反应器类设备封头复合层缺陷分析及修复

常燕明，张金凤，吴雪飞

（1.中核嘉华设备制造股份公司，甘肃嘉峪关 735100；2.嘉峪关市产品质量计量和特种设备检验检测中心，甘肃嘉峪关 735100；3.中核嘉华设备制造股份公司，甘肃嘉峪关 735100）

1 反应器类设备工况参数

本文选取的反应器设备参数如下：工作温度为150℃，常年工作压力为0.9MPa，材质为Q345R＋S30403，设备高度为12 000mm，设备直径为5 600mm，厚度为22mm，设备溶剂为200m3。通过研究反应器常年工作的状态，分析反应器设备封头复合层缺陷类型及其产生的原因。通过对设备工作状态进行分析，及时预测设备产生故障、缺陷周期，并且早期修复，保证反应器设备可以长周期的运营，延长设备的寿命，为企业节约维修设备、更新设备的费用。本文选取的反应器属于新更换不久的设备，本次利用停产检修时间对反应器中的重点设备进行检查。首先对设备的外表进行观察，可发现近设备封头母材一侧存在纵向微小裂纹，且裂纹全部垂直于环缝。接下来，工作人员采用专业设备对该部位进行渗透检测，经检验发现靠近封头一侧存在大量裂纹，裂纹全部垂直于封头和筒体的环焊缝。然后，工作人员逐渐扩大设备缺陷的检测比例，对筒体的纵缝进行检验，没有发现明显缺陷。最后，工作人员对设备封头和筒体复合层进行材质检测，该材质为S30403。由此可断定，该部分细纹缺陷属于设备的部分缺陷，只存在部分位置。

2 反应器类设备缺陷分析

由上文所述，工作人员在设备封头复合层处发现裂纹，经过对该反应器的上下封头的两道环焊缝进行统一渗透检测，经检验可发现在上环缝的封头近母材一侧存在19道裂纹，下环缝封头一侧又存在11处与环缝垂直的纵向微裂纹。设备中的裂纹主要集中在封头一侧，筒体复合层并没有裂纹产生。常见的不锈钢复合层裂纹可分为三种，分别是热裂纹、晶腐蚀裂纹以及应力腐蚀裂纹。每种裂纹的产生原因都不相同，表现在设备上的状态也不相同。

2.1 热裂纹

热裂纹主要是由于在生产过程中长时间处于高温情况下结晶产生的，后期冷却，在应用的过程中都会沿着结晶开裂，所以热裂纹又称结晶裂纹。该裂纹产生的主要原因就是在焊接环缝时温度过高，其焊缝以及周围受热影响的区域出现结晶裂纹，该裂纹带有氧化的彩色。设备生产的过程中，在封头复合层焊接环节最易产生热裂纹。在日常生产过程中，由于复合材料的不锈钢壁厚比较薄，所以通常会选择复层拼接。工人在拼接焊缝的过程后进行渗透检测，确保焊接后的产品并无缺陷。将复合板进行热处理，热处理主要是为保证产品各个力学指标能够符合相关规定，随后要进行超声检测，确保产品质量合格。如果设备在还没投入生产时产生裂纹，可能是由于供应方的检验人员没按照检验标准检测，造成不合格产品放行。该设备需要进行不锈钢复合层焊接环节，如果焊接过程出现失误就会产生裂纹缺陷。一般焊接的环节是先焊接基层焊缝，再进行过渡层焊接，最后焊复层。工作人员在焊接的过程中如果不降低复层焊缝金属中合金元素的含量，就会因为温差应力产生热裂纹。

2.2 晶间腐蚀

晶粒间界主要是指多晶体中不同取向晶粒间的界面，又被称为晶界，该界面有利于金属中各元素的偏析以及金属化合物析出沉淀。在对金属化合物进行偏析的过程中，金属元素可能会析出部分带有腐蚀性的介质，晶体间界受到腐蚀性介质的影响就会被先行腐蚀。晶体间界一旦受损，周围的晶体的结合力受到破坏就会出现失衡，这种现象被称为晶间腐蚀。晶间腐蚀在设备中的表现状态为呈树枝状沿晶体开裂。

2.3 应力腐蚀

应力腐蚀，就是在应力作用下，金属与腐蚀介质共同反应产生的失效现象。应力腐蚀一般都会经过晶体，所以又被称为穿晶腐蚀。本文所表述的设备裂纹就属于应力腐蚀产生的裂纹，其主要原因就是：本次发现的微裂纹主要发现在设备靠近封头一侧且都属于纵向微裂纹，经过一系列检验可知裂纹是在后天形成的，所以该设备的裂纹为应力腐蚀产生的可能性极大。经过对裂纹进行分析可知产生应力裂纹的两点原因：①压制封头的过程中产生应力，然后在进行焊接作业时，不锈钢材质受热后出现热膨胀，所以会在封头近母材一侧产生残余应力。②设备常年工作于高温高压的环境之下，在设备投入生产的过程中不断经历加温、加压的过程，生产所使用的物料也具有一定的腐蚀性，所以会在封头近母材一侧发生应力腐蚀，产生纵向裂纹。

3 封头复合层的缺陷修复

经过上述缺陷分析可知，设备中大部分出现的问题都是因为供应商在生产环节出现失误，造成设备质量不高，所以供应商应该严格控制产品质量问题，提高检验人员的检验能力，让其做好检验工作，保证产品的质量。检验人员认真工作可在一定程度上阻止不良产品进入市场，真正从根源处解决问题还是应该提高生产工艺，让工作人员按照更加科学、严谨的生产工艺操作，提高产品的整体质量。维修人员在修复设备时应该按照工艺要求操作，避免因不当操作损坏设备。

3.1 修复工艺

首先维修人员应该对设备进行超声检测，检测设备封头复合板焊缝及焊缝复层是否存在缺陷。针对裂纹缺陷，维修人员应该采用砂轮磨削或碳弧气刨等方式清除缺陷，对需要返修的坡口进行重加工，特别注意，在进行碳弧气刨时，应注意不要让工件上黏上碎屑。然后将刨槽打磨出金属光泽，其打磨的厚度应该≥1mm，刨槽长度应向缺陷两端延伸20mm，长度一般在50mm左右。经过刨槽之后应该保证底部磨成U形，并保证表面平整，便于后期施焊。施工人员应该针对经过打磨的表面作渗透检测，保证坡口表面无缺陷。维修人员应该保证表面无裂纹在进行堆焊。

3.2 修复标准

在进行设备封头复合层缺陷修复时，容易出现裂纹等缺陷，所以维修人员应该采用专业的多层多道焊，小电流、快速不摆动等小参数施焊。在施工的过程中应该保证各层不起弧。经过返修后的设备，应该保证设备焊缝表面无裂纹、无焊透等缺陷，并且复层焊面必须与复层表面保持光滑平整，在焊接工作完成后应该对焊缝表面的金属屑进行清理。经过外观检查后应该对焊缝区以及热影响区进行检测，确保设备无缺陷。特别注意，对焊接接头的同一位置的返修不能超过两次，进行焊接操作的工作人员应该持有相关证书，做过相关类型的耐蚀堆焊项目。如果维修人员具有相关耐蚀堆焊经验，可提高返修质量。

4 结束语

综上所述，反应器类设备封头复合层容易出现裂纹等缺陷，本文所研究的设备就是由于应力腐蚀导致的裂纹，经过维修人员的合理修复，可保证设备再次投产、安全使用。在日常工作中，设备管理人员应该控制好设备工作参数和介质特性，避免腐蚀应力产生。日常检修应该重点检查该部位，及时发现，及时维修。