滲透檢測(cè)在核級(jí)Ti-35合金制容器焊接接頭中的應(yīng)用

魏侃　宋品玲　張成　屈義森

滲透檢測(cè)在核級(jí)Ti-35合金制容器焊接接頭中的應(yīng)用

魏侃*宋品玲張成屈義森

（西安優(yōu)耐特容器制造有限公司）

闡述了核級(jí)Ti－35合金制容器焊接接頭的滲透檢測(cè)技術(shù)，分析了其與常規(guī)容器檢測(cè)的區(qū)別。著重介紹了滲透檢測(cè)在不同焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。

滲透檢測(cè)鈦合金焊接接頭壓力容器質(zhì)量控制

鈦是一種化學(xué)性質(zhì)非?；顫姷慕饘?，在高溫下對(duì)氧、氫和氮等氣體具有極大的親和力。鈦合金焊接過(guò)程中，鈦金屬的這種親和力伴隨著焊接溫度的升高更為強(qiáng)烈。當(dāng)焊縫受到有害氣體污染后，就會(huì)在焊縫表面形成黃、紫、藍(lán)、灰等各種顏色。Ti－35合金為T(mén)i-Ta合金，是一種新型鈦合金材料，可以應(yīng)用于核乏燃料后處理裝置。由于Ti－35合金含有約6%的Ta元素，因而Ti－35合金制容器對(duì)使用工況的要求很苛刻，其焊接接頭的質(zhì)量控制尤為重要［1－2］。對(duì)于一般的對(duì)接焊接接頭，可采用射線檢測(cè)，但對(duì)于角接接頭，由于其結(jié)構(gòu)原因，只能采用滲透檢測(cè)來(lái)進(jìn)行質(zhì)量控制［3－5］。

1　滲透檢測(cè)的原理及選用

1.1滲透檢測(cè)的原理

滲透檢測(cè)是一種適用于檢查表面開(kāi)口缺陷的無(wú)損檢測(cè)方法。其基本原理是，滲透劑在毛細(xì)管作用下滲入表面開(kāi)口缺陷內(nèi)，去除工件表面多余的滲透劑后，通過(guò)顯像劑的毛細(xì)管作用將缺陷內(nèi)的滲透劑吸附到工件表面形成痕跡，從而顯示缺陷的存在。這種檢測(cè)方法稱(chēng)為滲透檢測(cè)，其過(guò)程如圖1所示。

滲透檢測(cè)方法依據(jù)滲透液種類(lèi)、清洗方式、顯像方式可分為多種類(lèi)型。對(duì)于鈦合金焊接接頭，優(yōu)先選擇Ⅱ-C-d型滲透檢測(cè)，即溶劑去除型著色滲透檢測(cè)法。

Ⅱ-C-d型滲透檢測(cè)系統(tǒng)，包括儀器設(shè)備（滲透裝置、顯像裝置），滲透檢測(cè)劑（滲透劑、顯像劑、去除劑），工藝方法（滲透－去除－顯像－檢查），環(huán)境條件（水源、電源、光源），人員資格（具有與職能相對(duì)應(yīng)的等級(jí)）。

1.2滲透檢測(cè)系統(tǒng)的選擇原則

滲透檢測(cè)系統(tǒng)的選擇原則：首先要滿(mǎn)足所需的靈敏度和可靠性，同時(shí)要考慮經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)選用相容性高而又價(jià)廉的滲透檢測(cè)系統(tǒng)。

圖1　滲透檢測(cè)過(guò)程

根據(jù)Ti－35合金設(shè)備制造過(guò)程中的大量試驗(yàn)，推薦選擇以下系統(tǒng)參數(shù)。

1.2.1滲透檢測(cè)劑的選取

（1）應(yīng)使用符合規(guī)范的核級(jí)滲透檢測(cè)劑。滲透檢測(cè)劑蒸發(fā)后殘?jiān)械穆?、氟元素含量的質(zhì)量分率不得超過(guò)1%［2］。

（2）滲透檢測(cè)劑應(yīng)配套使用，不同廠家不同型號(hào)不同簇組的滲透檢測(cè)劑不得混用。

1.2.2照明設(shè)備

當(dāng)無(wú)法在日光下進(jìn)行觀察時(shí)，可用亮度滿(mǎn)足要求的太陽(yáng)燈或白熾燈照明，表面照度要求不小于1000 Lx。

1.2.3照度計(jì)

白光照度計(jì)的測(cè)量范圍應(yīng)能覆蓋檢測(cè)所需的照度范圍，并每年進(jìn)行一次校驗(yàn)。

1.2.4試塊的要求

（1）鋁合金試塊（A型對(duì)比試塊）主要用于非標(biāo)準(zhǔn)溫度下滲透檢測(cè)方法的鑒定。

（2）鍍鉻試塊（B型）主要用于檢驗(yàn)滲透檢測(cè)劑系統(tǒng)靈敏度及操作工藝正確性。

（3）發(fā)現(xiàn)試塊有阻塞或靈敏度有所下降時(shí)，必須及時(shí)修復(fù)或更換。

（4）試塊使用后要清洗干凈，用丙酮與無(wú)水酒精的混合液（體積混合比為1∶1）浸泡密封保存。1.3滲透檢測(cè)過(guò)程

預(yù)清洗→施加滲透劑→去除多余滲透劑→干燥→施加顯像劑→觀察與評(píng)定顯示痕跡→后處理。

2　普通鈦合金與Ti-35焊接接頭滲透檢測(cè)的區(qū)別

普通鈦合金與Ti－35焊接接頭滲透檢測(cè)的主要差別在于滲透檢測(cè)劑的選取。對(duì)于Ti－35合金焊接接頭，為能達(dá)到相對(duì)高的檢測(cè)靈敏度，通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，必須選擇核級(jí)滲透檢測(cè)劑。

在相同條件下進(jìn)行了靈敏度測(cè)試的試驗(yàn)，以比較核級(jí)滲透劑和普通滲透劑的靈敏度。測(cè)試包括了測(cè)量試塊表面溫度（顯示為11℃）和表面照度（顯示為1226 Lx）。通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在相同條件下，核級(jí)滲透劑的裂紋檢出率比普通滲透劑高一個(gè)級(jí)別。因此，對(duì)于Ti－35合金制容器的焊接接頭的滲透檢測(cè)，宜選取核級(jí)滲透劑進(jìn)行，以確保焊接接頭的質(zhì)量控制。

3　Ti-35合金不同焊接結(jié)構(gòu)的滲透檢測(cè)方法

3.1換熱管與管板焊接結(jié)構(gòu)

圖2所示為換熱管與管板的焊接結(jié)構(gòu)。?30× 4規(guī)格的換熱管與厚度35 mm的管板焊接完成后，形成如圖2所示的角接接頭。經(jīng)外觀檢驗(yàn)，焊接接頭表面為銀白色，無(wú)肉眼可見(jiàn)的氣孔、裂紋等表面缺陷。外觀檢驗(yàn)合格后，須對(duì)管頭焊接接頭逐根進(jìn)行100%滲透檢測(cè)（如圖3所示）。這種結(jié)構(gòu)在焊接過(guò)程中，由于熱影響區(qū)溫度的不均勻變化，在母材兩側(cè)區(qū)域易產(chǎn)生裂紋。因此在滲透檢測(cè)過(guò)程中，刷涂滲透劑時(shí)，除100%覆蓋焊接接頭外，焊接接頭兩邊增加檢測(cè)區(qū)域?qū)?0 mm，以確保無(wú)裂紋漏檢。滲透檢測(cè)過(guò)程中應(yīng)努力提高裂紋的檢出率。檢測(cè)依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)為NB/T 47013.5—2015，I級(jí)合格［4，6］。

圖2　換熱管與管板的焊接結(jié)構(gòu)

3.2接管與筒體焊接結(jié)構(gòu)

圖4所示為接管與筒體的焊接結(jié)構(gòu)。接管與筒體焊接過(guò)程中，當(dāng)?shù)?層焊接完成后，經(jīng)目視檢查合格后，須對(duì)根部及背面進(jìn)行100%滲透檢測(cè)，嚴(yán)格控制第1層焊接質(zhì)量。滲透檢測(cè)合格后，應(yīng)特別注意焊縫及焊道表面的清理，以免為后續(xù)焊接埋下隱患。若清理不干凈，殘留的雜質(zhì)元素會(huì)在焊縫內(nèi)部產(chǎn)生氣孔或裂紋等缺陷，影響焊縫的質(zhì)量和容器的使用壽命。整條焊縫焊接完成后，須對(duì)焊接接頭表面及焊接接頭背面再次進(jìn)行100%滲透檢測(cè)。檢測(cè)依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)為NB/T 47013.5—2015，I級(jí)合格。

圖3　管頭焊接接頭的滲透檢測(cè)

圖4　接管與筒體的焊接結(jié)構(gòu)

3.3筒體與管板焊接結(jié)構(gòu)

圖5所示為筒體與管板的焊接結(jié)構(gòu)。這種焊接結(jié)構(gòu)其焊縫形式為對(duì)接焊縫，無(wú)法進(jìn)行射線檢測(cè)。為確保其焊接質(zhì)量，進(jìn)行了如下試驗(yàn)：用相同的焊接參數(shù)焊接試件，并對(duì)試件的焊縫逐層進(jìn)行滲透檢測(cè)，直到焊接完成。對(duì)焊接試件進(jìn)行射線檢測(cè)及力學(xué)性能試驗(yàn)，最終結(jié)果均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，確認(rèn)合格。因此，對(duì)于如圖5所示的這種焊接結(jié)構(gòu)，在焊接過(guò)程中，每焊接完一層，均對(duì)焊接接頭進(jìn)行外觀檢查，焊縫表面要求為銀白色，無(wú)肉眼可見(jiàn)氣孔、裂紋等表面缺陷。外觀檢驗(yàn)合格后，進(jìn)行100%滲透檢測(cè)，依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)為NB/T 47013.5—2015，I級(jí)合格。每一層目視與滲透檢測(cè)合格后，使用丙酮進(jìn)行清洗并及時(shí)用干燥潔凈的高壓風(fēng)將每一層焊道清理干凈，以防止氣孔和表面裂紋的出現(xiàn)。確認(rèn)合格后再進(jìn)行下一層的焊接工作。

圖5　筒體與管板的焊接結(jié)構(gòu)

4　結(jié)論

（1）經(jīng)過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，選用符合規(guī)范的核級(jí)滲透劑比普通滲透劑的缺陷檢出率高出一個(gè)級(jí)別。對(duì)用于工況條件比較苛刻的核級(jí)容器，必須選用核級(jí)滲透劑。

（2）應(yīng)根據(jù)容器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及容易出現(xiàn)的表面缺陷，選取不同的合理的滲透檢測(cè)方法，以控制Ti－35合金焊接接頭的質(zhì)量。

（3）采取層間滲透檢測(cè)時(shí)，應(yīng)確保檢測(cè)合格后的焊縫及焊道的表面清理符合要求，以防止殘留雜質(zhì)元素的影響產(chǎn)生內(nèi)部缺陷，造成質(zhì)量隱患。

［1］吳金平，楊英麗，等.后處理設(shè)備用Ti-35合金材料研究［D］.西安：西北有色金屬研究院，2006.

［2］民用核安全設(shè)備無(wú)損檢驗(yàn)人員資格鑒定委員會(huì).無(wú)損檢驗(yàn)概論及民用核安全設(shè)備的基本知識(shí)［M］.2011.

［3］全國(guó)鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).GB 150—2011壓力容器［S］.2011.

［4］全國(guó)鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).GB/T 151—2014熱交換器［S］.2014.

［5］全國(guó)鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).JB/T 4745—2002鈦制焊接容器［S］.2002.

［6］全國(guó)鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).NB/T 47013—2015承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)［S］.2015.

Application of Penetration Testing in the Welded Joint of Nuclear Grade Ti-35 Titanium Alloy Vessel

Wei KanSong PinlingZhang ChengQu Yisen

The penetration detecting method of the nuclear grade Ti-35 titanium vessel weld was illustrated，and the difference between conventional vessel and titanium vessel was introduced.The penetration detecting method for different welding structure was emphatically introduced.

Penetration detecting；Titanium alloy；Welded joint；Pressure vessel；Quality control

TQ 050.6

10.16759/j.cnki.issn.1007-7251.2016.10.014

2016-02-18）

*魏侃，男，1987年生，助理工程師。西安市，710201。