水洗沉降罐埋藏缺陷的檢出及修復(fù)

來誠鋒 楊元慶 姚 勇 鄭連學(xué) 王志平

（武漢市鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究所 武漢 430024）

2020年11月,某化工企業(yè)停產(chǎn)檢修期間,對1臺水洗沉降罐內(nèi)表面進(jìn)行宏觀檢查時,發(fā)現(xiàn)筒體1處縱、環(huán)焊縫交叉部位外觀成型不良,存在補(bǔ)焊跡象,按照法規(guī)要求對其進(jìn)行內(nèi)表面磁粉檢測后,未發(fā)現(xiàn)表面缺陷。為避免補(bǔ)焊位置存在內(nèi)部埋藏缺陷,隨即進(jìn)行超聲波、相控陣及射線等補(bǔ)充檢測,發(fā)現(xiàn)該焊縫交叉部位上側(cè)環(huán)焊縫處存在1段超標(biāo)的埋藏性缺陷,嚴(yán)重影響該設(shè)備的安全運(yùn)行,須進(jìn)行修理。

采用多種檢測方法后,明確了缺陷性質(zhì),分析了缺陷產(chǎn)生的原因,對3種埋藏缺陷檢測方法的優(yōu)劣進(jìn)行了比較,并針對缺陷的特點(diǎn),提出了返修要求,為同類缺陷的檢出及處理提供了借鑒。

1 設(shè)備主要信息

設(shè)備主要信息見表1。

表1 設(shè)備主要信息

2 檢驗(yàn)

2.1 宏觀檢查

在進(jìn)行罐內(nèi)宏觀檢查時發(fā)現(xiàn)焊縫交叉部位附近（見圖1陰影部位）存在補(bǔ)焊跡象,依據(jù)TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》[1]中定期檢驗(yàn)的相關(guān)要求對其進(jìn)行內(nèi)、外表面檢測及內(nèi)部檢測,進(jìn)一步確認(rèn)該部位是否存在超標(biāo)的表面缺陷及埋藏缺陷。

圖1 水洗沉降罐焊縫布置圖

2.2 磁粉探傷

磁粉探傷簡便且顯示直觀,對于鐵磁性材料制壓力容器,優(yōu)先選用磁粉檢測進(jìn)行表面探傷,其對表面缺陷和近表面缺陷具有很高的檢測靈敏度[2],可檢出極細(xì)小的裂紋以及其他缺陷[3]。鑒于本容器材質(zhì)為鐵磁性材料,故對圖1中陰影部位及其周邊進(jìn)行內(nèi)、外表面磁粉檢測,檢測后未發(fā)現(xiàn)相關(guān)的磁痕顯示,磁粉探傷結(jié)果符合要求。

2.3 超聲波探傷

采用5P13×13 K2探頭對圖1中陰影部位及其周圍進(jìn)行雙面雙側(cè)超聲波檢測（A掃查）發(fā)現(xiàn),距離縱、環(huán)焊縫交叉部位中心60 mm處存在長70 mm、自身高度4 mm（從外向內(nèi)9～13 mm處）、定量線sL：+8.0 dB的條形埋藏性缺陷（見圖2）。

圖2 超聲波掃查圖

對圖1所示陰影部位右側(cè)進(jìn)行超聲波掃查,發(fā)現(xiàn)缺陷兩端反射波幅較高,均為尖銳的單個脈沖波且無副波存在,但上下移動探頭過程中,最大反射波幅度起伏變化且沒有規(guī)律；缺陷中部反射波波高相對缺陷兩端較低,脈沖波前后時有副波存在,副波波幅低于主脈沖波,副波與主脈沖波的波高差距或大或小,整體上脈沖包絡(luò)呈鐘形顯示,上下移動探頭過程中最大反射波幅度連續(xù)存在,雖含有起伏,但起伏不大；對缺陷的對側(cè)即陰影部位左側(cè)進(jìn)行超聲波掃查,發(fā)現(xiàn)缺陷兩端的反射波波高與右側(cè)掃查差別不大,但缺陷中部的反射波波高較右側(cè)掃查較低,即超聲波掃查中單側(cè)掃查波高較高。因此,判斷缺陷兩端與缺陷中部非單一類型缺陷,應(yīng)由不同類型缺陷組成。考慮到缺陷中部位置反射波連續(xù)存在,缺陷位于焊縫中心線附近,深度分布在從外向內(nèi)9～13 mm處,且容器制造時采用X型坡口雙面成型自動焊接,鑒于此,判斷缺陷中部應(yīng)為焊縫雙面成型的未焊透。

2.4 相控陣探傷

相控陣探傷可以檢測各種走向、不同位置的缺陷,缺陷檢出率較高,檢測范圍較廣,定量、定位精度較高,其對多個缺陷上下重疊、錯落分布的情況均可清楚地分辨[4-5],對平面形缺陷檢出率高[6-7]。為進(jìn)一步對超聲波A掃查發(fā)現(xiàn)的條形缺陷進(jìn)行復(fù)核,采用相控陣技術(shù)在圖1所示陰影部位的左、右兩側(cè)進(jìn)行探傷（見圖3）,通過相控陣掃查圖譜分析并與超聲波A掃查相比較,缺陷的長度、自身高度以及在焊縫中的位置與超聲波A掃查基本一致,同時可以看出整條缺陷由幾個缺陷組成,并非單一缺陷,兩者結(jié)論基本一致,但相控陣探傷無法對該缺陷進(jìn)行定性。

圖3 相控陣掃查圖譜

2.5 射線探傷

為得到更為直觀的缺陷影像,并對缺陷準(zhǔn)確定性以及比較各種探傷方法的優(yōu)劣性,遂進(jìn)行射線探傷,從射線底片（見圖4）上看,缺陷部位的焊縫上存在手工焊補(bǔ)焊跡象,補(bǔ)焊區(qū)域的中部為未焊透影像,未焊透影像兩側(cè)又存在夾渣及氣孔缺陷,射線探傷的結(jié)果與超聲波探傷及相控陣探傷相吻合,但射線探傷無法測得缺陷自身高度。

圖4 缺陷部位射線探傷影像圖

2.6 缺陷實(shí)物

對于該條形缺陷,綜合3種無損檢測方法,得出主要缺陷類型為未焊透,缺陷自身高度為4 mm,依據(jù)TSG 21—2016中定期檢驗(yàn)的相關(guān)規(guī)定,將安全狀況等級定為5級,須進(jìn)行返修,將缺陷剖開后證實(shí)缺陷中部為未焊透缺陷（見圖5）,缺陷深度也處于從外向內(nèi)9～13 mm處,與上述3種探傷結(jié)果完全一致,從而驗(yàn)證了檢測方法選擇的正確性。

圖5 缺陷解剖圖

3 缺陷修復(fù)

焊接返修主要由缺陷清除、缺陷清除的檢查、焊接返修前的工藝評定、焊接返修后的檢查等工序組成。

3.1 缺陷清除及補(bǔ)焊方法

缺陷修理質(zhì)量的合格與否直接決定壓力容器能否繼續(xù)安全運(yùn)行[8],考慮到缺陷較深、較長且分布于焊縫壁厚方向的中部,為了一次返修成功,本文決定將缺陷兩側(cè)各延長20 mm且在缺陷厚度方向完全清除,并用超聲波探傷對缺陷清除情況進(jìn)行核實(shí)。缺陷清除后采用單面焊單面成型的手工焊焊接方法,在容器外側(cè)由內(nèi)向外進(jìn)行焊接。

3.2 缺陷修復(fù)要求

本次缺陷修理深度已超過焊縫實(shí)測壁厚的1/2,須對整個修理過程進(jìn)行監(jiān)督檢驗(yàn)。

1）修理前修理單位到市場監(jiān)督管理部門進(jìn)行修理告知,并向特種設(shè)備檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)申請監(jiān)督檢驗(yàn)；

2）參加焊縫返修的焊接作業(yè)人員須取得相應(yīng)的焊接作業(yè)資質(zhì)證書,并經(jīng)過相關(guān)的專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)；

3）對缺陷進(jìn)行徹底清除,清除后進(jìn)行無損檢測復(fù)驗(yàn)；

4）焊補(bǔ)時嚴(yán)格按照焊接工藝評定及焊接工藝卡進(jìn)行施焊,控制焊接工藝參數(shù)（見表2）,保證起弧與收弧處的焊接質(zhì)量。每焊完一層后仔細(xì)檢查,必要時進(jìn)行無損檢測,確認(rèn)無缺陷后再焊接下一層；

表2 焊縫返修工藝參數(shù)

5）返修部位的焊縫余高不超過1.5 mm,超過時須進(jìn)行修磨。返修后對修理部位進(jìn)行射線檢測或超聲波檢測以及磁粉內(nèi)、外表面檢測,其中射線檢測Ⅲ級合格、超聲波檢測Ⅱ級合格、磁粉檢測I級合格；

6）缺陷返修次數(shù)不超過2次,若超過2次,返修前應(yīng)經(jīng)返修單位技術(shù)負(fù)責(zé)人批準(zhǔn),返修次數(shù)、部位和返修情況須記入修理質(zhì)量證明文件；

7）鑒于焊縫返修深度已超過實(shí)測壁厚的1/2,須進(jìn)行壓力試驗(yàn),壓力試驗(yàn)值可按照容器工作壓力為基準(zhǔn)進(jìn)行計算,但試驗(yàn)過程中不得有滲漏、可見變形及異常響聲。

3.3 缺陷修復(fù)結(jié)果

焊縫返修后經(jīng)射線檢測（見圖6）、超聲波檢測、相控陣檢測及內(nèi)、外表面磁粉檢測,均未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷,焊接質(zhì)量良好；水壓試驗(yàn)符合TSG 21—2016的相關(guān)要求,缺陷修復(fù)工作圓滿完成。

圖6 缺陷修復(fù)后射線探傷影像圖

4 缺陷原因分析

審查該臺容器《產(chǎn)品質(zhì)量證明書》中的射線探傷報告,發(fā)現(xiàn)缺陷部位的焊縫交叉部位未進(jìn)行射線探傷,不符合TSG 21—2016及GB 150.4—2011《壓力容器 第4部分：制造、檢驗(yàn)和驗(yàn)收》[9]中制造章節(jié)中無損探傷要求,也未按照NB/T 47013.2—2015《承壓設(shè)備無損檢測 第2部分：射線檢測》[10]中的要求進(jìn)行缺陷等級評定,從而導(dǎo)致缺陷漏檢。

鑒于本文中未焊透缺陷部位的焊縫上存在手工焊補(bǔ)焊跡象（見圖4）且并非整條焊縫存在未焊透,判斷缺陷產(chǎn)生的原因是,制造時自動焊雙面成型,先焊完內(nèi)側(cè),再在外側(cè)氣刨,一方面內(nèi)側(cè)焊時自動焊收弧較早（見圖4）,導(dǎo)致自動焊熔深不夠,從而產(chǎn)生未焊透缺陷；另一方面外側(cè)氣刨的深度較淺,內(nèi)側(cè)未焊透缺陷在氣刨的過程中未消除。

焊工焊接完畢進(jìn)行外觀檢查時發(fā)現(xiàn)焊縫內(nèi)側(cè)未焊滿,故采用手工焊補(bǔ)救,不但沒有消除未焊透,反而在補(bǔ)焊過程中新增了夾雜及氣孔缺陷。補(bǔ)焊后也未進(jìn)行無損探傷復(fù)核,導(dǎo)致缺陷遺留在焊縫內(nèi)。從射線底片右側(cè)來看,存在自動焊提前收弧的明顯特征。

5 結(jié)束語

壓力容器的缺陷一部分是制造過程中遺留下來的,一部分是在使用過程中逐漸積累形成的,這些缺陷都需要在定期檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)并消除,這樣定期檢驗(yàn)工作就顯得尤為重要,同時在定期檢驗(yàn)中也需要檢驗(yàn)員一絲不茍、精益求精,從而為特種設(shè)備的安全運(yùn)行保駕護(hù)航。