1 理化分析
首先 ,对开裂法兰进行了化学成分分析
分析结果表明 ,该法兰及焊接材料的化学成分均符合相关标准要求 。对该法兰颈部外表面及密封面分别进行布氏硬度测试 ,其布氏硬度测试值符合JB4728-2000标准要求 。
在材料化学成分合格、硬度检测合格、管道安装符合技术要求、耐压试验操作规范的前提下 ,管道法兰在耐压试验过程中开裂 ,说明产生的缺陷与法兰的内部组织结构或其他未知因素有关 。
2 裂纹性质分析
2.1 表面裂纹形貌
将该泄漏法兰从管道上切割下来 ,对其进行全面宏观检查 ,发现法兰内表面存在裂纹 ,最长为3mm ,宽为0.5mm ,裂纹及其附近已经产生锈渍;法兰螺栓孔内表面也发现较多裂纹;法兰密封面及其他位置发现多处非金属夹杂物 ,个别非金属夹杂物因脱落在法兰密封面表面形成小凹坑 ,凹坑最大为 2.0mm ,最小为 0.8mm ,凹坑的边缘有肉眼可见的微小裂纹 。
对同厂家、同批次的其他奥氏体不锈钢法兰进行现场宏观检查 ,发现多件法兰存在不J9九游会度的缺陷 ,有的法兰外表面存在肉眼可见的明显裂纹 。宏观检查结果进一步表明 ,法兰泄漏与法兰本身因素有关系 。
2.2 剖面裂纹形貌
为进一步探求法兰泄漏的真正原因 ,随机选择一件同厂家、同批次 ,且密封面上因非金属夹杂物脱落而形成小凹坑的平焊法兰 ,对其进行解剖 ,将其分成大小不均的三份 ,仔细观察其剖面发现 ,法兰的6个剖面中有4个剖面有肉眼可见的裂纹 ,裂纹几乎贯穿整个剖面 。
选择其中一个剖面 ,经粗磨、细磨、腐蚀后观察 ,裂纹更加明显 ,几乎贯穿了整个剖面 。裂纹具有一定的宽度 ,大多裂纹空隙处噙含黑色非金属夹杂物 ,其中有一处夹杂物距离法兰密封面约3.0mm ,直径约 2.5mm ,夹杂物上部至密封面有明显的补焊痕迹 ,补焊面积约380mm2 ,补焊深度达3.0mm 。
在这条新建的工艺管道上 ,使用的管道组成件并非是利旧品 ,而是新购进的产品 ,在法兰剖面上发现了多处噙含非金属夹杂物的裂纹 ,可以初步判定:裂纹的产生与大量存在的非金属夹杂物有关 。而剖面上的补焊痕迹 ,却是一种令人费解的、非常不正常的现象 。
2.3 金相组织分析
为进一步探求裂纹产生的原因 ,弄清楚新购买的法兰在组焊到管道上之前是否真的经历了补焊 ,对法兰剖面裂纹位置进行金相检验 。
取1中所述试件 ,对法兰剖面上有补焊痕迹的位置进行细磨、抛光 ,在100倍显微镜下观察 ,裂纹更加清晰 ,较长的裂纹内部含有体积较大的条状非金属夹杂物(见图2)及剖面上弥散的点状非金属夹杂物;裂纹尖端秃钝 ,裂纹两侧未见明显异常现象;该处金相组织含枝晶状奥氏体 ,是典型的奥氏体不锈钢焊接接头组织 。3 裂纹性质判定
综合上述法兰裂纹形貌、断口特征、裂纹微观形貌及金相组织分析结果 ,表明裂纹产生在法兰生产过程中 ,属于沿夹杂物尖端的锻制裂纹 。为了消除法兰表面明显的裂纹 ,在法兰出厂前确实经历了补焊 。
4 裂纹成因分析
4.1 大量存在的非金属夹杂物 ,是裂纹产生的根源
由于制造法兰的锻坯内存在大量的非金属夹杂物 ,在锻制过程中 ,体积型夹杂经反复锻制 ,变成面积型夹杂 ,使材料内部产生了沿夹杂物尖端的锻制裂纹 。体积较大的夹杂物锻制后变成了尺寸较大的裂纹;体积较小的夹杂物锻制后变成了尺寸较小的微裂纹 。这些裂纹大多是埋藏裂纹 。
锻坯经过机加工后 ,埋藏裂纹有的变成了表面裂纹 ,这就是宏观检查中发现法兰内外表面、螺栓孔内存在较多的微裂纹的原因 。对于法兰表面尺寸较大的裂纹 ,为了能让产品出厂 ,生产厂家采取了打磨→消除表面裂纹→补焊→再次机加工等手段 ,使法兰外观上看起来没有明显的缺陷 。这就是法兰补焊面积380mm2、补焊深度3mm的原因 。
4.2 锻制裂纹在试验压力作用下进一步扩展 ,致使法兰最终泄漏
大量存在的非金属夹杂物 ,会降低材料的塑性和韧性 ,裂纹内部的夹渣使裂纹的尖端产生应力集中 ,法兰无法承受外加载荷 ,致使在耐压试验过程中 ,试验压力刚刚达到0.6MPa ,法兰便开裂泄漏 。5 采取的措施
(1)将所有问题法兰全部更换 。
(2)继续查找本装置中使用的同厂家、同批次的其他管件 ,采用相应检验手段 ,确认其是否合格 。
(3)对新更换的法兰 ,除了复验其化学成分、力学性能外 ,还应进行宏观检查 ,评价其几何尺寸和表面光洁度 ,并检查是否有非正常几何尺寸不连续处 。
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