09MnNiDR制厚壁容器制造检验的若干探讨

09MnNiDR制厚壁容器制造检验的若干探讨

谢力民

浙江省特种设备科学研究院 浙江省 310020

摘要：本文通过分析一台厚壁09MnNiDR制低温容器的制造案例，结合法规标准，对制造监检中涉及的特殊材料^[1]、焊评、热处理试件、焊接试件等关键问题进行引申探讨，为监检人员提供借鉴。

关键词：特殊材料；监督检验；焊评；热处理试件；焊接试件

前言：该脱乙烷塔介质为乙烯、乙烷、丙烯，特性为易燃易爆易挥发，轻度毒性（第一组），容积1054m³，设计压力3.0Mpa，设计温度-45/110℃，直径5200mm，高度58300mm，封头壁厚66mm，筒体78/56mm。09MnNiDR在GB150.2-2011^[2]表4中使用温度下限为-70℃，在TSG21-2016监督检验中属于特殊材料。

一、材料监检

1、钢板。09MnNiDR应符合GB3531-2014《低温压力容器用钢板》，正火供货且逐张超声检测，NB/T47013.3-2015不低于Ⅰ级为合格。根据TSG21-2016对特殊材料监检的规定，主要受压元件材料及标记移植属于B类监检点，监检人员应进行现场监督，核对质保书，60mm以上的钢板是否按照图样进行逐张拉伸试验，抽查标记移植，谨防混乱用错，钢板缺陷不得焊补。

2、接管。需注意钢板冷卷成形的变形率，超标的应进行热处理。计算变形率=50δ[1-(R_f/R₀)]/R_f，见GB150.4中8.1.1，对壁厚较厚的钢板卷制接管，变形率容易超标也容易被忽视，超过5%的通常在卷制后即消应力热处理，然后焊接接管纵缝，最后随设备整体热处理。

3、焊材。根据GB150.4对低温容器焊材的规定以及NB/T47018.2-2017的规定，应复验焊条扩散氢含量，且采用水银法或热导法测定，合格指标见NB/T47018.2-2017表4；对埋弧焊焊接材料，NB/T47018.4-2017规定质保书应当包含焊剂与相组配的焊丝批号，当焊丝与焊剂批号与质保书内容不相同时，应进行复验，合格后才能用于焊接承压设备。

二、焊接监检

1、焊评。监检除了审查厚度范围，还应关注焊接位置、热处理的覆盖。大型设备的球形封头瓜片拼接，以及超大直径筒身的立置组焊，采用向上立焊，线能量焊热输入变高，属焊评重要因素，审查焊接位置是否正确；封头为正火材料，热压过程势必会改变并破坏原材料的正火状态，热压后需正火以恢复其正火状态的力学性能，设备最终还需消应力热处理。

2、施焊过程。举例纵缝A1：①清理坡口及两侧，且进行100%MT检测；②坡口及两边不小于100mm的区域采用电加热或火焰加热进行预热，T≥100℃（若预热温度过低，比已评定合格值低50℃以上，属于重要因素，引用的焊评将不适用），预热温度不得高于最高道间温度；③采用SMAW组对定位焊。在壳体纵缝A1延长部位带焊接试板一块，同时施焊；④里口SAW，外口清根打磨经MT检测合格后SAW，为控制道间温度、降低拘束应力，里外口交替焊接，焊后立即进行（300~350℃，2.5h）消氢处理

三、热处理试件与焊接试件

1、封头试件。对厚度较薄的Q245R、Q345R这种碳钢、低合金钢正火板，行业内依靠控制终压温度不低于该材料的正火温度，然后空冷，即认为热压过程没有破坏正火组织状态，无需再次正火。但笔者认为：对于低温容器正火板，尤其是厚板，热压温度势必超过下转变温度，且存在温度梯度，冷却过程根本无法达到钢厂的精细化控制条件，靠控制终压温度代替正火热处理是不合理的。对该产品封头，热压之后需正火，为验证封头母材及封头拼接接头正火后是否恢复了正火状态的力学性能，制备一块封头母材热处理试件及一块封头焊接试件。①母材热处理试件按GB3531-2014的规定对试样进行力学性能、弯曲性能试验及-70℃的低冲。②封头焊接试件按NB/T47016-2011进行力学、弯曲性能试验，焊缝金属和热影响区的-45℃低温冲击试验。

2、筒体焊接试件。焊接试件随设备一起进行消应力热处理，按NB/T47016-2011的规定进行力学、弯曲性能试验，焊缝金属和热影响区做-45℃的冲击试验。

四、焊后热处理

壁厚56~78mm，设计温度-45℃，已达到GB150-2011.4的热处理要求，因长度限制需分上中下三段进行，内外预焊件与壳体的组焊应在热处理前完成，热处理后不得在设备上施焊。目前尚没有完善的方法进行热处理效果的检验，只能依赖热处理工艺的制定、规范执行，以及测温的布控来控制热处理。工艺如下：①上段所用20个热电偶在设备的上下里外均匀布置，并与筒体压实牢固。②焊接试件随炉消应力热处理，图1为上段筒体的热处理工艺曲线图，图2为热电偶布置图。③两处环向合拢接头进行局部焊后热处理，焊缝加热（把加热板固定贴紧在整圈焊缝，对整圈焊缝加热）每侧加热宽度不小于100mm，靠近加热区的部分应采取保温措施（在焊缝四周1米范围内用保温毯内外保温），使温度梯度不致影响材料组织性能。④具体热处理规范执行NB/T47015-2011中4.6条。

图1

图2

五、其他检验事项

该塔质量大，高度高，底部承受载荷重，又受偏心载荷和风力载荷影响，下封头与裙座的焊接接头处存在较大的几何不连续性，应力高度集中，容易因载荷疲劳导致裂纹产生。该设备并没有采用JB/T4710-2005《钢制塔式容器》7.4中所推荐的下封头拼接焊缝与裙座的交叉部位开设U型缺口的方法，而是采用在裙座与封头焊接前，交叉部位的封头焊缝余高磨平的处理，其打磨长度为裙座与封头相焊的宽度再加上每侧各至少2/3的焊缝覆盖宽度，并对打磨处进行100%MT检测。

结语

一台产品在制造前需制定并选用正确的焊接工艺评定来保证焊接性能及焊接质量，在制造过程中利用封头母材热处理试件，封头焊接试件，产品焊接试件来检验与验证过程质量，以及无损探伤、试压来确保安全性能。对大型复杂设备，监检人员不仅要掌握法规标准，还应审查技术协议的要求，结合风险评估报告以及可能的失效模式把握监检重点。

参考文献：

[1]TSG 21-2016《固定式压力容器安全技术检查规程》

[2]GB150.1~150.4-2011压力容器