壓力容器缺陷檢測及補焊修復探究

陳駿 曹峻

摘要：壓力容器的種類不斷豐富，其內(nèi)在結(jié)構(gòu)日趨復雜化，在壓力容器運行條件影響下使其質(zhì)量得不到保障。在實踐檢測作業(yè)中發(fā)現(xiàn)，很多工廠壓力容器出現(xiàn)缺陷，例如表面裂紋、氣孔以及未融合缺陷等。這些缺陷主要為焊縫缺陷。當壓力容器出現(xiàn)焊縫缺陷會直接影響工廠生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)水平，因此加強對壓力容器缺陷檢測至關(guān)重要。本文將針對壓力容器缺陷檢測進行詳細分析和論述，并探討出如何對壓力容器的焊縫缺陷進行有效補焊修復。旨在通過本文論述為壓力容器缺陷檢測提供有力理論參考。

關(guān)鍵詞：壓力容器;缺陷檢測;焊縫缺陷;補焊修復

隨著工廠不斷發(fā)展，技術(shù)不斷進步，壓力容器種類日益豐富，且壓力容器結(jié)構(gòu)復雜。在長期工作條件影響下，對壓力容器質(zhì)量造成一定影響。在工廠設備檢測工作中發(fā)現(xiàn)壓力容器常出現(xiàn)一些焊縫缺陷，例如壓力容器表面出現(xiàn)裂紋，或出現(xiàn)埋藏缺陷等，都對壓力容器整體質(zhì)量造成影響。壓力容器缺陷直接影響工廠生產(chǎn)質(zhì)量是否合格，因此加強對壓力容器缺陷檢測十分重要，以保證及時發(fā)現(xiàn)焊縫缺陷，并第一時間進行補焊修復，將缺陷影響降低最低，避免影響工廠正常生產(chǎn)活動。

1.壓力容器缺陷檢測

以某大型加氫反應器為例，在對其容器缺陷檢測過程中對焊縫缺陷檢測進行全面分析。該加氫反應器總重量大于600t，容器殼體厚度達到202mm，容器主體材料為Cr-Mo鋼，容器內(nèi)壁采用不銹鋼堆焊，厚度為6mm，容器工作壓力為15.2MPa。在對該加氫反應器缺陷檢測中發(fā)現(xiàn)，焊縫缺陷寬28mm，主要焊縫類型為U型坡口環(huán)焊縫。檢測方法首先利用100%超聲檢測。通過超聲檢測可知這個環(huán)焊縫整體存在缺陷，主要范圍在150mm至200mm內(nèi)。這個環(huán)焊縫缺陷當量不夠，在承壓設備檢測下可知，該焊縫缺陷為I級。

1.1焊縫缺陷檢測準備工作

針對大型加氫反應器的缺陷檢測主要采用CTS-22型模擬超聲波探傷儀。由于該壓力容器為大型工件，厚度就大，為達到超聲橫波穿透要求以及達到其橫波靈敏度標準，要選擇45°折射角，所用晶片標準為20mm×20mm，頻率為2.5MHz，探頭型號為2.5Z20×20K1。選擇CSK-IVNO.4試塊。橫波斜探頭主要檢測面包括兩個部分，即探頭移動區(qū)和探頭檢測區(qū)，實現(xiàn)對該壓力容器焊縫缺陷的有效檢測。探頭區(qū)寬度是303mm，檢測區(qū)寬度是焊縫寬度+焊縫兩側(cè)10mm。

同時在焊縫缺陷檢測前要將檢測表面的氧化皮以及油污雜物清理干凈。對檢測器進行合理調(diào)節(jié)，主要方法為：通過深度定位和CSK-IA試塊對儀器進行定位掃描，也就是在滿屏幕200mm寬度掃描。要將檢測儀器的靈敏度控制在標準水平，找出CSK-IVA?No.3試塊的25%、50%及75%位置9.5mm×40mm長橫孔反射回波最大值，做出DAC曲線，最后再把靈敏度調(diào)整到14dB。

1.2檢測實施過程

在壓力容器焊縫缺陷檢測過程中，以超聲波為檢測依據(jù)，主要流程為：超聲波檢測→掃查出焊縫缺陷→全面掃查缺陷波→觀察焊縫缺陷動態(tài)波形→測出焊縫缺陷當量→判斷出焊縫缺陷分布方向。

利用斜探頭進行檢測（45°折射角、2.5MPa頻率），獲得的焊縫缺陷檢測情況為一些較為明顯的波形信號在熒光屏偏向右側(cè)方向顯示。該檢測沒有在檢測完靈敏度后進行缺陷波形處理，因此檢測完成獲得的缺陷波形信號只能夠在熒光屏的1.5。所以說應當將壓力容器焊縫缺陷的當量控制在9.5mm×40mm-16?dB～9.5mm×40mm?-10dB。

2.焊縫缺陷檢測分析

當檢測表明出某些明顯缺陷波的位置應當利用氣切割取樣，并通過機械加工方式去掉式樣表面的淬硬層，通過莫名與拋光完成表面處理工作。處理完成后則通過超聲波進缺陷定位，能夠知道四處缺陷，并主要分布位置在融合線附近。

在完成上述檢測后，通過金相顯微鏡進行進一步觀察，采取某一焊縫缺陷試塊觀察（保證該缺陷試塊已做好拋光處理），能夠明顯發(fā)現(xiàn)該位置存在少量尖端雜質(zhì)，并與裂紋同時存在。利用掃描電鏡放大缺陷區(qū)域，對網(wǎng)狀裂紋進行成分定性，可知該缺陷S、Cr以及Ti元素較多，以S元素為主。因此說，該大型加氫反應器的焊縫缺陷是Ti元素的C與N非平衡化合物與雜質(zhì)！S元素沿晶界偏聚造成的。

3.壓力容器缺陷補焊修復分析

3.1焊縫缺陷表面處理工作

根據(jù)相關(guān)標注可知在壓力容器焊縫裂紋深度小于4mm時通常不會引起斷裂時效，因此說當壓力容器的表面裂紋小于3mm時無需進行補焊修復，只要通過手動打磨即可。打磨處理要求手法要平穩(wěn)，不能過于劇烈，以保證對焊縫裂紋端口處理更加圓潤，杜絕出現(xiàn)菱角現(xiàn)象。

當壓力容器表面裂紋深度大于4mm要進行補焊修復。修復前同樣需要進行磨平處理，利用角向磨光機對坡口處理，處理到裂紋兩端10-15mm位置。為更好進行補焊作業(yè)，要將坡口位置坐好雜質(zhì)清理和硬化層處理。

3.2焊縫裂紋補焊修復

針對壓力容器焊縫裂紋的補焊處理是其整體修復的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。補焊工作要對其裂縫成因分析，然后進行消氫和打磨，要做出準確的安全評定，再通過熱處理方式提高容器的使用性能。對壓力容器的裂紋進行有效補焊處理，消除缺陷，但也存在出現(xiàn)新生問題可能，如未融合或氣孔等，因此必須嚴格控制補焊工藝。要將控制殘余應力增加為前提，杜絕出現(xiàn)新裂紋。要對殘余應力和熱應力做好控制，避免出現(xiàn)馬氏體組織。另外要對焊縫以及范圍內(nèi)的氫含量進行嚴格控制。

參考文獻：

[1]郭傳順，常曉志，康立權(quán).計算機在壓力容器缺陷評定中的應用[J].中國鍋爐壓力容器安全，2010，05（11）：325-326.

[2]龔斌，聞邦椿，齊輝，金志浩.凱塞效應在壓力容器缺陷評定中的應用[J].無損檢測，2010，03（10）：607-609.

[3]陳學東，王冰，關(guān)衛(wèi)和，胡明東.我國石化企業(yè)在用壓力容器與管道使用現(xiàn)狀和缺陷狀況分析及失效預防對策[J].壓力容器，2011，05（09）：111-113.

[4]何浩.高溫超聲橫波檢測在壓力容器焊縫缺陷檢測運用研究[J].化學工程與裝備，2010，10（12）：204-205.

[5]王澤恒，吳在盛，趙偉，韓冬斌，王建新.壓力管道失效評定規(guī)范及安全評定概況研究[J].焊管，2013，05（11）：231-233.