2000m3球罐焊缝裂纹缺陷修复

摘要： 本文对一例使用两年的2000m3球形储罐，在全面检验时发现罐体焊缝内存在多处裂纹的原因进行了分析，详细介绍了针对该球罐焊缝缺陷所制定的修复方法，确保了该球罐的安全运行，同时对以后进行其他同类球罐的检验以及缺陷处理提供了借鉴。

关键词： 球罐； 焊缝裂纹； 缺陷修复

中图分类号： TG457.5 文献标识码： A 文章编号： 1009-8631（2013）02-0026-02

引言

球形容器亦称球罐，通常作为有压介质的储存器。球罐与常用的圆筒形容器相比具有以下特点： 1）球罐的表面积最小，即在相同容量下球罐所需钢材面积最小； 2）球罐壳板承载能力比圆筒形容器大一倍，即在相同直径、相同压力下，采用相同钢板时，球罐的板厚只需圆筒形容器板厚的一半； 3）球罐占地面积小，且可向空间高度发展，有利于地表面积的利用； 4）球罐还有基础简单、受风面小、外观漂亮等特点。因此，广泛用于冶金、化工、石油和城市煤气等行业中。球形容器是在复杂应力状态下工作的，若在制造中存在某些缺陷，运行中就易出现脆性失效，以致发生恶性事故，因此，必须按照国家有关规定认真开展对球罐的定期检验、缺陷修复和安全等级评定工作，确保球罐的安全运行。本文对T-4303民用液化气球罐全面检验中发现的缺陷进行了原因分析和修复方法介绍，确保了该液化石油气球罐的安全运行，对以后进行其他同类球罐的检验以及缺陷处理提供了借鉴。

1 球罐概况简介

1.1 该2 000m3液化石油气球罐于2009 年 6月投入运行，2011年 5月开始对其进行首次全面检验，球罐各项主要技术参数见表一。

1.2 球罐结构形式：10支柱3带混合式。球壳板数：34 块。安装对接焊缝总长：381.2m。

2 检验前期准备

倒空罐内介质，泄压，用氮气置换，断开进出口管线并加装盲板，蒸汽蒸罐，水洗，氧含量、可燃气体分析合格。

搭接脚手架，罐外壁所有焊缝表面及其两侧边缘向外200 mm宽除锈打磨。

3 全面检验结果

依据《固定式压力容器安全技术监察规程》、《压力容器定期检验规则》以及现行的有关标准、技术条件、设计图样制定检验方案。主要检验项目为宏观检查、 壁厚测定、 无损检测、 硬度测定、 安全附件检查、 耐压试验等。采取对其材质、结构、腐蚀情况、焊缝表面状态、焊缝内部缺陷、强度校核等项目（及相关资料）进行了全面的检查。球罐焊缝的检验采用无损检测方法进行，焊缝表面采用100%射线探伤和100%磁粉检测，焊缝内部采用超声波检测抽查，当发现有超标缺陷时，采用100%超声波检测。磁粉检测结果为：在焊缝及热影响区表面未发现有缺陷的磁痕显示；超声波检测共发现焊缝内部缺陷13处（见表2：焊缝超声波检测结果），射线检测发现缺陷8处（见表3：焊缝射线检测结果）。球罐是受内压的容器，不允许存在裂纹等线状或面状缺陷，一旦检出，则应将缺陷清除修补后，经无损检测确认消除。

4 裂纹产生的原因分析

发现该罐缺陷较多后，立即组织相关单位的专家对该台球罐焊接缺陷的形成原因展开了认真的分析和调查研究。经过对该罐档案资料的调查和裂纹性状的分析，判定该罐裂纹产生的主要原因来自组焊过程中。

4.1 安装方面的原因

4.1.1 该球罐为冬季野外安装，受天气影响大，焊接多采用手工焊，施工环境复杂，未严格控制焊前预热和后热的温度，使得冷却速度快而产生硬脆组织， 由于拘束应力大，从而产生冷裂纹。

4.1.2 球壳板组对时产生的拘束力，焊后应力无法释放，在焊层间产生裂纹；在球罐上极板、下极板、环缝组装时，为保证组对间隙，需对个别板块进行调整，难免存在强行组对的情况，（视从事球罐组对人员的技术能力而定），使球罐局部产生组装应力（拘束力），焊接时产生的微裂纹，在组装应力的作用下扩展为裂纹。

4.1.3在焊接时，焊条直径的选用、层次的选择不合理，焊层过厚、焊接方法、焊接线能量的大小，都将造成残余应力增大，如不严格执行焊接工艺规范，将导致裂纹的产生；不合理的焊接顺序和进行同步焊接的人员数量控制不好也是产生裂纹的一个因素。

4.2 使用方面的原因

该球罐使用时间为两年，该罐的安全附件经检验均无质量问题，安全阀经校验均为正常可用，根据球罐的运行记录，在使用期间，无超温超压等异常情况发生。

5 缺陷的修复

裂纹的缺陷存在于球罐焊缝中是不允许的，必须进行清除后补焊。在实施缺陷的修补前，必须编制球罐焊缝的返修方案，经相关部门的审核批准后方可实施。

5.1 缺陷定位

每一缺陷打磨前应与检验人员到现场确定缺陷位置及大小，必须一次将缺陷清除干净。应根据检测报告绘制缺陷所在焊缝上的部位，并对缺陷进行编号。

5.2 缺陷清除

对于深度大于2/3从壳板内侧开挖，小于2/3从外侧开挖，任何一侧的刨槽深度大于2/3壁厚时应停止继续磨深，应将刨槽焊完后再从另侧清理。使用碳弧汽刨清除焊肉，在确认的挖补长度内先使用碳弧气刨清除熔敷金属，后用磨光机进行打磨直至消除缺陷、打磨过程中随时注意观察裂纹清除情况，使用磁粉探伤最后确认裂纹消除，并将坡口修磨便于焊接。

5.3 焊接

5.3.1 焊接参数

对于每个缺陷的焊接参数应逐一按照焊接工艺评定报告制定焊接参数。焊接参数对焊条直径、焊接层数、焊接电流、焊接电弧电压及线能量有明确规定。

5.3.2焊条选用

返修使用焊条必须符合NB/T47018-2011规定，焊条型号J557RH，焊条规格φ3.2，焊条使用必须焙烘380-400 ℃，并保温1小时，随用随取。

5.3.3焊接顺序要求

当打磨长度大于300mm时应分段，倒退施焊分段长度不小于150mm，以后填充层分段应保证分段长度起弧收弧处应错开上层焊道接头50mm以上，盖面层不分段自左至右一次完成，单层熔敷金属厚度不得大于3mm。

分段倒退焊时所有反接头必须进行处理修 磨便于反向接头，并应注意收弧时填满弧坑。运条过程中注意焊道宽度不得小于3mm。

5.4 预热及热处理

5.4.1 预热时采用电加热带在返修外侧预热，温度为不小于150 ℃，预热宽度为每侧距焊缝中心不小于200mm，加热时采取措施控制内外侧温差，随时用远红外测温枪内侧测量保持预热温度直至焊接完成，测温点应在焊接侧距焊缝中心100mm处测量，测温点应均匀分布整个焊接区域。

5.4.2 每一处缺陷返修工作完成后立即连续进行后热处理，立即进行后热消氢处理，温度为350℃，时间在0.5～1.1 h。目的是：使800℃～500℃间的冷却时间大于临界冷却时间CF，可避免冷裂纹的产生。

5.4.3 焊缝检查

外观检查：焊缝检测检查外观焊缝高度不大于原焊缝高度，应与母材圆滑过渡，不得有咬肉缺陷及其它不允许存在的缺陷。

36小时后用使RT MT、UT 三种方法检测，合格等级不低于JB4730相应规定的RT Ⅱ级、UT Ⅰ级、MT Ⅰ级。

5.4.4 热处理参数

焊缝检测合格后，为消除焊接应力，改善接头的组织进行热处理，热处理采用电加热带进行局部热处理，热处理温度控制在600±20 ℃，高温恒温不小于4小时，加热时，在400 ℃及以下可不控制升温速度；400 ℃以上，升温速度宜控制在55-130 ℃/h 范围内。降温时，从热处理温度到400 ℃的降温速度宜控制在55-150 ℃/h 的范围内，400 ℃以下可在空气中自然冷却。在400 ℃以上阶段，球壳表面上任意两测温点温差不得大于100 ℃。热处理曲线图如下：

5.4.5 硬度试验

热处理前后分别对补焊焊缝及母材进行硬度试验比较，测点不小于5点，其中补焊焊缝不小于2点，热影响区不小于2点，母材不小于1点；热影响区测点不得超过熔合线外2mm，热处理后的布氏硬度不应大于热处理前的125%，热处理后再次用MT、UT 二种方法检测，合格等级不低于JB4730相应规定的UT Ⅰ级、MT Ⅰ级，合格后罐体进行水压试验和气密性试验。经使用单位和检测单位相关人员现场确认合格。

6 结束语

球罐裂纹缺陷的控制，可以说是一项系统性工程，从形成焊接裂纹的因素人手，对每个环节，每个工序都要加以保证。在进行球罐的开罐检验当发现有裂纹性质的缺陷时，需要进行认真的分析认定，找出缺陷产生的主要原因，特别要认定是制造组焊过程中还是运行过程中产生的裂纹，针对裂纹的特征和部位，按GB12337-98《钢制球形储罐》和GB50094-98《球形储罐施工及验收规范》制定修复实施方案，严格依据修复方案进行缺陷的返修、检测、消除焊缝内及罐体的应力，最后完成球罐的强度试验，保证球罐的安全性能。

参考文献：

[1] 《球形储罐施工及验收规范》 GB50094-98.

[2] 《压力容器定期检验规则》 TSGR7001-2004.

[3] 《钢制球形储罐》GB12337-98.

[4] 《压力容器无损检测》 JB4730-94.

[5] 《固定式压力容器技术安全技术监察规程》 2009.