压力容器不锈钢波形膨胀节制造工艺研究.pdf

第53卷第3期
化エ设写道
2016年6月
PROCESS EQUIPMENT PIPING
Jun.2016
压力容器不锈钢波形膨胀节制造工艺研究
陈正满,胡丽莉,英明
(中国石油辽阳石化公司,辽宁辽阳1110
摘要:按照GB16749-1997标准设计制作不锈钢波形膨胀节的试验件,试验件在水压试验过程中发
生开裂,对试验件进行失效分析,不锈钢波形膨胀节开裂的主要原因是冷成形后组织变化、未进行恢
复性能热处理、酸洗钝化工艺不合理,根据试验结果修改完善了制造工艺,保证不锈钢膨胀节的产品
性能,建议修订GB16749-1997标准的相关内容。
关键词;不銹钢;波形膨胀节;失效分析;制造工艺
中图分类号:TQ050.3:TH16
文献标识码:A
文章编号:1009-3281(2016)03-0017-004
压力容器波形膨胀节是压力容器的主要受压元
件,其制造质量和性能直接影响压力容器的安全可靠
运行,为保证批量制造的产品符合标准和设计要求,
在投产前,制作与产品相同规格、相同材料、相同工
艺的不锈钢波形膨胀节的试验件,验证焊接、压制、
热处理、酸洗钝化等制造工艺的正确性,通过对一件
在水压试压时开裂的试验件进行失效分析,査出冷成
形后未进行恢复性能热处理、酸洗钝化时间过长的工
艺问题,对制造工艺进行了改进,保证了产品制造质量。
图1波形膨胀节结构
1结构尺寸及参数
Fig 1 Bellows expansion joint structure
波形膨胀节产品和试验件按照标准设计、制2制造工艺
造、检验,膨胀节为单层单波结构,波形膨胀节的参
波形膨胀节采用整体液压成形,膨胀节毛坯筒体
数见表1,结构尺寸见图1
只有一个纵缝,制造工艺程序见表2。
表1波形膨胀节参数
3开裂失效分析
Table I Bellows expansion joint parameter
项目
参数
3.1试验件检验试验
工作压力MPa
0.6
按照工艺制作的膨胀节试验件,尺寸及外观检
设计压力/MPa
1.0
查合格,膨胀节名义厚度6mm,实测膨胀节直边段
工作温度/℃
最小厚度5.47mm,钢板厚度负偏差符合标准要求。
设计温度/C
工作介质
冷却水
实测膨胀节波峰最小厚度4.53mm,加工减薄量0.94
总体轴向伸长量/mm
mm,为膨胀节实际壁厚的17%,超过了标准规定
设计循环次数次
12000
波形膨胀节材料OCr18Ni9热轧钢带(GB/T4237~1992)
收稿日期:2015-09-15
作者简介:陈正满(1964-),男,辽宁省辽阳人,教授级高级工
腐蚀裕量mm
0
程师,副总工程师。主要从事化工机械设备的设计制
水压试验压力MPa
1.0
造技术研究
万方数据
化设与體道
第53卷第3期
表2不锈钢波形膨胀节制造工艺程序
表3膨胀节校核计算结果
Table 2 Stainless steel corrugated expansion joint
Table 3 Calculation results of expansion joints
manufacturing process
计算条件
序号工序名称
工序内容
设计内压力pMPa
下料1材料复验,符合GBT4732~1992
设计温度1/℃
2.划线、切割、焊接坡口加工。
1.毛坯滚筒、组对,不允许错边:
设计要求的循环次数次
12000
2滚筒焊接2.纵缝氲弧焊焊接;
直边段与波纹内径D。/mm
387
3.焊缝100%射线检测和渗透检测。
波长Wmm
热处理
中间固溶处理,1020~1050℃,保温20
min,水冷。
波高h/mm
96.50
压形组装工装,压形
成型前有效厚度S./mm
5.47
检验1.尺す检査:厚度,几何尺寸
成型后最小有效厚度S/mm
4.53
2.水压试验:1.0MPa。
计算结果
6酸洗能化酸洗膏(HCI+HNO、+膨胀土+水)保留
定时间,见金属本色
校核项目
计算结果许用值
直边段周向薄膜应力/MPa
3.87
137
的壁厚成形减薄量。
波纹管周向薄膜应力/MPa
26.57
137
对膨胀节试验件进行1.0MPa水压试验,在水
波纹管经向薄膜应力a/MPa
压试验过程中波峰部位沿圆周方向开裂,开裂处呈
设计循环次数12000次<计算许用循环次数666次
断续状或齿形直裂纹,由中间开裂部位向两侧扩展,
P开裂区域边缘无宏观塑性变形,显示脆性开裂特征,
开裂膨胀节照片见图2
表4化学成分检測结果
Table 4 Chemical composition test results
元素
检测值/%
标准值/%
0.047
≤0.07
1.26
2.
≤0.035
0.01
≤0.030
17.06
17.00~19.00
图2开裂膨胀节照片
7.93
8.00~11.00
Fig. 2 Crack expansion joint photo
3.,2开裂膨胀节校核计算
用膨胀节的实测厚度,按照标准叫对开裂的膨
胀节进行水压试验压力下的强度校核,各项应力校
核、疲劳寿命、平面失稳压力校核均合格,计算参数
及结果见表3。
3.3材料检验
在开裂膨胀节取样进行化学成分检测,结果见
表4。化学成分检测结果显示,除元素含量略低外,
其他元素均符合标准规定。
图3断口二次电子像
Fig 3 Fracture two electron image
3.4断口微观检测
用扫描电镜观察清洗后的断口,微观断口形貌3.5金相检測
检测结果如图3所示,断口微观形貌以沿晶断裂为主,3.5.1低倍组织检测
部分区域显示准解理断裂特征
取垂直于断口的截面进行低倍组织检测,低倍
万方数据