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分析不鏽鋼法蘭開裂的原因。

2020-07-19 19:05:59

1 理化分析


首先,對開裂法蘭進行了化學成分分析


分析結果表明,該法蘭及焊材料的化學成分均符合相關標準要求。對該法蘭頸部外表麵及密封麵分別進行布氏硬度測試,其布氏硬度測試值符合jb4728-2000標準要求。


在材料化學成分合格、硬度檢測合格、管道安裝符合技術要求、耐壓試驗操作規範的前提下,管道法蘭在耐壓試驗過程中開裂,說明產生的缺與法蘭的內部組織結構或其他未知因素有關。


2 裂紋性質分析


2.1 表麵裂紋形貌


將該泄漏法蘭從管道上切割下來,對其進行宏觀檢查,發現法蘭內表麵存在裂紋,長為3mm,寬為0.5mm,裂紋及其附近已經產生鏽漬;法蘭螺栓孔內表麵也發現較多裂紋;法蘭密封麵及其他位置發現多處非金屬夾雜物,個別非金屬夾雜物因脫落在法蘭密封麵表麵形成小凹坑,凹坑大為 2.0mm,小為 0.8mm,凹坑的邊緣有肉眼可見的微小裂紋。


對同廠家、同批次的其他奧氏體不鏽鋼法蘭進行現場宏觀檢查,發現多件法蘭存在不同程度的缺,有的法蘭外表麵存在肉眼可見的明顯裂紋。宏觀檢查結果進一步表明,法蘭泄漏與法蘭本身因素有關係。


2.2 剖麵裂紋形貌


為進一步探求法蘭泄漏的原因,隨機選擇一件同廠家、同批次,且密封麵上因非金屬夾雜物脫落而形成小凹坑的平焊法蘭,對其進行解剖,將其分成大小不均的三份,仔細觀察其剖麵發現,法蘭的6個剖麵中有4個剖麵有肉眼可見的裂紋,裂紋幾乎貫穿整個剖麵。


選擇其中一個剖麵,經粗磨、細磨、腐蝕後觀察,裂紋更加明顯,幾乎貫穿了整個剖麵。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麵約3.0mm,直徑約 2.5mm,夾雜物上部至密封麵有明顯的補焊痕跡,補焊麵積約380mm2,補焊shen度達3.0mm。


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

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2.3 金相組織分析


為進一步探求裂紋產生的原因,弄清楚新購買的法蘭在組焊到管道上之前是否真的經曆了補焊,對法蘭剖麵裂紋位置進行金相檢驗。


取1中所述試件,對法蘭剖麵上有補焊痕跡的位置進行細磨、拋光,在100倍顯微鏡下觀察,裂紋更加清晰,較長的裂紋內部含有體積較大的條狀非金屬夾雜物(見圖2)及剖麵上彌散的點狀非金屬夾雜物;裂紋禿鈍,裂紋兩側未見明顯異常現象;該處金相組織含枝晶狀奧氏體,是典型的奧氏體不鏽鋼焊頭組織。3 裂紋性質判定


綜合上述法蘭裂紋形貌、斷口特征、裂紋微觀形貌及金相組織分析結果,表明裂紋產生在法蘭生產過程中,屬於沿夾雜物的鍛製裂紋。為了消法蘭表麵明顯的裂紋,在法蘭出廠前確實經曆了補焊。


3裂紋成因分析


3.1 大量存在的非金屬夾雜物,是裂紋產生的根源


由於製造法蘭的鍛坯內存在大量的非金屬夾雜物,在鍛製過程中,體積型夾雜經反複鍛製,變成麵積型夾雜,使材料內部產生了沿夾雜物的鍛製裂紋。體積較大的夾雜物鍛製後變成了尺寸較大的裂紋;體積較小的夾雜物鍛製後變成了尺寸較小的微裂紋。這些裂紋大多是埋藏裂紋。


鍛坯經過機加工後,埋藏裂紋有的變成了表麵裂紋,這就是宏觀檢查中發現法蘭內外表麵、螺栓孔內存在較多的微裂紋的原因。對於法蘭表麵尺寸較大的裂紋,為了能讓產品出廠,生產廠家采取了打磨→消表麵裂紋→補焊→再次機加工等手段,使法蘭外觀上看起來沒有明顯的缺。這就是法蘭補焊麵積380mm2、補焊shen度3mm的原因。


3.2 鍛製裂紋在試驗壓力作用下進一步擴展,致使法蘭終泄漏


大量存在的非金屬夾雜物,會降低材料的塑性和韌性,裂紋內部的夾渣使裂紋的產生應力集中,法蘭無法承受外加載荷,致使在耐壓試驗過程中,試驗壓力剛剛達到0.6MPa,法蘭便開裂泄漏。5 采取的措施


(1)將所有問題法蘭全部更換。


(2)繼續查找本裝置中使用的同廠家、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,除了複驗其化學成分、力學性能外,還應進行宏觀檢查,評價其幾何尺寸和表麵光潔度,並檢查是否有非正常幾何尺寸不連續處。


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