在役球罐焊縫微裂紋檢測(cè)方法探討

崔松濤

(洛陽欣隆工程檢測(cè)有限公司，河南洛陽 471012)

在役球罐焊縫微裂紋檢測(cè)方法探討

崔松濤

(洛陽欣隆工程檢測(cè)有限公司，河南洛陽 471012)

通過比較各種常規(guī)無損檢測(cè)方法(VT、MT、PT、UT、RT)對(duì)裂紋檢出的優(yōu)勢(shì)和局限，提出了對(duì)球罐焊縫裂紋的檢測(cè)應(yīng)綜合運(yùn)用各種檢測(cè)方法，相互取長(zhǎng)補(bǔ)短的觀點(diǎn)。實(shí)際工作的檢驗(yàn)實(shí)例及分析中進(jìn)一步驗(yàn)證了這一論點(diǎn)。

微裂紋;檢測(cè)方法

1 前言

無損檢測(cè)公認(rèn)的最危險(xiǎn)缺陷——裂紋，在鋼質(zhì)球罐焊縫中大都屬于延遲性冷裂紋，且分布很廣。盡管在球罐制造及現(xiàn)場(chǎng)組焊過程中受到特別關(guān)注，但由于其“延遲”性，在拘束應(yīng)力的作用下，往往在用一年的開罐檢驗(yàn)中，仍能被大量發(fā)現(xiàn)。在這里不論是局部應(yīng)力集中，還是熱處理不及時(shí)、不均勻等原因所致，只對(duì)這類極細(xì)微、又不一定完全暴露在工件表面的裂紋的檢出方法進(jìn)行研討。這類表面開口微裂紋一般要借助放大鏡或顯微鏡才能被肉眼觀察。由于它的存在不但降低了焊縫強(qiáng)度，還會(huì)引起新的應(yīng)力集中，致使工件在受載荷時(shí)，有的裂紋會(huì)迅速擴(kuò)散，引起構(gòu)件破壞。所以在某些情況下，它比其它類的宏觀裂紋更有危險(xiǎn)性。對(duì)在役球罐的開罐檢驗(yàn)，如何更有效地檢測(cè)微裂紋并提高微裂紋的檢出率，是擺在探傷員及容器檢驗(yàn)員面前一個(gè)很現(xiàn)實(shí)的問題，同時(shí)如何準(zhǔn)確地對(duì)缺陷進(jìn)行定位和定量，制定修復(fù)方案也是至關(guān)重要的。

2 各種檢測(cè)方法的比較

2.1 肉眼觀察法

對(duì)裂紋的檢測(cè)有很多種方法。最古老、最普遍的是肉眼觀察法(VT)，這對(duì)于開口的宏觀裂紋的檢測(cè)不失為一種簡(jiǎn)單有效的方法，當(dāng)然它可以借助于放大鏡或內(nèi)窺鏡等。但該方法對(duì)于表面貼合緊、不開口的微裂紋，卻顯得力不從心。特別是大型球罐，幾百米長(zhǎng)的焊縫及熱影響區(qū)要做到無遺漏，那是不現(xiàn)實(shí)的。

2.2 磁粉探傷法(MT)

眾所周知，磁粉探傷法能有效地檢測(cè)鐵磁性材料表面和近表面裂紋，可以解決不開口微裂紋的檢出問題。但對(duì)于非鐵磁性材料及球罐上的人孔、支柱、接管角焊縫，由于受結(jié)構(gòu)及空間的影響，其探傷作用受到了一定的限制。

2.3 滲透探傷法(PT)

滲透探傷法能有效檢測(cè)非多孔性材料的表面開口裂紋，但對(duì)于不開口的近表面缺陷卻無能為力，加之成本較高，焊縫的后清洗困難，用于球罐焊縫及熱影響區(qū)的大面積檢測(cè)，是一種低效高耗、不經(jīng)濟(jì)、不可取的方法。

2.4 超聲波探傷法(UT)

超聲波探傷法能較靈敏地檢測(cè)裂紋類的一定取向的面狀缺陷，且檢驗(yàn)周期短，生產(chǎn)成本低，但對(duì)于裂紋的準(zhǔn)確定性和定量目前較困難，特別是對(duì)操作人員技能要求高，加之儀器、探頭及工件表面粗糙度等各種因素的影響，也存在較多的局限性。

2.5 射線探傷法(RT)

射線探傷法能比較直觀地對(duì)缺陷定性和定量，底片可長(zhǎng)期保存。此方法已廣泛應(yīng)用于鍋爐壓力容器壓力管道的檢驗(yàn)。但對(duì)于微裂紋檢測(cè)，卻受到微裂紋本身取向及其寬度和深度的影響，加之透照、暗室處理等諸多環(huán)節(jié)因素，其過程處理稍有不當(dāng)，結(jié)果將事倍功半，檢測(cè)靈敏度降低，甚至無法檢出。

綜上所述，為提高微裂紋的檢出率，用單一方法進(jìn)行檢測(cè)勢(shì)必存在很多局限和疏漏，容易造成漏檢。應(yīng)綜合運(yùn)用各種檢測(cè)方法，相互取長(zhǎng)補(bǔ)短，因地制宜，有的放矢，方可達(dá)到預(yù)期目的。容器檢驗(yàn)員在進(jìn)行探傷委托時(shí)，應(yīng)具體問題具體分析，綜合運(yùn)用各種檢測(cè)方法，并指明檢測(cè)的重點(diǎn)部位;探傷員也應(yīng)具體問題具體對(duì)待，合理科學(xué)施用各種檢測(cè)手段，做到有的放矢。

3 檢測(cè)實(shí)例分析

基于以上觀點(diǎn)，在對(duì)盤錦化肥廠兩臺(tái)200 mm3球罐的開罐檢查中，制定了如下檢驗(yàn)方案和檢測(cè)程序，收到了良好效果。

3.1 球罐原始狀況

設(shè)計(jì)單位，紡織部設(shè)計(jì)院;球殼制造，蘭州石油化工機(jī)械廠;現(xiàn)場(chǎng)組裝，遼寧省安裝公司;投用日期，1984年11月;使用編號(hào)，A#;規(guī)格，Φi7100×δ24;材質(zhì)，16MnR;介質(zhì)，N2;設(shè)計(jì)壓力，1.57 MPa;現(xiàn)場(chǎng)組焊探傷方法及比例，RT100%+MT100%。

3.2 檢測(cè)程序及要點(diǎn)

首先對(duì)罐體內(nèi)外表面和焊縫及熱影響區(qū)用肉眼普查一遍，對(duì)有懷疑的部位用10倍放大鏡進(jìn)行仔細(xì)觀察，加以標(biāo)志做好記錄;其次是對(duì)罐體內(nèi)外表面焊縫進(jìn)行100%磁粉探傷，對(duì)人孔、支柱、接管角焊縫進(jìn)行著色探傷，重點(diǎn)是肉眼觀察中發(fā)現(xiàn)的懷疑部位，之后對(duì)球罐對(duì)接焊縫進(jìn)行100%超聲探傷;最后對(duì)球罐應(yīng)力集中部位的丁字口和磁粉、著色及超聲探傷中發(fā)現(xiàn)可疑處進(jìn)行射線探傷復(fù)查。對(duì)于任何一種檢測(cè)方法所發(fā)現(xiàn)的可疑裂紋，不急于下結(jié)論，而是采用會(huì)診的方式，用各種檢測(cè)方法再進(jìn)行重點(diǎn)復(fù)查，以確定微裂紋的位置、走向、埋藏深度，從而確定修復(fù)方案。

3.3 檢測(cè)情況及結(jié)果

3.3.1 肉眼檢查

未發(fā)現(xiàn)裂紋。

3.3.2 磁粉探傷

儀器:江蘇射陽產(chǎn)DCE－EⅡ型旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)探傷儀;磁懸液濃度為熒光磁粉∶分散劑∶水=25g∶20 g∶1L。結(jié)果發(fā)現(xiàn)B5縫左側(cè)距B縫1040 mm處有一長(zhǎng)32 mm的磁痕顯示，形態(tài)呈裂紋狀。

3.3.3 著色探傷

用上海產(chǎn)國(guó)際型滲透液在以上發(fā)現(xiàn)的裂紋磁痕處進(jìn)行一步檢查，未發(fā)現(xiàn)裂紋顯示。

3.3.4 超聲探傷

儀器:CTS－26型，2.5MHz;探頭:2.5P9×9K2;耦合劑:機(jī)油。結(jié)果在磁痕顯示位置發(fā)現(xiàn)指示長(zhǎng)度36 mm、探測(cè)面以下2mm深度上，有線性缺陷反射回波。

3.3.5 射線探傷復(fù)查

西德3005X射線機(jī)，透照厚度比K≤1.01，管電壓195 kV，管電流5mA，透照時(shí)間5min，焦距600 mm，底片黑度 D2.0－3.0，像質(zhì)指數(shù) Z:10。結(jié)果未發(fā)現(xiàn)裂紋影像。

這說明該缺陷為寬度、深度很小的微裂紋，且與射線透照方向近于垂直，即與工件表面呈近于平行分布。這是根據(jù)上述五種方法對(duì)同一部位進(jìn)行檢測(cè)的結(jié)果，可確定該缺陷為未開口的淺表微裂紋。

3.4 裂紋處的修復(fù)及應(yīng)力校核

根據(jù)球罐的設(shè)計(jì)圖紙和強(qiáng)度計(jì)算書得知，該球罐最小允許壁厚不低于21.1mm。經(jīng)測(cè)厚儀測(cè)定該處裂紋打磨消除后，所剩壁厚仍可大于21.1mm。所以建議客戶制定打磨消除裂紋并不補(bǔ)焊的修復(fù)方案?？蛻舨杉{了此意見。

在打磨修復(fù)過程中，采用邊打磨邊進(jìn)行磁粉探傷的方法，直至磁痕剛好消失;再進(jìn)行著色探傷及超聲探傷復(fù)查，至不見缺陷顯示，說明裂紋已完全消除。最后測(cè)得打磨處最小壁厚為22.4mm。

對(duì)最小壁厚殼壁應(yīng)力校核用如下公式:

式中:σt，所需校核殼壁應(yīng)力;p，設(shè)計(jì)壓力;Di，球罐實(shí)際內(nèi)徑;(S0－C)，實(shí)測(cè)最小壁厚。

將有關(guān)數(shù)據(jù)代入得σt=124.8MPa

式中:[σt]——許用應(yīng)力值;

￠——焊縫系數(shù)。

這說明該處裂紋打磨消除后，實(shí)際應(yīng)力值在允許范圍內(nèi)，無須對(duì)該位置再進(jìn)行補(bǔ)焊，也避免了補(bǔ)焊后的熱處理工序。

4 結(jié)束語

通過上述檢驗(yàn)實(shí)例的實(shí)踐，我們認(rèn)識(shí)到，為了更有效地檢測(cè)微裂紋，應(yīng)正確制定檢測(cè)方案，綜合運(yùn)用各種無損檢測(cè)方法的長(zhǎng)處，以準(zhǔn)確地對(duì)裂紋進(jìn)行定性、定位和定量，從而制定切實(shí)可行的修復(fù)措施。這樣既保證了裂紋缺陷的消除，又減少了因補(bǔ)焊而必須進(jìn)行的熱處理工序，事半功倍。

TQ050.7

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