不銹鋼法蘭開(kāi)裂分析

發(fā)表日期:2019-05-20

  不銹鋼法蘭,顧名思義,就是由不銹鋼鍛造而成的法蘭,而因為其材質(zhì)以及工藝的差異性,不銹鋼法蘭經(jīng)常會(huì )有開(kāi)裂的現象,下面就開(kāi)裂的問(wèn)題給出以下分析建議。

  1 理化分析

  首先,對開(kāi)裂法蘭進(jìn)行了化學(xué)成分分析

  分析結果表明,該法蘭及焊接材料的化學(xué)成分均符合相關(guān)標準要求。對該法蘭頸部外表面及密封面分別進(jìn)行布氏硬度測試,其布氏硬度測試值符合JB4728-2000標準要求。

  在材料化學(xué)成分合格、硬度檢測合格、管道安裝符合技術(shù)要求、耐壓試驗操作規范的前提下,管道法蘭在耐壓試驗過(guò)程中開(kāi)裂,說(shuō)明產(chǎn)生的缺陷與法蘭的內部組織結構或其他未知因素有關(guān)。

  2 裂紋性質(zhì)分析

  2.1 表面裂紋形貌

  將該泄漏法蘭從管道上切割下來(lái),對其進(jìn)行全面宏觀(guān)檢查,發(fā)現法蘭內表面存在裂紋,最長(cháng)為3mm,寬為0.5mm,裂紋及其附近已經(jīng)產(chǎn)生銹漬;法蘭螺栓孔內表面也發(fā)現較多裂紋;法蘭密封面及其他位置發(fā)現多處非金屬夾雜物,個(gè)別非金屬夾雜物因脫落在法蘭密封面表面形成小凹坑,凹坑最大為 2.0mm,最小為 0.8mm,凹坑的邊緣有肉眼可見(jiàn)的微小裂紋。

  對同廠(chǎng)家、同批次的其他奧氏體不銹鋼法蘭進(jìn)行現場(chǎng)宏觀(guān)檢查,發(fā)現多件法蘭存在不同程度的缺陷,有的法蘭外表面存在肉眼可見(jiàn)的明顯裂紋。宏觀(guān)檢查結果進(jìn)一步表明,法蘭泄漏與法蘭本身因素有關(guān)系。

  2.2 剖面裂紋形貌

  為進(jìn)一步探求法蘭泄漏的真正原因,隨機選擇一件同廠(chǎng)家、同批次,且密封面上因非金屬夾雜物脫落而形成小凹坑的平焊法蘭,對其進(jìn)行解剖,將其分成大小不均的三份,仔細觀(guān)察其剖面發(fā)現,法蘭的6個(gè)剖面中有4個(gè)剖面有肉眼可見(jiàn)的裂紋,裂紋幾乎貫穿整個(gè)剖面。

  選擇其中一個(gè)剖面,經(jīng)粗磨、細磨、腐蝕后觀(guān)察,裂紋更加明顯,幾乎貫穿了整個(gè)剖面。裂紋具有一定的寬度,大多裂紋空隙處噙含黑色非金屬夾雜物,其中有一處夾雜物距離法蘭密封面約3.0mm,直徑約 2.5mm,夾雜物上部至密封面有明顯的補焊痕跡,補焊面積約380mm2,補焊深度達3.0mm。

  在這條新建的工藝管道上,使用的管道組成件并非是利舊品,而是新購進(jìn)的產(chǎn)品,在法蘭剖面上發(fā)現了多處噙含非金屬夾雜物的裂紋,可以初步判定:裂紋的產(chǎn)生與大量存在的非金屬夾雜物有關(guān)。而剖面上的補焊痕跡,卻是一種令人費解的、非常不正常的現象。

  2.3 金相組織分析

  為進(jìn)一步探求裂紋產(chǎn)生的原因,弄清楚新購買(mǎi)的法蘭在組焊到管道上之前是否真的經(jīng)歷了補焊,對法蘭剖面裂紋位置進(jìn)行金相檢驗。

  取1中所述試件,對法蘭剖面上有補焊痕跡的位置進(jìn)行細磨、拋光,在100倍顯微鏡下觀(guān)察,裂紋更加清晰,較長(cháng)的裂紋內部含有體積較大的條狀非金屬夾雜物(見(jiàn)圖2)及剖面上彌散的點(diǎn)狀非金屬夾雜物;裂紋尖端禿鈍,裂紋兩側未見(jiàn)明顯異?,F象;該處金相組織含枝晶狀奧氏體,是典型的奧氏體不銹鋼焊接接頭組織。3 裂紋性質(zhì)判定

  綜合上述法蘭裂紋形貌、斷口特征、裂紋微觀(guān)形貌及金相組織分析結果,表明裂紋產(chǎn)生在法蘭生產(chǎn)過(guò)程中,屬于沿夾雜物尖端的鍛制裂紋。為了消除法蘭表面明顯的裂紋,在法蘭出廠(chǎng)前確實(shí)經(jīng)歷了補焊。

  4 裂紋成因分析

  4.1 大量存在的非金屬夾雜物,是裂紋產(chǎn)生的根源

  由于制造法蘭的鍛坯內存在大量的非金屬夾雜物,在鍛制過(guò)程中,體積型夾雜經(jīng)反復鍛制,變成面積型夾雜,使材料內部產(chǎn)生了沿夾雜物尖端的鍛制裂紋。體積較大的夾雜物鍛制后變成了尺寸較大的裂紋;體積較小的夾雜物鍛制后變成了尺寸較小的微裂紋。這些裂紋大多是埋藏裂紋。

  鍛坯經(jīng)過(guò)機加工后,埋藏裂紋有的變成了表面裂紋,這就是宏觀(guān)檢查中發(fā)現法蘭內外表面、螺栓孔內存在較多的微裂紋的原因。對于法蘭表面尺寸較大的裂紋,為了能讓產(chǎn)品出廠(chǎng),生產(chǎn)廠(chǎng)家采取了打磨→消除表面裂紋→補焊→再次機加工等手段,使法蘭外觀(guān)上看起來(lái)沒(méi)有明顯的缺陷。這就是法蘭補焊面積380mm2、補焊深度3mm的原因。

  4.2 鍛制裂紋在試驗壓力作用下進(jìn)一步擴展,致使法蘭最終泄漏

  大量存在的非金屬夾雜物,會(huì )降低材料的塑性和韌性,裂紋內部的夾渣使裂紋的尖端產(chǎn)生應力集中,法蘭無(wú)法承受外加載荷,致使在耐壓試驗過(guò)程中,試驗壓力剛剛達到0.6MPa,法蘭便開(kāi)裂泄漏。5 采取的措施

  (1)將所有問(wèn)題法蘭全部更換。

  (2)繼續查找本裝置中使用的同廠(chǎng)家、同批次的其他管件,采用相應檢驗手段,確認其是否合格。

  (3)對新更換的法蘭,除了復驗其化學(xué)成分、力學(xué)性能外,還應進(jìn)行宏觀(guān)檢查,評價(jià)其幾何尺寸和表面光潔度,并檢查是否有非正常幾何尺寸不連續處。


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