壓力容器缺陷及處理分析

王傲 唐偉　劉禾

摘 要：工業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步使壓力容器適用范圍越來(lái)越廣，作為一種承壓設(shè)備，壓力容器種類較多，可在石油化工和機(jī)械加工等行業(yè)內(nèi)發(fā)揮重要的作用?；诖?，本文以壓力容器作為研究對(duì)象，分析當(dāng)前壓力容器在使用過(guò)程中存在的幾點(diǎn)缺陷問(wèn)題，針對(duì)腐蝕問(wèn)題和焊接問(wèn)題提出有效措施，并將無(wú)損檢測(cè)技術(shù)用于其中，做好壓力容器管道裂紋的檢驗(yàn)工作，使其更好的適應(yīng)不同生產(chǎn)環(huán)境。

關(guān)鍵詞：壓力容器;質(zhì)量檢驗(yàn);缺陷處理

壓力容器在結(jié)構(gòu)上存在一定的復(fù)雜性，為了適應(yīng)各領(lǐng)域的生產(chǎn)需要，壓力容器被設(shè)計(jì)的十分專業(yè)，針對(duì)不同種類的壓力容器，設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中需要做好相應(yīng)的保護(hù)工作。壓力容器設(shè)備對(duì)安全性提出了較高的要求，運(yùn)行時(shí)時(shí)刻面臨著易燃易爆風(fēng)險(xiǎn)，如果不及時(shí)處理缺陷問(wèn)題，將會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的安全事故。因此，有必要做好檢測(cè)工作，加強(qiáng)對(duì)缺陷問(wèn)題的及時(shí)檢驗(yàn)與處理。

1 壓力容器的缺陷分析

1.1 表面缺陷

壓力容器的表面缺陷有很多種，比如腐蝕問(wèn)題、表面裂紋問(wèn)題、機(jī)械損傷、工具焊跡問(wèn)題。缺陷的存在會(huì)讓壓力容器表面無(wú)法平整，甚至厚度不均勻，導(dǎo)致壓力容器受到不均勻的壓力影響而應(yīng)力集中，集中部位因此而產(chǎn)生裂紋，最終引發(fā)爆炸性事故。表面裂紋的產(chǎn)生原因主要來(lái)自于機(jī)械損傷與電弧灼傷，如果壓力容器表面存在裂紋，應(yīng)當(dāng)立即打磨。腐蝕性問(wèn)題也是壓力容器的常見(jiàn)缺陷，金屬材料和介質(zhì)接觸而產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)，壓力容器的腐蝕性問(wèn)題主要分為均勻腐蝕、局部腐蝕、點(diǎn)腐蝕三種，檢測(cè)人員需要根據(jù)壁厚情況了解腐蝕的程度。

1.2 裂紋、氣孔、夾渣等內(nèi)部缺陷

壓力容器的內(nèi)部缺陷問(wèn)題主要包含未熔合、氣孔、裂紋以及夾渣等，一旦發(fā)現(xiàn)以上問(wèn)題，應(yīng)立即安排專業(yè)人員進(jìn)行處理。如果裂紋的深度較大，特別是穿透性裂紋，應(yīng)使用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)了解缺陷的具體情況。內(nèi)部缺陷問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致壓力容器焊縫截面積變小，降低其承載能力和抗疲勞程度。與表面缺陷相比，內(nèi)部缺陷問(wèn)題難以用肉眼發(fā)現(xiàn)，檢測(cè)時(shí)只能使用超聲探傷和射線探傷的方法進(jìn)行分析[1]。焊接氣孔的存在會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力集中而產(chǎn)生焊縫斷裂的裂紋源。冶金氣孔有氫氣孔、氮?dú)饪祝に嚉饪锥喾植荚诤缚p的中心位置。結(jié)晶裂紋和焊縫在結(jié)晶中處于固相線附近的溫度范圍內(nèi)，凝固金屬收縮，殘余液相不足，承受拉應(yīng)力的同時(shí)而出現(xiàn)開裂。焊縫在凝固時(shí)會(huì)以樹枝狀結(jié)晶的方式進(jìn)行，焊縫內(nèi)的化學(xué)成分不均勻，雜質(zhì)元素越多，該現(xiàn)象就會(huì)越嚴(yán)重。液化裂紋和結(jié)晶裂紋的形成機(jī)理不同，是固態(tài)母材在熱循環(huán)峰值溫度下因晶間層重新溶化而產(chǎn)生的。

2 壓力容器缺陷的處理方法

2.1 解決壓力容器使用中的腐蝕問(wèn)題和焊接缺陷問(wèn)題

加強(qiáng)對(duì)壓力容器外部工作環(huán)境的注意，對(duì)于容器表面腐蝕的特點(diǎn)，防止壓力容器在潮濕的環(huán)境中工作，保證其處于通風(fēng)干燥的環(huán)境下運(yùn)行。對(duì)于內(nèi)部環(huán)境引發(fā)的腐蝕問(wèn)題，壓力容器內(nèi)部介質(zhì)腐蝕性很強(qiáng)，如果無(wú)法采用合適的耐腐蝕金屬材料，可使用帶有橡膠、玻璃鋼、不銹鋼以及聚四氟乙烯的材料，按照壓力容器內(nèi)部的介質(zhì)特性和工作壓力情況，最終確定內(nèi)部材料。其中，不銹鋼和鈦適合用在對(duì)壓力與溫度有著較高要求的工作環(huán)境，但成本較高。盡可能的選擇屈服強(qiáng)度在220MPa以下的低碳鋼材料，在此基礎(chǔ)上展開焊接工藝。壓力容器焊接問(wèn)題的解決可以從以下兩方面入手：①冶金方面?？刂坪缚p內(nèi)有害雜質(zhì)含量，將被焊金屬與焊絲中S和P的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在0.04%之內(nèi)。調(diào)整焊縫的化學(xué)成分，對(duì)低熔點(diǎn)相與共晶組織數(shù)量加以控制，適當(dāng)加入合金元素，細(xì)化晶粒;②焊接工藝方面。焊接之前預(yù)熱材料，焊接之后通過(guò)固溶與時(shí)效處理的方式可以有效消除裂紋;③及時(shí)做好腐蝕介質(zhì)的處理工作，脫除有可能引發(fā)壓力容器嚴(yán)重腐蝕的有害成分，使用緩蝕劑和抗垢劑抑制腐蝕，減輕腐蝕速度，提升壓力容器的抗腐蝕能力，盡可能的延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。

2.2 加強(qiáng)對(duì)壓力容器的無(wú)損檢測(cè)

2.2.1 射線檢測(cè)與超聲檢測(cè)

射線探傷法以X射線和γ射線為原理，射線強(qiáng)度的衰減會(huì)伴隨壓力容器內(nèi)部結(jié)構(gòu)而改變，從而對(duì)膠片的感光度產(chǎn)生影響。人們?cè)诜治龈泄舛鹊耐瑫r(shí)就能得知此時(shí)壓力容器是否存在缺陷問(wèn)題。檢驗(yàn)過(guò)程中，射線檢測(cè)方式多用于不銹鋼、鋁合金、銅合金等金屬受壓元件焊接接頭部位的檢測(cè)，因投照角度不同，射線檢測(cè)技術(shù)能夠直觀的了解壓力容器的內(nèi)部缺陷問(wèn)題，但無(wú)法對(duì)壓力容器表面裂紋檢測(cè)出來(lái)。超聲探傷技術(shù)的應(yīng)用依靠了超聲波的穿透能力，采用超聲波反射、散射、波形轉(zhuǎn)換等形式檢測(cè)壓力容器的幾何特征和力學(xué)性能。

2.2.2 衍射時(shí)差法檢測(cè)

金屬材料和零件在制造的過(guò)程中容易出現(xiàn)表面垂直裂紋缺陷危害。常規(guī)的脈沖回波檢測(cè)方法難以將入射聲波和缺陷反射波垂直，導(dǎo)致缺陷問(wèn)題無(wú)法被檢測(cè)出。如果需要得到該類缺陷在厚度方面的取向長(zhǎng)度定量信息，建議采用衍射時(shí)差法進(jìn)行缺陷的檢測(cè)。這種方法以超聲衍射為原理，屬于無(wú)損檢測(cè)技術(shù)中的一種，與脈沖回波法不同，它能夠提供更加先進(jìn)的缺陷檢測(cè)與定量能力。衍射時(shí)差法也被稱為TOFD檢測(cè)方法，與脈沖反射法相對(duì)而言，TOFD檢測(cè)技術(shù)對(duì)壓力容器缺陷的檢出率和檢測(cè)精度更高。該技術(shù)以衍射信號(hào)為基礎(chǔ)，檢測(cè)壓力容器缺陷時(shí)不會(huì)受到方向性的影響，且缺陷的檢測(cè)能夠以圖像的形式展現(xiàn)出來(lái)，所有缺陷信息科擁有保存。TOFD檢測(cè)技術(shù)支持全自動(dòng)數(shù)據(jù)采集方式，不會(huì)受到過(guò)多的人為影響，檢測(cè)范圍較大，可對(duì)12mm以上厚度的工件對(duì)接頭進(jìn)行探傷。雖然TOFD檢測(cè)方法不基于波幅，但如果波形信號(hào)不強(qiáng)，且波幅過(guò)低，這將對(duì)缺陷定量產(chǎn)生影響。因此，可以參考試塊中的橫通孔科學(xué)設(shè)置靈敏度，將反射信號(hào)波幅設(shè)置成80%滿屏高。

2.2.3 磁粉檢測(cè)

強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境中，鐵磁材料發(fā)生磁化后，材料表面不連續(xù)處會(huì)產(chǎn)生磁導(dǎo)率變化，從而導(dǎo)致磁感應(yīng)線溢出壓力容器而產(chǎn)生漏磁場(chǎng)。吸附壓力容器表面的磁粉后，光照作用下能夠看到磁顯痕跡，從而檢測(cè)出壓力容器鐵磁表面微米大小的缺陷問(wèn)題。但與其他檢測(cè)技術(shù)相比，磁粉檢測(cè)只適合用在鐵磁材料表面的缺陷檢測(cè)，不適合用于多孔材料中，所以無(wú)法檢測(cè)出壓力容器的內(nèi)部缺陷問(wèn)題。使用CJW-2000型熒光磁粉探傷機(jī)，可全方面檢測(cè)壓力容器表面和近表面因鍛壓、淬火、研磨、疲勞而引起的裂痕及夾渣等細(xì)微的缺陷。

2.2.4 滲透檢測(cè)

滲透檢測(cè)能夠有效的用在非多孔性金屬和非金屬材料當(dāng)中，比如陶瓷制品的檢驗(yàn)或石墨類制品的檢驗(yàn)。壓力容器滲透檢測(cè)的最佳適宜溫度在20℃左右，最低為10℃，最高為40℃。實(shí)際檢測(cè)當(dāng)中，應(yīng)根據(jù)受檢焊接接頭表面和缺陷表面是否存在干擾滲透檢測(cè)的固體或者液體污染物，以此確保滲透檢測(cè)工藝的成功。清洗焊接接頭部位時(shí)，產(chǎn)生的殘留物會(huì)妨礙滲透液對(duì)缺陷的深入，如果殘留物為強(qiáng)堿或強(qiáng)酸物質(zhì)，物質(zhì)可能與滲透液產(chǎn)生有害反應(yīng)。因此，應(yīng)當(dāng)將零件受檢表面固體或液體污染物及時(shí)清理干凈。在壓力容器表面噴涂滲透劑，滲透劑中帶有著色染料與熒光染料，經(jīng)過(guò)毛細(xì)作用后，如果壓力容器表面有缺陷問(wèn)題，滲透劑就會(huì)將表面填滿。將多余的滲透劑擦干凈，使壓力容器表面保持干燥，再使用顯像劑，通過(guò)光照即可發(fā)現(xiàn)缺陷問(wèn)題。

3 總結(jié)

總而言之，面對(duì)壓力容器的各類缺陷問(wèn)題，有必要優(yōu)選焊接材料，明確焊接工藝，按照相應(yīng)的操作規(guī)范完成壓力容器的焊接工作，以此提升壓力容器焊接作業(yè)質(zhì)量，保證設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。通過(guò)射線檢測(cè)與超聲檢測(cè)、衍射時(shí)差法檢測(cè)、磁粉檢測(cè)、滲透檢測(cè)等無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，盡可能的延長(zhǎng)壓力容器的使用壽命，保證設(shè)備高效運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

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[2]閆虎剛.壓力容器焊接工藝評(píng)定常見(jiàn)問(wèn)題分析及解決措施[J].化工管理，2020（14）：133-134.

作者簡(jiǎn)介：

王傲（1991- ），性別：男，民族：漢，籍貫：山東省莘縣，學(xué)歷：本科，畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué);現(xiàn)有職稱：初級(jí);研究方向：檢驗(yàn)檢測(cè)。