油罐泄漏失效分析.pdf

1-油罐泄漏失效分析油罐泄漏失效分析 韩海林，徐越兰，张立奎 南京理工大学材料科学与工程系，江苏南京（210094）E-mail：hanhailin 摘摘 要：要：某厂一新储油罐储油 8 个月后发现油罐泄漏。经现场勘验，结合溶剂去除型着色渗透法检测及对储灌材料的金相分析。结果表明：油罐基本制造完成后，焊工在切除不再需要工装过程中，不严格遵守切割工艺，所产生的底板贯穿性缺陷是形成油罐泄漏的主要原因，金相显示制作母材中存在着较严重的偏析，使得钢材的焊接性能变得较差，容易引起焊接缺陷成为失效隐患。关键词：关键词：泄漏，着色渗透检测，金相分析 1.引言引言 某植物油厂 A 于 04 年 9 月与机械厂 B 签定制作 500 立方米的储油罐合同，B 于 04 年12 月份完成交付。储油罐材料：Q235，公称厚度 8mm；焊接方法：手工电弧焊；实测储油罐基本尺寸为：外径 8.46m，高 13.5m，油罐底面内径 8.325m。油罐人孔座朝向正西，油罐基本结构及罐底部示意图分别如下图 1、2，图 2 中的 1、2、3、4 部位为油罐制造过程的工装位置。A 于 05 年 2 月至 3 月灌油，05 年 11 月 12 日发现漏油，油面下降 0.75 米。图 1 油罐示意图 图 2 油罐底部结构示意图 2.事故检测事故检测 2.1 检测区域的确定检测区域的确定 现场勘测：储油罐外壁、底板圆周角焊缝均无泄漏痕迹；油罐底板原工装部位分布的四个区域处（图2）均产生了不同程度的焊接缺陷：原焊制的工装痕迹清晰可见（图 3）；底板母材部分分布着不同深度的凹坑（图 4）；有的部分已经被割穿，在其上又采用了补焊返修（图 5）；补焊的焊道焊接粗糙，与周边连接不连续，并夹有大量焊渣（图 6）。随后对非工装区域底板焊接质量进行目测，未发现底板的搭接焊缝、边板与罐壁板圆周角接焊缝的外观缺陷。检测区域锁定为：储油罐底板原焊制四个工装的区域，属于典型的大型工件局部检测。-2-图 3 位置 3 的工装痕迹 图 4 位置 2 局部放大图 图 5 补焊返修焊道 图 6 补焊返修焊道中含大量焊渣 2.2 检测方法的选定检测方法的选定 储油罐底板工装区域的泄漏，必然是区域中的贯穿性缺陷引起。为了确定缺陷位置原因，首选要对区域底板进行表面检测。通常对表面缺陷的检测方法1中，磁粉检测焊缝时，由于其探测最大深度 2,达不到事故油罐底板厚度检测要求。涡流检测又由于缺陷显示器材为电压表、示波器与记录仪，显示方式是线圈电压和相位变化，为物理量不直观，野外现场检测分析也较为不便。而以毛细原理作用的渗透检测不受表面缺陷方向深透的影响，缺陷显示直观，缺陷性质也基本可判定，检测灵敏度高，操作方便，符合本事故底板的检测要求。针对本储油罐泄漏事故，比较各类型的渗透检测法后，最终选定溶剂去除型着色渗透检测法：设备简单，携带方便，不需要暗室与黑光灯，可在无水无电的场合进行检测；对非批量单个工件检测速度快，适合于外场和大型工件局部检验，配合返修或怀疑的部位，可随时进行局部检验；缺陷污染对渗透检测灵敏度的影响较对荧光渗透检测的影响轻；与溶剂悬浮型显像剂配合使用，能检测出非常细小的开口缺陷，且检测可重复性好1。2.3 着色检测着色检测 溶剂去除型着色渗透剂型号 HG-Z99S2 通用型，检测的基本程序如下:检测前准备（准备检测器材及防护装备口罩手套等）预清洗渗透去除表面多余的渗透液显像观察记录（拍照）及分析。预清洗意义：施加渗透液之前，必须对需要检测的部位进行预清洗，防止污染物堵塞缺陷开口，阻碍渗透液对工件的润湿、渗入，污染渗透液，降低干扰掩盖真实缺陷的显示，影响检测判断。清洗范围：检测部位四周向外扩展约 25mm；方法：溶剂清洗用溶剂清洗剂、擦布（纸巾）、毛刷、金属刷等清洗干净检测部位的油污、锈迹等污物。渗透，要求：在整个渗透时间内保持被检部位完全被渗透液覆盖及处于润湿状态；方法：喷涂法(操作简单，喷洒均匀，机动灵活，非常适合大工件局部检测）；时间：约 15min；温度：1050。-3-去除表面多余的渗透液，具体操作：先用不脱毛的纸巾或布擦拭去除工件表面多余渗透液，然后再用沾有去除剂的干净不脱毛的布或纸巾擦拭，直至将被检表面上多余的渗透液全部擦净。注意事项：擦拭时应按一个方向擦拭，不得往复擦拭；布纸巾只能被去除剂润湿，不能过饱和，更不允许用清洗剂直接在被检面上冲洗，因为流动的溶剂会冲洗掉缺陷中的渗透液，造成过清洗；去除时应在白光下监视去除效果。显像的具体操作：将显像剂喷涂于受检部位表面，喷涂时，喷嘴距被检工件表面一般以300400 毫米为宜，喷洒方向与受检面夹角为 3040，以形成薄而均匀的显像剂层，显像剂覆盖层厚度不宜太厚与太薄，以 0.050.07 毫米为宜。2.4 金相制备金相制备 为进一步分析引起泄漏发生的原因，有必要对储灌制作材料 Q235 钢进行金相分析。制备金相的试样取自第 4 号底板的母材处，利用砂轮机和水磨机将所取试样磨出平面，然后再用砂纸将该平面磨平，砂纸的序号依次为 280320400600，然后用氧化铝粉抛光液进行机械抛光，并辅助金刚石研磨膏对其进行研磨抛光。用清水和酒精冲洗吹干后用 4%硝酸酒精腐蚀液对金相试样进行腐蚀。试样的显微组织用蔡斯光学显微镜观察分析。3.分析讨论分析讨论 3.1 检测结果分析检测结果分析 底板 4 块工装区域经溶剂去除型着色渗透检测，显像结果显示：检测部位均不同程度有渗透液回渗现象，说明各检测部位均存在不同程度的表面缺陷：图 7 位置 1 区域显像图 图 8 位置 2 区域局部显像图 图 9 位置 3 区域局部显像图 图 10 位置 4 区域局部显像图 1 部位：在 A 处的切割已损伤了底部钢板，图中箭头所指为对切割已损伤了底部钢板进行的补焊焊道，由于未将损伤部位补满，可在焊道周边看到渗透液的显示痕迹，经初步分析，-4-为严重咬边显示的痕迹。其它部位未损伤底部钢板，但因焊接和割口粗糙，亦可见由咬边显示的痕迹。（显像照片见上图 7）2、3 部位底板破坏严重，焊接、切割部位非常不规范，有多处疑似缺陷。决定将底板四部分采用空气等离子切割取样，作进一步检测。渗透显像图见图 8、9、10（均为显像局部图）。切割取样四块底板的反面位置 1 区域取样板除外，其余 3 块均有不同程度的油渍，位置2 取样板反面存在一处粘有大量红色渗透液，经清渣检测为：8.3mmx4.8mm;正面2.7mmx1.2mm 空洞。进一步对 4 块取样底板检测是否还存在其它贯穿缺陷：四块板正反面清理后，采用贯穿着色渗透检测法（原理图见下图 11）再次进行检测。图 11 贯穿着色检测原理图 图 12 位置 3 取样板渗透图 位置 3 取样板：一检测处经过对焊渣等清理后喷着色剂，10 分钟后，其背面可见渗透液流出，即为图 9 部位对应的底板反面（图 9 部位为被破坏的底板上补焊的焊缝），所处位置为图 12 中箭头指示处 B。其余取样板上并未发现其它新的贯穿缺陷。也即是说：4 块工装底板经拆卸工装时带来的切割焊接缺陷及表面缺陷，只有两处贯穿缺陷是造成本事故的真正元凶：一处为工装 2 取样板反面 8.3mmx4.8mm；正面 2.7mmx1.2mm空洞。一处为工装 3 取样板上的图 12 中箭头指示处 B。3.2 金相分析金相分析 13 14-5-图 13 为试样在 200 倍下横向的微观组织，图片显示为等轴晶，由此可以知道所选区域为钢材轧制的横向面。图中黑色区域为珠光体，基体区域为铁素体组织。从图中可以看出试样存在着明显的偏析。在左图的中心区域含碳量明显要高于两侧。图 14 为 100 倍下的微观组织，此图也显示试样存在偏析，中心含碳量要少于两边。两边区域的含碳量大约是中心区域的四五倍多。上面图15 图16分别是图13中心和两侧在200倍下的金相组织。图 15 显示含碳量较少，绝大多数是铁素体，珠光体含量很少。图 16 与图15 相比，此时含碳量较多，可以明显地看到图中珠光体的量要比图 3 多得多。由以上金相照片分析，可以看出钢材中存在着较严重的偏析，因此可以认为储油罐使用的钢材为沸腾钢，在钢锭中心区域富集 C、S、P 等元素，使得钢材的焊接性能、冲击韧性、冷脆倾向性、时效敏感性较差。但总的来看，沸腾钢成材率较高、价格低廉。4.总结总结（1）植物油厂的储油罐泄漏的主要原因是机械厂制造加工储油罐的过程切割工装后，在工装部位产生的两处贯穿缺陷造成的。（2）要保证焊接产品质量必须在整个施工过程严格遵守各规程制度，工艺。（3）储油罐制作母材中存在着较严重的偏析，使得钢材的焊接性能变得较差。15 16-6-参考文献参考文献 1 国防科技工业无损检测人员资格鉴定与认证培训教材审委员会编.渗透检测.北京：机械工业出版社，2004，91 2 陈裕川主编.现代焊接生产实用手册.北京：机械工业出版社，2005，921 Tank Failure Analysis Han hailin,Xu Yuelan,Zhang Likui Nanjing University of Science&Technology,Materials Science and Engineering,Nanjing（210094）Abstract Factory,a new oil tank storage tank leak was found eight months later.On the scene confessions,solvent-dye penetrant detection and removal of the filling material on the metallographic analysis.The results show that:basic manufactured tank,welders were no longer needed in Tooling process,the cutting process is not strictly adhered to.Defects generated through the floor to form oil leakage is the main reason production base metal microstructure revealed the existence of a more serious segregation,makes steel welding performance is changing for the worse.Failure welding defects as easily lead to hidden dangers.Keywords:Leak,dye penetrant testing,metallographic analysis 作者简介：作者简介：韩海林，男，1983 年生，现为南京理工大学材料加工工程专业硕士研究生，导师徐越兰教授，主要研究方向：焊件质量的检测及镁合金焊接。