。

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Leakage Cause Analysis of Gas Cylinder Withstand Pressure Test

ZHANG Yanwen1,ZHANG Youdeng1,WANG Zhifen1,TAO Yong2
（1.Research and Development Center of Wuhan Iron and Steel Company,Wuhan 430080,China；2.Quality Inspection Center of Wuhan Iron and Steel Company,Wuhan 430080,China）

TE972.1

B

10.19291/j.cnki.1001-3938.2017.06.012

2017-03-10

編輯：黃蔚莉

張彥文（1972—），男，湖北孝感人，博士，教授級高工，主要從事金屬材料失效分析工作，發(fā)表論文40余篇。