1全面檢驗2020年8月對某食品加工企業(yè)在用抽出槽(屬壓力容器)根據(jù)《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的規(guī)定應(yīng)進行全面檢驗[1-2]，該設(shè)備使用時間較長，工況相對比較復(fù)雜。

　　2缺陷分析

　　氯化物應(yīng)力腐蝕開裂是指處于氯化物水溶液中的300系列不銹鋼或部分鎳基合金在拉應(yīng)力、溫度和氯化物水溶液的共同作用下產(chǎn)生起源于表面的開裂[3]。分析該設(shè)備裂紋產(chǎn)生的部位及形態(tài)，結(jié)合抽出槽母體材質(zhì)及使用工況推斷該裂紋應(yīng)為氯化物應(yīng)力腐蝕開裂[4]。

　　2.1硬度測試罐體表面維氏硬度為HV1.0352～HV1.0413，中心處的硬度為HV1.0149～HV1.0155，內(nèi)部硬度為正常的304鋼固溶態(tài)硬度，表層由于筒體卷壓時受外力作用產(chǎn)生加工硬化，硬度升高，耐蝕性降低。

　　機械論文投稿刊物：《鑄造技術(shù)》雙核心期刊是什么意思? 創(chuàng)刊于1979年，是中國鑄造協(xié)會會刊，中文核心期刊，中國科技核心期刊，國內(nèi)外公開發(fā)行。《鑄造技術(shù)》是一本集中報導(dǎo)我國鑄造領(lǐng)域先進科研成果、實用工藝技術(shù)、生產(chǎn)管理經(jīng)驗以及鑄造行業(yè)發(fā)展動態(tài)的綜合性科技期刊。覆蓋鑄鐵、鑄鋼和有色合金鑄造等整個鑄造工業(yè)領(lǐng)域。讀者對象為企業(yè)管理人員、技術(shù)人員、技術(shù)工人、大專院校師生、科研院所工程研究人員等。

　　2.2金相分析罐體金相組織主要為奧氏體，表層受加工硬化影響，產(chǎn)生位錯。基體組織較正常，晶粒度沒有惡化跡象。裂紋走向由表及里呈根須狀分布，起始于靠近巖棉的外側(cè)，向高壓蒸汽一側(cè)延伸，開口處氧化較為嚴(yán)重，裂紋內(nèi)部也有氧化，裂紋多為穿晶開裂，多呈樹枝狀，有分叉，此現(xiàn)象符合應(yīng)力腐蝕特征。

　　2.3化學(xué)成分罐體材質(zhì)化學(xué)成分與304材質(zhì)要求無明顯差異，w(Ni)8%～12%的大應(yīng)力腐蝕開裂敏感性區(qū)間。綜上，罐體在使用過程中受高壓高溫蒸汽的影響，表層膨脹產(chǎn)生拉應(yīng)力，同時由于材質(zhì)表層本身存在加工應(yīng)力，在設(shè)備啟動往復(fù)循環(huán)作用力下，不銹鋼表層鈍化膜容易產(chǎn)生斷點。罐體外側(cè)有巖棉包裹，微環(huán)境封閉，斷點不能及時與氧氣接觸，無法重新生成鈍化膜。同時，詢問使用單位維護情況時，發(fā)現(xiàn)存在人為灌注自來水加速降溫冷卻等不當(dāng)操作，這使得罐體外表面在與封閉氣氛中的氯離子等腐蝕性介質(zhì)接觸時，產(chǎn)生了點腐蝕。罐體長期在應(yīng)力和微腐蝕環(huán)境下，表面產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，當(dāng)其中某一點貫穿罐體時，高壓蒸汽會加快腐蝕速度，使罐體加速腐蝕老化，主裂紋得以沿應(yīng)力垂直方向延伸，并伴生大量次生微裂紋。

　　3本體維修

　　3.1焊前預(yù)處理

　　設(shè)備筒體表面去除浮銹打磨光亮后，在裂紋兩側(cè)附近表面進行滲透探傷，確定開裂范圍[5]。在確定裂紋端部位置后應(yīng)在兩側(cè)鉆孔去掉尖角，防止打磨過程中產(chǎn)生應(yīng)力導(dǎo)致母材裂紋延伸。由于母體材料為304不銹鋼，因此采用機械冷加工方式去除裂紋并加工V形坡口，并對坡口及其兩側(cè)各30mm范圍內(nèi)的氧化皮、油脂等雜物進行徹底清理，打磨過程中禁止使用高碳的砂輪或砂紙。施焊前應(yīng)當(dāng)對坡口兩側(cè)作必要的防護，防止粘附焊接飛濺物。

　　3.2焊接工藝

　　304不銹鋼常溫下平衡相為奧氏體組織，快冷也不會形成硬脆馬氏體，因此不需要采取預(yù)熱措施。焊接過程中采用小熱輸入會導(dǎo)致焊縫冷卻速度過快，使焊縫金屬中的鐵素體組織相含量增加;而過大的熱輸入易造成焊縫金屬過熱，導(dǎo)致晶粒粗大，這樣就使焊接接頭性能降低。所以，焊接時對層間溫度應(yīng)控制得當(dāng)，控制在150℃以下。不銹鋼焊接時，熔池在結(jié)晶的后期，即在固液共存溫度下由于殘存的低熔點共晶化合物易產(chǎn)生凝固裂紋。

　　試驗得知，304不銹鋼BRT起止溫度為1430～1370℃，脆性溫度區(qū)間為60℃，臨界最小應(yīng)變?yōu)?.6%，脆性敏感度較一般碳鋼的低，焊接性較好[6]。焊接剛結(jié)束時如果處理不當(dāng)，碳化物會沉淀在奧氏體晶界上，降低材料的韌性和抗晶間腐蝕能力，所以焊后應(yīng)讓焊件自然冷卻至室溫，不需要采取緩冷措施。焊接中使用的清理工具如鋼絲刷、刨錘及打磨用的砂輪必須專用，隔絕不銹鋼與碳鋼直接接觸，避免導(dǎo)致本體粘有鐵屑等雜質(zhì)而產(chǎn)生點蝕等缺陷。

　　3.3施焊

　　采用手工鎢極氬弧焊進行平焊，焊材為��2.0mm的H08Cr21Ni10焊絲，采用��2.4mm的鈰鎢極。保護氣體為φ(Ar)99.9%，進行正反面保護，流量10L�Nmin。層間溫度為60℃，電源極性為直流正接，電弧電壓12～14V，焊接電流120～140A，焊接速度8cm�Nmin，熱輸入≤12.2kJ�Ncm。施焊環(huán)境溫度>0℃，空氣相對濕度<90%。應(yīng)由熟練焊工嚴(yán)格按照上述焊接工藝參數(shù)施焊。由于補焊區(qū)域較長，為防止焊接變形過大，焊接前應(yīng)先在適當(dāng)位置點固焊3～6處，采用間斷法進行焊接。每道焊接工序完成后用橡膠錘敲打焊縫，以便減小殘余應(yīng)力，同時也適當(dāng)降低熱影響區(qū)的溫度，減小熱影響區(qū)的范圍，不可水冷。每層焊接完成后應(yīng)打磨并清除焊縫油污，進行滲透檢測。

　　3.4焊后應(yīng)力消除

　　當(dāng)奧氏體不銹鋼在腐蝕性介質(zhì)中工作時，若材料中存在殘余應(yīng)力時，材料在腐蝕性介質(zhì)中會非常容易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋。常規(guī)方法是奧氏體不銹鋼焊后進行消應(yīng)力熱處理，溫度為870～900℃，而奧氏體不銹鋼易發(fā)生敏化的溫度范圍在400～800℃，在消應(yīng)力處理過程中，如果升、降溫階段在400～800℃停留時間過長，會使碳化鉻沿晶界連續(xù)析出，晶界附近貧鉻，晶界處于首先被腐蝕狀態(tài)，即發(fā)生敏化，使結(jié)構(gòu)和零部件的力學(xué)性能急劇下降[7]。

　　本次維修中采用奧氏體不銹鋼超載處理技術(shù)[8]，以消除補焊區(qū)域的焊接殘余應(yīng)力。在焊接完成后，按工藝要求，對設(shè)備筒體所有開孔及接管進行補強以承受超壓作用。每個接管的管端處焊接密封帽或盲板在保證密封的前提下進行水壓試驗，按計算的強化應(yīng)力進行加壓，此時，熱影響區(qū)等部位在水壓的作用下，首先產(chǎn)生塑性變形，但因奧氏體不銹鋼的強化作用，這些薄弱部位的塑性變形立即受到阻礙，而將變形分布到容器的其他部位。如此反復(fù)交替，就可以使母材、焊縫和熱影響區(qū)的金屬均被強化，同時焊接殘余應(yīng)力得以消除。

　　3.5無損檢測補焊完成后，按照NB�NT47013—2015的要求進行射線探傷，Ⅱ級合格。

　　4結(jié)語

　　抽出槽設(shè)備在使用過程中應(yīng)注重設(shè)備本體的日常維護，嚴(yán)格禁止不當(dāng)操作;對介質(zhì)中的氯離子含量進行嚴(yán)格地控制;盡量避免保溫層破損和外表面氯化物集中或沉積，降低材料的表面粗糙度，防止機械劃痕、擦傷和麻點坑等，減少氯化物聚集的可能性，避免材料直接接觸腐蝕介質(zhì)。在維修過程中，需根據(jù)工藝評定試驗結(jié)果制訂詳細(xì)的工藝規(guī)程和工藝紀(jì)律，并要求焊工嚴(yán)格執(zhí)行，以確保工程質(zhì)量。同時應(yīng)當(dāng)重視設(shè)備開裂成因，焊 接完成后應(yīng)盡可能消除殘余應(yīng)力，保證設(shè)備使用可靠性。

　　參考文獻：

　　[1]GB150—1998鋼制壓力容器[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1998.

　　[2]NB�NT47013—2015承壓設(shè)備無損檢測[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2015.

　　[3]李飛杰.蒸壓釜定期檢驗發(fā)現(xiàn)母材裂紋分析[J].設(shè)備管理與維修，2020(5):126-127.

　　[4]GB�NT30579—2014承壓設(shè)備損傷模式識別[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014.

　　[5]生利英.輪帶裂紋的修復(fù)補焊工藝[J].鑄造技術(shù)，2012(10):1218-1219.

　　[6]蔣有榮.304L代替321不銹鋼可行性研究[C]�N�N全國核材料學(xué)術(shù)交流會論文集，2006.

　　[7]于建平.CD4MCuN雙相不銹鋼補焊工藝評定試驗綜述[J].焊接技術(shù)，2013，42(5):48-51.

　　[8]趙大年.奧氏體不銹鋼焊后消除應(yīng)力的工藝探討[J].煉油與化工，2010，21(3):53-54.

　　作者：張鋒