壓力容器焊縫及其附近微裂紋的檢測(cè)

楊國軍

YANG Guo-jun

（新余學(xué)院 機(jī)電工程系，新余 338000）

壓力容器焊縫及其附近微裂紋的檢測(cè)

The detection of pressure vessels and near the weld cracks

楊國軍

YANG Guo-jun

（新余學(xué)院 機(jī)電工程系，新余 338000）

壓力容器安全運(yùn)行是一項(xiàng)十分重要的安全工作，因此，加強(qiáng)壓力容器焊縫及其附近微裂紋的檢測(cè)就顯得尤為重要。無損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用在壓力容器制造過程中顯得十分重要, 常規(guī)無損檢測(cè)技術(shù)主要有：射線檢測(cè)、超聲波檢測(cè)、滲透檢測(cè)、渦流檢測(cè)、磁粉檢測(cè)。本文首先闡述了常用的無損檢測(cè)方法及應(yīng)用。其次，對(duì)壓力容器焊縫及其附近微裂紋檢測(cè)特點(diǎn)及步驟進(jìn)行了深入的探討，得出以下結(jié)論：只采用一種無損檢測(cè)方法來檢測(cè)壓力容器焊縫及其附近微裂紋，無論那種檢測(cè)方法如何的先進(jìn)，如何的高效，進(jìn)檢測(cè)結(jié)果必然會(huì)存在很多局限和疏漏，容易造成漏檢。壓力容器焊縫及其附近微裂紋的檢測(cè)應(yīng)該綜合運(yùn)用各種無損檢測(cè)方法，相互取長補(bǔ)短，做到合理科學(xué)地結(jié)合檢測(cè)的壓力容器實(shí)際情況來運(yùn)用各種檢測(cè)手段，確保壓力容器安全運(yùn)行。

壓力容器；焊縫；微裂紋；檢測(cè)

0 引言

壓力容器安全運(yùn)行是一項(xiàng)十分重要的安全工作，因此，加強(qiáng)壓力容器焊縫及其附近微裂紋的檢測(cè)就顯得尤為重要。壓力容器焊縫及其附近區(qū)域產(chǎn)生的微裂紋大多數(shù)屬于延遲性冷裂紋，雖然裂紋很微小，但是能夠到壓力容器造成極大的危害，產(chǎn)生破裂、泄露、爆炸等諸多嚴(yán)重后果。盡管壓力容器出廠或者在使用單位現(xiàn)場(chǎng)組焊過程中會(huì)特別關(guān)注到壓力容器焊縫及其附近微裂紋，但因?yàn)檫@些微裂紋都具有 “延遲”性，當(dāng)時(shí)沒有檢測(cè)出來，而是在使用一年多之后，才能被大量發(fā)現(xiàn)。本文不探討因?yàn)闊崽幚聿患皶r(shí)或者局部應(yīng)力集中等原因所造成的裂紋，而只在這里對(duì)那種及其微小、又不一定完全暴露在工件表面，但是產(chǎn)生于壓力容器焊縫及其附近區(qū)域的微裂紋的檢測(cè)方法進(jìn)行研討。這種微裂紋一般都不能被肉眼所觀察到，而要借助于無損檢測(cè)儀器才能夠得以觀察。由于壓力容器焊縫及其附近區(qū)域本來就是極易出現(xiàn)應(yīng)力集中的地方，也是特別容易出現(xiàn)事故的地方。而這區(qū)域類的微裂紋無疑起到了加速危害的作用，它不但可以降低焊縫強(qiáng)度，引起新的應(yīng)力集中，而且還能夠?qū)е聣毫θ萜鳂?gòu)件破壞。所以我們可以看出，這些微裂紋往往比宏觀裂紋更有危險(xiǎn)性。對(duì)壓力容器中，特別是在役壓力容器的檢驗(yàn)中，如何有效快速高效地檢測(cè)出壓力容器焊縫及其附近區(qū)域產(chǎn)生的微裂紋，提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性，這是擺在我們面前、值得大家思考的一個(gè)很現(xiàn)實(shí)的問題。對(duì)于壓力容器焊縫及其附近微裂紋檢測(cè)的探討，無疑可以加強(qiáng)檢測(cè)檢驗(yàn)把關(guān),保證容器的安全運(yùn)行。本文就壓力容器焊縫及其附近微裂紋的檢測(cè)進(jìn)行探討。

1 常用的無損檢測(cè)方法及應(yīng)用

無損檢測(cè)是以不損害被檢對(duì)象未來用途和功能為前提，為探測(cè)、定位、測(cè)量和評(píng)價(jià)缺陷，評(píng)估完整性、性能和成分，測(cè)量幾何特征，而對(duì)材料和零（部）件進(jìn)行的檢測(cè)。常規(guī)無損檢測(cè)技術(shù)主要有：射線檢測(cè)、超聲波檢測(cè)、滲透檢測(cè)、渦流檢測(cè)、磁粉檢測(cè)。

第一種射線探傷法（RT），能比較直觀地對(duì)缺陷定性和定量，底片可長期保存。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。

第二種超聲波探傷法（UT），利用超聲波在不同的介質(zhì)中傳播時(shí)，將產(chǎn)生反射、折射、散射、繞射和衰減等現(xiàn)象，使我們由接收換能器上接收的超聲波信號(hào)的聲時(shí)、振幅、波形或頻率發(fā)生了相應(yīng)的變化，測(cè)定這些變化就可以判定建筑材料的某些方面的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)內(nèi)部構(gòu)造的情況達(dá)到測(cè)試的目的。

第三種是滲透探傷法（PT），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。用于壓力容器焊縫及熱影響區(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。

第四種是渦流檢測(cè)，給一個(gè)線圈通入交流電，在一定條件下通過的電流是不變的。如果把線圈靠近被測(cè)工件，像船在水中那樣，工件內(nèi)會(huì)感應(yīng)出渦流，受渦流影響，線圈電流會(huì)發(fā)生變化。由于渦流的大小隨工件內(nèi)有沒有缺陷而不同，所以線圈電流變化的大小能反映有無缺陷。渦流檢測(cè)時(shí)線圈不需與被測(cè)物直接接觸，可進(jìn)行高速檢測(cè),易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,但不適用于形狀復(fù)雜的零件,而且只能檢測(cè)導(dǎo)電材料的表面和近表面缺陷,檢測(cè)結(jié)果也易于受到材料本身及其他因素的干擾。

第五種是磁粉探傷法（MT），它能有效地檢測(cè)鐵磁性材料表面和近表面裂紋，但對(duì)于壓力容器上的人孔、支柱、接管角焊縫，其探傷作用受到了一定的限制。

2 壓力容器焊縫及其附近微裂紋檢測(cè)特點(diǎn)及步驟

為了保證壓力容器制造質(zhì)量和使用安全,根據(jù)《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》中的規(guī)定,對(duì)其焊接的焊縫質(zhì)量采用無損檢測(cè)方法進(jìn)行檢查顯得極為必要。

2.1 壓力容器焊縫及其附近微裂紋檢測(cè)特點(diǎn)

1） 大型的焊接構(gòu)件

與一般工件區(qū)別的是，壓力容器屬較大型的焊接構(gòu)件，其體積、重量都很大，有較多的對(duì)接、角接和搭接焊縫，磁粉檢測(cè)時(shí)只能進(jìn)行局部磁化，要求選用的檢測(cè)設(shè)備與器材能適應(yīng)局部磁化的同時(shí)，又具備較高的檢測(cè)效率。

2）特種設(shè)備

很多壓力容器是在高溫高壓的介質(zhì)環(huán)境下使用，一旦發(fā)生爆破事故，將對(duì)國家財(cái)產(chǎn)和人民的生命安全帶來重大損失，因此不允許焊縫存在裂紋之類的危害性缺陷，要求采用的檢測(cè)工藝和操作方法具有較高檢測(cè)效率的同時(shí)，又必須具有較高的綜合檢測(cè)靈敏度；以確保檢出危害性缺陷，保證其運(yùn)行安全。

3）惡劣的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)條件

有些待檢測(cè)的壓力容器屬于在役狀態(tài)，被檢焊縫的表面結(jié)構(gòu)復(fù)雜且不可移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，被檢測(cè)焊縫部位大多數(shù)處于立面和仰面，有的要處于高空或陰暗的環(huán)境下操作。要求檢測(cè)設(shè)備器材必須輕便耐用，檢測(cè)工藝和操作方法能適應(yīng)在惡劣的現(xiàn)場(chǎng)。

2.2 壓力容器焊縫及其附近微裂紋檢測(cè)步驟

壓力容器焊縫及其附近微裂紋的檢測(cè)主要是檢驗(yàn)焊縫的外觀成型質(zhì)量,檢驗(yàn)內(nèi)容一般為焊腳高度,咬邊,焊接變形,焊瘤,弧坑,焊縫直度等 當(dāng)然還有焊縫的內(nèi)在質(zhì)量,如夾渣,氣孔,未焊透,裂紋,未熔合等。

壓力容器焊縫及其附近微裂紋檢測(cè)步驟主要是以下一些方面。

1）對(duì)有壓力容器內(nèi)外表面和焊縫及熱影響區(qū)用肉眼普查一遍，大致對(duì)哪些地方存在裂紋有一定的了解，對(duì)檢測(cè)人員有懷疑的部位用進(jìn)行仔細(xì)觀察，必要時(shí)可以采用放大鏡，發(fā)現(xiàn)確實(shí)可能出現(xiàn)微裂紋的地方，應(yīng)該加以標(biāo)志做好記錄。

2）由于壓力容器被檢表面狀態(tài)對(duì)缺陷檢出靈敏度影響很大，清潔的工件表面是檢測(cè)取得成效的前提。從諸多容器發(fā)生破壞事故的教訓(xùn)表明，使用中產(chǎn)生的危險(xiǎn)性缺陷大多位于與介質(zhì)接觸的內(nèi)表面，因此容器內(nèi)部的介質(zhì)污跡、銹蝕和氧化皮必須清理干凈并經(jīng)檢測(cè)人員檢查合格。待檢查合格之后，就可以對(duì)壓力容器焊縫及其附近微裂紋進(jìn)行無損檢測(cè)，例如我們可以采用百分之百磁粉探傷的方法，由于容器內(nèi)外表面需檢測(cè)的焊縫部位分別處于平、橫、立、仰的全位置狀態(tài)，檢測(cè)前須用A1－30/100型標(biāo)準(zhǔn)試片校驗(yàn)儀器及磁粉的系統(tǒng)靈敏度，試片應(yīng)貼于操作條件最為惡劣、對(duì)檢測(cè)靈敏度影響最不利的仰立部位（如球形容器內(nèi)上極板焊縫，臥式容器內(nèi)表面頂端焊縫）來校核綜合性能靈敏度，才能保證不會(huì)發(fā)生缺陷漏檢。值得注意的是：對(duì)一般介質(zhì)的容器焊縫磁粉檢測(cè)，通常選用磁膏配制的水基磁懸液，磁粉顏色須與被檢表面有較大反差。用磁膏配制水基磁懸液時(shí)必須注意：先把磁膏與少量的水混合研磨成糊狀，再按規(guī)定加入規(guī)定量的水劑，這樣配置的磁懸液濃度比較均勻，懸液中磁粉不結(jié)團(tuán)，檢測(cè)靈敏度較高。在對(duì)盛裝油性介質(zhì)的容器磁粉檢測(cè)，如果被檢內(nèi)表面焊縫的油膜難以處理干凈、或者作水?dāng)嘣囼?yàn)不合格時(shí)，則必須選用油基磁懸液，即使用高閃點(diǎn)、低濃度的無臭味煤油載液配制的油基磁懸液，亦可選用50 %煤油 + 50 %變壓器油配制。用磁膏配制油基磁懸液時(shí)也同樣注意先把磁膏與少量的油混合研磨成糊狀，再按規(guī)定加入規(guī)定量的油劑。對(duì)比較光滑的被檢表面或是位于仰立部位焊縫的檢測(cè)，宜用粘性較大的油載液（比如用30 %煤油 + 70 %機(jī)油）來配制磁懸液，以防止磁化檢測(cè)時(shí)，磁懸液流淌速度太快造成磁粉無法在缺陷表面聚積而發(fā)生漏檢。

同時(shí)，我們知道，壓力容器出現(xiàn)問題的地方通常是在人孔、支柱、接管角的焊縫區(qū)，在這些關(guān)鍵地方我們要進(jìn)行著色探傷。重點(diǎn)是我們第一步通過肉眼觀察確定可能出現(xiàn)裂紋的地方。

3）對(duì)壓力容器對(duì)接焊縫進(jìn)行百分之百的超聲探傷或者百分之百滲透探傷等方法。

4）對(duì)前面利用百分之百磁粉探傷、著色探傷、百分之百的超聲探傷或者百分之百滲透探傷等方法發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)問題的地方（壓力容器焊縫及其附近微裂紋區(qū)域內(nèi)），再次利用射線探傷復(fù)查，以保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。我們?cè)跈z測(cè)中要樹立一個(gè)思想，就是對(duì)于任何一種檢測(cè)方法所發(fā)現(xiàn)的可疑裂紋，要持慎重的態(tài)度，不要急于下結(jié)論，而是采用會(huì)診的方式，利用各種檢測(cè)方法再進(jìn)行重點(diǎn)復(fù)查，我們還可以為了保證更加準(zhǔn)確，可以讓檢測(cè)人員暢所欲言、對(duì)檢測(cè)結(jié)果發(fā)表意見。通過這些工作，我們就可以確定壓力容器微裂紋的位置、走向、埋藏深度，從而確定修復(fù)方案，確保壓力容器安全運(yùn)行。

3 結(jié)束語

總之，在前面的探討中，我們可以發(fā)現(xiàn)，只采用一種無損檢測(cè)方法來檢測(cè)壓力容器焊縫及其附近微裂紋，無論那種檢測(cè)方法如何的先進(jìn)，如何的高效，進(jìn)檢測(cè)結(jié)果必然會(huì)存在很多局限和疏漏，容易造成漏檢。我們認(rèn)為：壓力容器焊縫及其附近微裂紋的檢測(cè)應(yīng)該綜合運(yùn)用各種無損檢測(cè)方法，相互取長補(bǔ)短，做到合理科學(xué)地結(jié)合檢測(cè)的壓力容器實(shí)際情況來運(yùn)用各種檢測(cè)手段，確保壓力容器安全運(yùn)行。

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1009-0134(2010)12(上)-0017-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2010.12(上).06

2010-07-20

楊國軍（1973 -），男，江西豐城人，副教授，碩士，主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)與制造。