张德超，王有良

（山东省特种设备检验研究院临沂分院，山东临沂 276000）

0 引言

搪玻璃设备由含硅量高的瓷釉经900 ℃左右高温搪烧，使瓷釉密着于金属胎表面而制成。搪玻璃层俗称瓷层、瓷釉，厚度一般为（0.8～2.0）mm，可以隔绝介质与金属基体的接触，达到防腐的目的。搪玻璃层的损坏脱落（俗称爆瓷）是搪玻璃设备失效的最主要原因。因此，防止搪玻璃设备爆瓷是其生产和安全使用的关键。

搪玻璃设备爆瓷是一种瓷层脱落现象，表现为成块或大小不等地从胚胎上脱落，焊接时的缺陷、应力的作用和氢的影响都会导致爆瓷。

1 3 种常见的爆瓷特征和产生的原因

（1）由焊接缺陷导致的爆瓷。焊接缺陷主要是因为焊接工艺不当导致的。例如，焊接时的焊接电流过大、焊接速度过快，容易造成焊接接头金属过热，从而导致焊缝处金属的韧性和塑性降低，涂搪时容易出现麻泡爆瓷或“白条”爆瓷的现象，严重的时候底釉也会一起脱落。由于焊材未进行烘干处理或者施焊处设备母材表面处理不合格等，导致气孔、夹渣等焊接缺陷产生，也会引起爆瓷。

（2）相变应力爆瓷。搪烧后存在于焊接部位的相变应力，与其他应力共同作用，使搪玻璃层受到附加应力的影响，焊接处极易发生爆瓷。

（3）残余应力爆瓷。搪玻璃复合层是由玻璃层与金属基材在高温烧成后复合的，由于两种材料在降温过程中的体积收缩变化率存在差异，从而导致搪玻璃复合层中产生了残余应力。这是最主要的爆瓷原因。

2 预防常见爆瓷的主要措施

（1）结构要求。现行的搪玻璃设备技术标准充分考虑了以上因素，基本能够有效控制爆瓷。搪玻璃基体各结构接管法兰等要求采用嵌入式接管或冲压短接对接结构，避免焊接接头与形状过渡区重合应力叠加[1]，圆滑过渡厚度尽量均匀，在搪烧加热冷却过程中各部件温度变化过程中基本均匀一致的升降，避免温差应力集中。

（2）预烧—正火处理。在喷施底瓷釉前待搪烧的钢丕基体进行接近搪烧温度的预烧[1]，实际是一个正火处理过程，细化晶粒，消除不均匀相变应力，消除焊接成型加工过程中的残余应力。

3 氢致爆瓷及其原因

对近期几个搪玻璃容器生产单位的调研表明，搪烧生产过程特别是搪烧返修（使用中搪玻璃层腐蚀破损搪烧返修）和使用初期的爆瓷，主要是由氢过量所致。金属内部的氢原子扩散至铁坯与瓷层的界面处结合为氢分子，压力超过瓷釉层的抗张强度极限时即产生鱼鳞爆，也将这一现象称之为鳞爆。氢的来源主要有4 个。

（1）焊接过程中产生的氢。主要存在于熔敷金属中，来自焊条、焊剂、空气中的水分。焊接过程中，焊缝里的氢的形成与焊材中的有机物存在密切关系，因为酸性焊条的药皮中加有一定量的有机物，因此熔敷金属中的氧和氢的含量要比不加有机物的碱性焊条高。同时，酸性焊条产生的非金属夹杂物也比碱性焊条的多，它们以偏析状态分布于焊缝当中，为搪烧加热过程中气体的吸收储存提供了有利条件，从而导致焊缝处吸收的气体多于母材。

（2）空气中水分。鳞爆对环境湿度较为敏感，湿度越大发生鳞爆的概率越高。尤其是在雨季生产时，空气中的水汽更易被铁坯吸收，涂搪时反应生成氢气并转移聚集在界面。

（3）底釉磨加物中有过多的含结晶水的原料。

（4）腐蚀环境中渗透的氢。在腐蚀或应力腐蚀过程中，如果存在氢还原的阴极反应，部分氢原子也可以进入金属基体中[2]。使用过程中搪玻璃层破损腐蚀介质与碳钢搪玻璃金属基体接触，发生腐蚀反应产生的氢原子进入碳钢壁并向内壁扩散，在碳钢中保存了一定量氢。

4 氢致爆瓷解决措施

（1）减少氢的来源。在瓷釉配料中加入阻氢剂和降低瓷釉熔点的材料，阻止氢的生成，减少钢板对氢的吸收。在底釉中磨加一定量的钠、钙、钡的碳酸盐，在烧成过程中通过无机盐的分解，促使气体挥发，增加底釉的气孔率，扩大气体的分布空间，从而降低氢气压力。降低胎体钢板和焊条内的水分含量，焊接所用的焊条、焊丝、焊剂使用前完全烘干。降低环境湿度，减少空气中的含水量。

（2）防止致瓷层过早封闭阻塞水汽和氢气的排出通道。在环境温度高、空气湿度大的季节，应严格控制烧制温度和烧制时间，避免高温快烧，防止致瓷层封闭过早，以利于水分和氢气的排出。

（3）排除钢中的氢。根据不同的钢材，在（200～350）℃的温度范围内对钢材进行消氢处理，温度过低会影响消氢效果，达不到预期目的，温度过高则容易发生马氏体转变，影响钢材性能。

（4）熔敷金属消氢。搪玻璃基体一般使用碳素钢和低氢度级别的低合金钢，因其熔敷金属含氢量一般不产生延迟裂纹而常被忽视，但对于搪烧影响却不容忽视。焊后消氢处理也就是去除焊接过程中焊接接头吸收的氢，溶解于金属晶格中的氢会造成焊接接头的韧性和塑性明显下降，甚至还会使金属产生裂纹，导致脆性断裂，也就是通常所说的延迟裂纹。焊接完成后立即对设备进行热处理，可以达到消氢的目的。在促使存在于焊接接头中的氢逸出的同时，还可以对焊接应力进行消除。对于没有焊后热处理要求的容器设备，也可按此方法进行消氢处理。NB/T 47015—2011 第4.5 规定后热应在焊后立即进行，温度一般为（200～350）℃，保温时间与后热温度、焊缝金属厚度有关，一般不小于30 min[3]。

（5）正火不能代替消氢。传统搪烧工艺采用线性快速升降温法，主要控制最低搪烧温度与最高搪烧温度。通常搪玻璃设备烧成合格要经过预烧、底瓷釉烧成、3～5 遍搪烧。入炉炉温接近正火温度，钢材基体升温速度过快，在（200～350）℃停留时间仅数分钟，钢中的氢不能充分溢出。超过350 ℃以后钢材中的氢气是吸收过程。另外，材料组织改变也将使溶氢能力产生差异，奥氏体的溶氢能力约为铁素体的1.5 倍。在900 ℃的搪烧温度下，搪玻璃设备的钢材会因金属组织的转变而吸收过量的氢进入金属晶格间隙，而在冷却过程中同样因为金属组织的转变，氢会重新释放出来、聚集在材料内部空穴处。有些发生鳞爆的设备经过3～5 遍搪烧过程，同一部位仍有鳞爆。经过多遍搪烧增加了成本，基体变形量增大，甚至超标。

（6）对使用中搪玻璃层破损的翻修搪烧尤其应先消氢。使用过程中搪玻璃层破损腐蚀介质与碳钢搪玻璃金属基体接触发生腐蚀析氢进入碳钢中。

（7）受控搪烧技术。目前，部分技术先进的国外搪玻璃设备公司采用了受控搪烧技术，其主要特点是有针对性地根据不同产品的形状、瓷釉和钢材种类，设定非线性温度曲线来控制升温和降温过程，采用搪烧后缓冷的方法使钢材中的氢得到充分释放，同时降低焊接残余应力。研究表明，钢材内的氢气在（300～350）℃排放最快，可以在烧成曲线中设计加入保温脱氢阶段，使钢中的氢气得到逸出。冷却过程中除在释放应力温度段保温外，可以增加一个（300～350）℃温度范围的脱氢保温段，使得钢板中的氢气得到最大限度的释放。

受控搪烧一般采用炉内缓冷出炉温度小于400 ℃，可以有效减少出炉温度过高、快速空冷导致的厚度不均、散热不均导致的不同部位冷却过程中的温差应力，保证良好的最终成型质量。

5 结论

采用圆滑过渡结构预烧可以较好地减少应力集中、残余应力，避免由此引起的爆瓷。控制氢致爆瓷主要措施有：①减少氢的来源；②防止致瓷层过早封闭阻塞水汽和氢气的排出通道；③排除熔敷金属及其他钢中的氢。对使用中搪玻璃层破损的翻修搪烧尤其应先消氢。正火常规的搪烧不能代替消氢，应保证消氢过程在（200～350）℃停留时间。采用受控搪烧技术也可以获得更稳定的搪玻璃质量。