球罐焊接质量分析及控制

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1、球罐焊接质量分析及控制摘要: 对球罐制造中易发生的质量问题进行了分析,并提出了改善措施,为公司今年球罐项目的顺利开展提供了较为可靠的技术依据关键词: 球罐 焊接 质量 分析 控制专业术语： 氢致裂纹 线能量 应力腐蚀 晶间腐蚀 0. 前言球罐属于压力容器中应用较广的项目，而目前，球罐的安全使用仍存在着严重的问题，失效事故也时有发生，而且常常是灾难性的。具相关资料所述因组装、焊接因素及环境综合作用引起的失效事故占总失效事故的75，由此看来，组装、焊接因素对球罐的质量影响是很大的。而在大量的失效事故中，裂纹是引起失效的主要原因。约占总破坏数的80左右。因此，从某种意义上来说，球罐的质量控制主要就是

2、裂纹的控制。1. 球罐的裂纹分析对于球罐来说，裂纹可分为制造中所产生的“先天性”裂纹和使用过程中所产生的“后天性”裂纹。以下将逐一对这两种情况作简要分析。1.1 制造中产生的裂纹 球罐在制造中所产生的裂纹主要是氢致裂纹，产生这种“先天性”裂纹的原因有以下几方面。1.1.1 材质的焊接性 就公司球罐所采用的16MnR钢来说，作为低合金高强钢，它的淬硬性较大，对裂纹较敏感。1.1.2 组装时的拘束引力 由于球罐在现场组装时条件恶劣，不可避免地要出现较大的尺寸偏差，组装时会产生较大的错边和角变形，造成局部应力集中，易产生裂纹，在球罐中环缝与纵缝相比，环缝的拘束度要比纵缝大。故大多数裂纹易出现在环缝上

3、。1.1.3 焊接工艺 主要包括焊条烘干、焊接顺序，焊接线能量以及预热、后热，层间温度控制。1.2 使用过程中产生的裂纹1.2.1 腐蚀开裂 就我公司球罐来说，接触的介质除大气外，主要是天然气，在材料化学成分、不良组织、介质以及应力等因素影响下，会引起晶间腐蚀开裂或应力腐蚀开裂。1.2.2疲劳裂纹球罐在交变应力作用下，会在远低于材料抗拉强度或屈服点的条件下产生裂纹。疲劳裂纹常在焊接接头应力集中点产生，焊缝中未焊透，夹渣，咬边等缺陷则是它的“先天”疲劳裂纹源，在腐蚀介质的作用下还会产生腐蚀疲劳裂纹。1.2.3原有“未超标缺陷”的扩大 原材料或球罐制造过程中产生的“未超标缺陷”经使用后扩展成为“超

4、标缺陷”。2. 球罐制造中的质量控制球罐的破坏事故大部分是由于裂纹导致的低应力脆性破坏。引起这种破坏的因素除了前面所讲的制造中和使用中产生的裂纹以外，还应包括内应力（工作应力、装配应力、焊接残余应力等的几何合成），以及材料的断裂韧性（ 主要是指接头处）。因此球罐制造中的质量控制就是对以上因素的综合控制，其主要控制要素可归纳如下：2、1 材料检验 该部分主要是对钢材化学成分及力学性能进行复验，以确保材料正确无误，其次要对板材外观（麻坑、裂纹、重皮）等缺陷检查并修复，另外要对球壳板内部质量由供货方采用超声波探伤，制造厂要对球壳板下料线50mm范围内进行100超声波探伤，不得存在有害于施焊的缺陷。2

5、、2 球壳板成形为防止加工脆化，在冷压成形前，钢板应进行500580回火处理，冲压好的球壳板要进行坡口磁粉探伤检查，以便及时发现切割、冲压时产生的微裂纹。2、3 球壳的组装球壳的组装质量是保证焊接质量的前提，组装质量的优劣主要表现在椭圆度、角变形及错口量（3mm）的大小上，如果组装的形状不规则，椭圆度超过球罐内径5，就会使一些接头产生较为复杂的内应力，产生裂纹。2、4 球罐的焊接球罐裂纹产生的原因主要是由钢材的淬硬、接头中的含氢量及分布，接头的拘束应力所决定的。因此从防范这些因素为出发点，应着重加强以下几方面的工作。2、4、1 焊接材料 焊接材料的选择主要是从施焊工艺性好，能满足接头强度性能要

6、求来考虑，一般按等强度选择或按比母材强度稍低选择，针对公司球罐项目中的16MnR钢，应选用结507焊条或H10MnSi焊丝较合适，另外还要严格焊条烘干制度。2、4、2焊接施工在焊接施工中应注意以下几个因素；1）、控制好焊接线能量。其目的是调整焊接接头冷却过程中800500的冷却时间，线能量的大小直接影响接头的质量，线能量过小易产生氢致裂纹，线能量过大易产生过热组织，使接头的缺口韧性下降。2）、 控制预热温度，其目的是减缓接头冷却速度，有利于接头组织的改善和氢的逸出。3）、 控制层间温度，由于球罐壁厚较厚（=34mm），需采用多层焊接，如不注意层间温度的控制，将使焊缝中的氢逐层积累，致使延迟裂纹

7、倾向增大，应将层间温度控制在不低于预热温度的下限值。4）、 控制后热及消氢处理温度，起主要作用是去氢，同时也可减缓冷却速度，提高接头韧性，减少残余应力。就我公司球罐来说，后热温度应为200-250，保温时间0.51h,消氢处理温度较高，在300-400，保温24h后空冷。5）、 合理安排焊接顺序，其目的是减小变形和残余应力，避免裂纹产生，其主要原则如下，先焊大坡口一侧再焊小坡口一侧，先焊纵缝后焊环缝。焊接时，以对称均匀焊接为原则，采用逆向分段焊法。6）、 控制焊接环境，主要注意施焊环境（是否有大于8m/s大风，是否下雨或雪），温度是否超标（-5）等不利因素。7）、 控制焊接检验，要彻底贯彻四个

8、100的检验要求，检验时，要注意发挥各检验方法的优点，而避开它的局限性，提高检验结果的可靠性。3、焊工考评 需保证参加施焊焊工均经过专门训练，经专门考试合格后，方可参加施工，这是影响球罐质量的一个极为重要的因素。4、消除残余应力由于球罐在施工完成后仍会在焊缝附近产生残余应力。当有裂纹源存在时很容易引起脆性破坏。因此对我公司球罐应在完工后进行高温整体热处理，即可较彻底地消除残余应力，又可避免有应力腐蚀所导致的应力腐蚀裂纹。5、结论由于天然气储气球罐为易燃易爆类压力容器，对其安全性要求很高，而其失效形式主要表现为裂纹破坏，因此从施工前准备，施工中工艺控制，及完工后处理这几个环节中均须从防范导致裂纹产生的内因和外因来综合考虑，采取一系列的有效措施才能确保工程质量达标，无论其中的任何一个环节出现漏洞都可能导致严重后果，这一点一定要引起我方的高度重视。2000M3天然气球罐安装制作质 量 控 制 技 术 说 明工程质量技术部2004年3月5日