矩形容器内筒裂纹分析

我公司生产的压力容器为矩形夹套式                   内室                              夹套                                                          工作压力：-0.1/0.23MPa                 0.3MPa
                                                         材料  ： δ=6  S30408                δ=6  Q345R
                                                     工作介质： 水蒸汽、水                 水蒸汽、水
内室与夹套之间用槽钢当加强筋连接
存在交变载荷，用户使用多年后在内筒体圆弧区形成裂纹，请各位大神帮忙分析下


我先说说我的观点，我觉得和交变载荷有一定的关系，最近看到说304不锈钢冷弯成型后会产生部分马氏体（造成不锈钢有磁性），而马氏体的产生对原来奥氏体组织的强度有所降低，故折弯部分（圆弧区）容易产生裂纹。316材料好像不会有这种现象，所以换为316材料是否可行？价格相差多少呢？
                                                                                 

欢迎大家积极分析讨论啊

有结构图么？

从你字面分析：
（1）矩形压力容器，结构：内筒-夹套-加强筋（容结构受力不均匀）
（2）使用多年后在内筒（δ=6，S30408）圆弧区开裂
（3）内筒圆弧冷加工成形（制造时，容器存在冷、热加工残余应力）
（4）介质：水蒸汽、水
（5）存在交变载荷（交变载荷周期？总循环次数？）
（6）失效模式：疲劳开裂？腐蚀疲劳？应力腐蚀开裂？
（7）应对失效部位取样分析（化学成分、金相、断口分析、断口腐蚀产物能谱分析）
（8）由于没有太多可供分析的材料，我分析有可能是，水蒸汽和水中的碱在此形成点蚀，并在反复加热的条件下在点蚀坑的底部形成浓缩，并导致应力集中，在内筒工作应力、热应力、内筒-夹套-加强筋的拘束应力、内筒加工的残余应力（即内筒扳圆的冷加工、内筒焊接应力）叠加下，应力达到发生应力腐蚀的门槛值，造成内筒发生应力腐蚀开裂。
（9）当然，也不排除存在疲劳开裂、腐蚀疲劳开裂的可能，但需要有交变载荷周期、交变载荷总循环次数的支持。
（10）以上仅供参考，只有对失效部位取样分析，才能准确地找到造成开裂的失效模式，为改进产品设计提供有力的证据。

waftmaple 发表于 2017-7-10 17:42
有结构图么？

将就着看吧

nj1952 发表于 2017-7-10 22:36
从你字面分析：
（1）矩形压力容器，结构：内筒-夹套-加强筋（容结构受力不均匀）
（2）使用多年后在内筒 ...

首先谢谢你的回答，我也了解了裂纹形成是多种原因造成的，有几点我补充一下：
1、裂纹主要是在圆弧区侧面，每个工作周期后，内筒体都是干燥的
2、工况是脉动3次，负压-0.08 正压 0.1；然后维持0.23MPa4分钟，然后内室-0.1MPa维持5分钟，夹层压力一直不变，这算一个周期，一天算5个周期，设计8年

l42857 发表于 2017-7-11 12:39
首先谢谢你的回答，我也了解了裂纹形成是多种原因造成的，有几点我补充一下：
1、裂纹主要是在圆弧区侧 ...

再：
（1）出现裂纹后，内筒内表面，特别是圆弧处，是否经过无损检测（渗透检测）?
（2）出现裂纹部位所处的位置，是液相空间（或积液部位）?气相空间?还是内筒圆弧处均出现裂纹?
（3）从交变载荷总循环次数判断，疲劳的可能性不大（总循环次数小于10的7次方）。

l42857 发表于 2017-7-11 12:39
首先谢谢你的回答，我也了解了裂纹形成是多种原因造成的，有几点我补充一下：
1、裂纹主要是在圆弧区侧 ...

再：
（1）出现裂纹后，内筒内表面，特别是圆弧处，是否经过无损检测（渗透检测）?
（2）出现裂纹部位所处的位置，是液相空间（或积液部位）?气相空间?内筒圆弧处均出现裂纹?
（3）从交变载荷总循环次数判断，疲劳的可能性不大（总循环次数小于10的7次方）。

nj1952 发表于 2017-7-11 13:01
再：
（1）出现裂纹后，内筒内表面，特别是圆弧处，是否经过无损检测（渗透检测）?
（2）出现裂纹部位 ...

1、维修方案上写了用渗透查找裂纹，具体操作就不清楚了
2、出现裂纹位置主要是圆弧区与筒体侧面或底面的连接处，此处无焊缝，且不存在积液，筒体有阀门及时自动疏水
3、交变载荷总循环次数小于10的7次方就可以不考虑疲劳载荷的影响了么？分析设计里面的吗？
谢谢你的回答！！！

l42857 发表于 2017-7-11 14:02
1、维修方案上写了用渗透查找裂纹，具体操作就不清楚了
2、出现裂纹位置主要是圆弧区与筒体侧面或底面的 ...

（1）“维修方案上写了用渗透查找裂纹，具体操作就不清楚了”，希望你对此持续关注。这对清楚地了解问题的关键所在将有很大帮助。
（2）“出现裂纹位置主要是圆弧区与筒体侧面或底面的连接处，此处无焊缝，且不存在积液，筒体有阀门及时自动疏水”。水蒸汽中残余的碱会有浓缩的可能；排除焊接残余应力可以排除；
有关出现裂纹位置（液相、气相）未表达清楚。
（3）在机械设计中，交变载荷总循环次数小于10的7次方是出现疲劳的判据。当然，在容器设计中，有分析设计规范可供选择。
（4）采用补焊的方法不妥，应采用换板（或开天窗）的方法。同时，可截取裂纹样品，做进一步的分析。

l42857 发表于 2017-7-11 14:02
1、维修方案上写了用渗透查找裂纹，具体操作就不清楚了
2、出现裂纹位置主要是圆弧区与筒体侧面或底面的 ...

（1）“维修方案上写了用渗透查找裂纹，具体操作就不清楚了”，希望你对此持续关注。这对清楚地了解问题的关键所在将有很大帮助。
（2）“出现裂纹位置主要是圆弧区与筒体侧面或底面的连接处，此处无焊缝，且不存在积液，筒体有阀门及时自动疏水”。水蒸汽中残余的碱会有浓缩的可能；排除焊接残余应力可以排除；
有关出现裂纹位置（液相、气相）未表达清楚。
（3）在机械设计中，交变载荷总循环次数小于10的7次方是出现疲劳的判据。当然，在容器设计中，有分析设计规范可供选择。
（4）采用补焊的方法不妥，应采用换板（或开天窗）的方法。同时，可截取裂纹样品，做进一步的分析。

我同意楼主的观点，跟交变载荷以及冷成形有关。
不知道圆弧半径多大，有没有可能变形量过大

nj1952 发表于 2017-7-11 16:44
（1）“维修方案上写了用渗透查找裂纹，具体操作就不清楚了”，希望你对此持续关注。这对清楚地了解问题 ...

1、渗透大部分维修是没做的，有专门的要求才重新做
2、裂纹位置为气相空间（底部有少量冷凝水会及时排走）
3、维修我们的办法是补焊磨平，然后贴一块等厚的板子在圆弧区（貌似合理不合法）

nj1952 发表于 2017-7-11 16:44
（1）“维修方案上写了用渗透查找裂纹，具体操作就不清楚了”，希望你对此持续关注。这对清楚地了解问题 ...

1、渗透大部分维修是没做的，有专门的要求才重新做
2、裂纹位置为气相空间（底部有少量冷凝水会及时排走）
3、维修我们的办法是补焊磨平，然后贴一块等厚的板子在圆弧区（貌似合理不合法）

l42857 发表于 2017-7-12 08:44
1、渗透大部分维修是没做的，有专门的要求才重新做
2、裂纹位置为气相空间（底部有少量冷凝水会及时排走 ...

（1）对于出现裂纹缺陷的压力容器，首先应彻底查清其发生的部位、范围、程度。
（2）对裂纹部位采用补焊磨平的方法可要慎重，在彻底查清裂纹后，对于单条的裂纹，且掌握其类型、长度、深度，可采用先在裂纹两端打止裂孔，后用角向光机磨削开槽去除裂纹（槽截面呈V形），并经渗透检测确认后，方可焊补。对于多条裂纹、应力腐蚀裂纹（裂纹在材料内部已呈枯树枝状，裂纹带有分叉），对这种类型的裂纹采用焊补法，在焊接热应力的作用下，裂纹会迅速扩展。
（3）贴补法。补板与壳体间是角接接头，附加应力大（在压力容器主体焊缝中是禁焊接头）；挖补法（即“开天窗”）。补板与壳体间是对接接头，受力均匀。

nj1952 发表于 2017-7-12 12:13
（1）对于出现裂纹缺陷的压力容器，首先应彻底查清其发生的部位、范围、程度。
（2）对裂纹部位采用补焊 ...

维修时我们开了V型槽然后焊补，焊补后再在整个圆弧区贴补，的确有你说的附加应力过大的问题，挖补法我们一直没采用，可能过于麻烦了
哥们，谢谢你的回答，我们对于裂纹一直没有系统的分析，现在学习了

nj1952 发表于 2017-7-12 12:13
（1）对于出现裂纹缺陷的压力容器，首先应彻底查清其发生的部位、范围、程度。
（2）对裂纹部位采用补焊 ...

对于楼主的第二条建议，打孔法是不是在脆性材料比较多见
第三条贴补法，那个接头是不是搭接接头呀。

nj1952 发表于 2017-7-12 12:13
（1）对于出现裂纹缺陷的压力容器，首先应彻底查清其发生的部位、范围、程度。
（2）对裂纹部位采用补焊 ...

对于楼主的第二条建议，打孔法是不是在脆性材料比较多见
第三条贴补法，那个接头是不是搭接接头呀。

WANGJIABAO 发表于 2017-7-14 16:11
对于楼主的第二条建议，打孔法是不是在脆性材料比较多见
第三条贴补法，那个接头是不是搭接接头呀。

（1）对于韧性材料如此，脆性材料更是如此。否则，焊接热输入后，裂纹会迅速发展，壁板材料被霎间撕开。小孔的名称为止裂孔。
（2）贴补法的补板与壁板焊接接头是搭接接头。在容器修理中，一般不采用这样的焊接结构（在第一版《容规》中，此接头为禁焊接头）。

此容器损伤模式是不是：碱应力腐蚀开裂？