引言
广西某公司2台2000m³干气球罐于2000年9月建成，同年11月投入运行。根据《在用压力容器检验规程》的要求，球罐投用一年后，于2002年5月进行了首次开罐全面检验。在检验中，2＃罐没有发现超标缺陷，但1＃罐却发现了15处表面裂纹，且全部集中在赤道带与南温带的对接环缝上（约5块球壳板的宽度范围内）。对这一异常现象，本文分析了裂纹产生的原因，提出处理办法及预防措施。
1 球罐的主要技术特性
球壳型式：桔瓣式五带球壳，上、下极板各6块，南、北温带各4块，赤道带20块；
内 径：15700 mm；
壁 厚：28 mm；
设计压力：1.0 MPa；
设计温度:－19～＋50℃；
介 质:干气(CO2、CO、H2、CH4)
材 质:16MnR
实际操作压力:0.6MPa
2 球罐检验情况
2.1 宏观检查
对球罐的内、外表面进行宏观检查，焊缝的最大错边量：纵缝1.5 mm，环缝2.5 mm；最大棱角度：纵缝2.0 mm，环缝3.0 mm。在产生裂纹的球壳板上发现有强力组装遗留的焊疤痕迹，虽已打磨，但不彻底。母材表面有轻微腐蚀。
2.2 壁厚测量
每块球壳板测五个点，其最大壁厚为28.9 mm，最小壁厚为27.5 mm。
2.3 硬度测定
对每块球壳板的母材、焊缝及热影区各测一个点，其HB硬度值大部份集中在150～190之间，部分焊缝及热影响区测点偏高，最大HB300。
2.4 无损检测
2.4.1 磁粉探伤（MT）
对球罐的内、外表面对接焊缝、角焊缝及其热影响区进行了100％的磁粉探伤（MT）检查，共发现15处表面裂纹，且全部集中在同一条环缝（赤道带与南温带的对接环缝）的熔合线附近或热影响区上，在约五块球壳板的宽度范围内。裂纹的长度、深度如下表所示（单位mm）：
|
编号 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
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长度 |
390 |
510 |
40 |
320 |
50 |
530 |
230 |
20 |
70 |
3100 |
210 |
100 |
250 |
80 |
35 |
|
深度 |
2.0 |
3.0 |
2.5 |
4.5 |
1.5 |
2.0 |
1.5 |
1.5 |
2.0 |
8.0 |
3.0 |
2.0 |
2.5 |
2.0 |
2.0 |
2.4.2 超声波探伤（UT）和х射线探伤（RT）
对球罐球壳板对接焊缝进行了100％的UT检查和20％的RT检查（共272张片），除了确认MT发现的部分裂纹外，还发现一处内裂纹，长55 mm，距表面5 mm；一处夹渣，长25 mm，距表面3 mm。
3 裂纹产生原因分析
（1）两个球罐均为同一家专业球罐公司在同一时期制造,使用条件亦相同。经检验，2＃罐没有发现超标缺陷；但是，1＃罐却在内表面环缝上较集中地发现了15处表面裂纹和2处内部缺陷，尤其是（10＃）裂纹长达3100mm，深达8mm，这是很罕见的现象。
（2）审查设计、制造技术资料，发现球罐没有进行整体热处理。因此球罐焊缝内部可能存在较大的残余应力，它与局部弯曲应力、薄膜应力相叠加，可达到材料的屈服极限。再加上含氢介质以及焊缝金属中扩散氢的作用，导致了延迟裂纹的产生，即在安装及验收时经检验未发现的裂纹，而在使用过程中产生形成了。原因有以下几点：
一是球罐为分带组装，环焊缝错边量较难控制，造成强力组装，残余应力大。从残留的焊疤分析，肯定存在强力组装现象。
二是焊条的原因，焊条烘干温度和保温时间可能当时未达要求，使用过程中不注意保温，或者焊缝坡口表面被污染等，致使焊缝金属的氢含量偏高。
三是焊接现场的工作条件差，焊前预热和焊后热处理温度难以保证，亦使焊缝金属的含氢量增加。
四是焊缝熔合区及热影响区含有板条马氏体组织及上贝氏体组织，在含氢介质及湿H2S的作用下引起渗氢而发生脆化。
因此，可以认为所出现的裂纹性质应属于由氢引起的“氢致裂纹”。在球罐运行初期残余应力较大的条件下，该类裂纹的出现与发展显得相当典型。
4 缺陷的处理
对于MT发现的缺陷，用砂轮进行打磨处理，直至缺陷消除。消除缺陷后的沟槽，其深度≤2mm者，不必补焊，即用砂轮进行圆滑过渡打磨,其坡度为1∶4；打磨深度＞2mm者，则垂直打磨消除缺陷，并制备成合理的焊接坡口，然后用焊接方法修补。所有打磨部位均经MT检查确认缺陷已消除。
对于UT、RT检查发现的内部缺陷，在内侧用UT准确定位，然后用砂轮打磨找出缺陷，并辅以MT检查将缺陷消除，同样打磨出合理坡口，用焊接方法补焊。
焊接修补施工与验收，严格执行GB50094－1998《球形储罐施工及验收规范》等有关规定。
补焊用焊接材料为E5015,Φ3.2mm低氢型焊条，烘干温度350～400℃，烘干时间2h，保温温度为150～200℃。直流反接，电流120～150A，线能量20～30KJ/cm。焊缝焊前的预热温度150℃，预热面积约300mm×300mm。
采用“逐层锤击波”消减补焊所造成的焊接应力，每层的锤击时间为2～3min。
盖面焊采用“回火焊道法”。
焊后立即进行后热消氢处理，后热温度为200～250℃，保温时间1h。
补焊24h后进行MT、UT、RT检查，符合相关标准规定。
经无损探伤合格的焊缝，进行局部热处理。热处理工艺参数：
回火温度（625±25）℃，保温时间120min；加热速度：300℃以上取60～80℃／h,300℃以下不限；冷却速度：300℃以上≤40℃/h,300℃以下不限。所用的加热设备均为远红外电加热板，加热体尺寸为890mm×250mm带状，每片加热器的功率为10KW。加热过程中用玻璃棉保温，用热电偶与测温仪表记录监测温度。
5 结束语
（1） 在用球罐焊缝出现的延迟裂纹多属于“氢致裂纹”。金属中的淬硬组织、含氢量以及一定的应力水平，这三方面的综合作用，是形成氢致裂纹的原因。
（2）压力容器的制造、安装必须严格执行工艺及规范要求，严禁强力组装，杜绝侥幸心理。
（3）2＃球罐及1＃球罐其他部位也有出现氢致裂纹的可能，在下一次检验中必须仔细检查。
