高強(qiáng)鋼球罐內(nèi)部埋藏裂紋的檢測與分析

高強(qiáng)鋼球罐內(nèi)部埋藏裂紋的檢測與分析

最近，作者首次全面測試了一家公司的10003m氧氣球罐。在采用常規(guī)檢測手段的基礎(chǔ)上,應(yīng)用TOFD技術(shù)進(jìn)行內(nèi)部埋藏缺陷抽檢、對超聲波檢測發(fā)現(xiàn)的焊縫內(nèi)部埋藏缺陷進(jìn)行復(fù)驗(yàn),并精確測量缺陷自身高度。TOFD檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)該球罐上溫帶大環(huán)縫將近有半圈存在54處超標(biāo)埋藏缺陷顯示,初步判讀為未熔合、夾渣甚至可能存在裂紋等危害性缺陷。返修后證明這些埋藏缺陷絕大部分為裂紋。通過分析TOFD檢測圖譜,發(fā)現(xiàn)大部分裂紋圖譜存在典型特征,但是也有一些裂紋的圖譜與未熔合、夾渣等缺陷的圖譜十分相似,需要結(jié)合檢測對象的材料、焊接工藝、焊接環(huán)境等綜合評判,為TOFD檢測圖譜判讀積累了一定經(jīng)驗(yàn)。該球罐為混合式四帶結(jié)構(gòu),由上下混合帶及上下溫帶構(gòu)成,無赤道帶。上下混合帶每帶7塊板,上下溫帶每帶20塊板,共有10個(gè)支柱,其主要技術(shù)參數(shù)見表1。1超聲檢測結(jié)果根據(jù)NB/T47013.10-2010《承壓設(shè)備無損檢測第10部分:衍射時(shí)差法超聲檢測》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行TOFD檢測設(shè)置。按照檢驗(yàn)方案對球罐上溫帶大環(huán)縫外表面對接焊縫進(jìn)行TOFD檢測。將該環(huán)縫上所有丁字口部位焊縫余高打磨平整,以使檢測時(shí)探頭掃查架能夠順利通過;對超聲波檢測發(fā)現(xiàn)的39處超標(biāo)埋藏缺陷進(jìn)行復(fù)檢,總共檢測焊縫長度為98m。TOFD檢測部位見圖1所示,檢測設(shè)置參數(shù)見表2。TOFO檢測靈敏度為:(1)第1通道:找到對比試塊上8,20mm深度側(cè)孔,將其中較弱衍射波波幅設(shè)置為滿屏的40%~80%。(2)第2通道:找到對比試塊上30,50mm深度側(cè)孔,將其中較弱衍射波波幅設(shè)置為滿屏的40%~80%。其檢測分區(qū)為:(1)通道1:0~24mm深處。(2)通道2:24~58mm(18~58mm)。通道1采用5MHz,6mm晶片探頭,楔塊63°,探頭中心距75mm,為非平行掃查。通道2采用3.5MHz,10mm晶片探頭,楔塊55°,探頭中心距133mm,為非平行掃查。2裂紋tofd圖譜判讀檢測后確定需對54處超標(biāo)缺陷(包括對UT檢出缺陷復(fù)檢后確定需返修的15處超標(biāo)缺陷)進(jìn)行返修。圖2為其中兩處裂紋缺陷TOFD圖譜。圖3為返修時(shí)滲透檢測所得2張裂紋缺陷照片。從返修情況來看,54處返修部位有48處為內(nèi)部埋藏裂紋,6處為未熔合+條形夾渣缺陷。這些裂紋長短不一,最短的10mm左右,最長的將近300mm,主要位于上溫帶大環(huán)縫上,呈縱向分布,埋藏深度大多位于33~46mm之間,自身高度2~9mm。通過對圖2裂紋TOFD圖譜判讀可見,大部分裂紋TOFD圖譜成一條或上下兩條相位相反的不規(guī)則主線,兩端和主線不時(shí)伴有不規(guī)則的拋物線組。但是也有一些裂紋的圖譜與未熔合很相似,一條主線很平直,并在主線下側(cè)伴有相位相反的不規(guī)則狀線組(拋物線狀或不連續(xù)的小段);還有少量較短的裂紋的圖譜與夾渣很相似,呈現(xiàn)出不規(guī)則的斷續(xù)小段,圖像黑白對比較為鮮明。因此僅憑教科書中判斷缺陷類型的規(guī)律來判讀TOFD圖譜是不夠的,需要對不同檢測對象的材料、焊接工藝、焊接環(huán)境等綜合考慮才能下結(jié)論判定缺陷是否需要返修。對于文中檢測的厚壁高強(qiáng)鋼制造的球罐,尤其需要慎重處理,缺陷性質(zhì)的評定要從嚴(yán),須嚴(yán)格按照NB/T47013.10-2010標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于缺陷評級及質(zhì)量分級的要求進(jìn)行圖譜判讀。對于檢測人員判讀為裂紋、未熔合等危害性缺陷的,評定為Ⅲ級,需返修處理。3球罐內(nèi)部超標(biāo)缺陷檢測及返修問題的關(guān)系該球罐材質(zhì)為15MnNbR,標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度σb為550~630MPa,加上其公稱壁厚高達(dá)58mm,具有明顯的延遲裂紋及再熱裂紋傾向,屬于厚壁高強(qiáng)度鋼球罐,在安裝建造過程中其焊接及熱處理均存在很大難度。同時(shí)該球罐設(shè)計(jì)壓力為3.15MPa,球罐焊縫整體應(yīng)力水平很高。通過查閱安裝資料顯示,該球罐建造時(shí)對接焊縫采用100%γ射線中心曝光檢測,加上20%超聲波檢測抽查。TOFD檢測發(fā)現(xiàn)的54處超標(biāo)缺陷圖譜顯示的缺陷類型大部分是條狀顯示和密集點(diǎn)狀顯示,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷這些缺陷可能為未熔合、夾渣甚至裂紋等危害性缺陷。經(jīng)過返修后最終發(fā)現(xiàn)絕大部分缺陷為裂紋,少量缺陷為未熔合及條渣。大部分嚴(yán)重的缺陷位于上溫帶大環(huán)縫中,該球罐上溫帶大環(huán)縫大約1/2長度需要返修處理,這些超標(biāo)缺陷埋藏深度約為33~46mm,有些嚴(yán)重的缺陷長度達(dá)到300mm,最大自身高度達(dá)9mm。TOFD采用雙通道同時(shí)檢測,第一通道(0~24mm)缺陷顯示很少,僅有少量點(diǎn)狀缺陷顯示;超標(biāo)缺陷絕大部分為第二通道(24~58mm)發(fā)現(xiàn)的。安裝記錄顯示,該球罐于2008年7月安裝完畢,現(xiàn)場組焊期間正值多雨季節(jié),相對濕度較大。盡管焊條烘干、焊前預(yù)熱及焊后熱處理等焊接工藝執(zhí)行較好,但由于潮濕的天氣,焊縫中的氫不能完全逸出,易導(dǎo)致焊縫中氫含量偏高。球罐現(xiàn)場組焊過程采用先焊縱縫后焊環(huán)縫的順序進(jìn)行,在上下極環(huán)縫焊接時(shí),不可避免存在局部強(qiáng)力組裝現(xiàn)象,造成環(huán)縫的局部組裝壓力過大。該球罐對接焊縫采用X型坡口,從內(nèi)部焊接上環(huán)縫時(shí)采用仰焊,焊接難度最大,因此很容易產(chǎn)生裂紋、坡口未熔合、夾渣等缺陷。而從外部焊接時(shí)則相對容易,因此產(chǎn)生的缺陷也較少。TOFD進(jìn)行外部檢測時(shí)發(fā)現(xiàn)的缺陷大多位于鈍邊以下部位,證實(shí)了這一點(diǎn)。該環(huán)縫另外1/2焊縫長度中發(fā)現(xiàn)的超標(biāo)缺陷較少,尤其是其中1/4焊縫長度中沒有超標(biāo)缺陷,僅有少量點(diǎn)狀缺陷顯示。說明對于這種大壁厚高強(qiáng)度鋼球罐難焊的上溫帶環(huán)縫部位,只要采用好的施焊工藝,選擇技術(shù)好的焊工,同時(shí)嚴(yán)格遵守焊接紀(jì)律,完全可以焊出合格的焊縫。資料中顯示該球罐建造時(shí)對接焊縫采用192Ir源γ射線100%中心曝光檢測,而發(fā)現(xiàn)的缺陷大多為氣孔、點(diǎn)渣等,很少發(fā)現(xiàn)裂紋、未熔合等危害性缺陷。58mm厚度的球罐,采用192Ir源γ射線中心曝光檢測,如果檢測工藝選擇不當(dāng),肯定會(huì)造成大量危害性缺陷漏檢。溯源查出,此處底片模糊不清,射線源偏離球罐中心過大等均會(huì)造成缺陷漏檢。綜上所述,球罐內(nèi)埋藏缺陷大部分為制造安裝過程中遺留下來的,由于當(dāng)時(shí)采用的無損檢測方法的局限性,無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除。由于本臺(tái)球罐所用材料為高強(qiáng)鋼,且存在延遲裂紋及再熱裂紋傾向,所以在處理內(nèi)部埋藏缺陷是否返修的問題上要十分謹(jǐn)慎,一般分散的點(diǎn)狀超標(biāo)缺陷不宜進(jìn)行返修,除非是嚴(yán)重超標(biāo)的缺陷,且返修次數(shù)不宜超過兩次。使用單位已委托具有相關(guān)修理改造資質(zhì)的單位對該球罐進(jìn)行了返修。返修過程嚴(yán)格控制焊接工藝及熱處理工藝,焊縫返修之后采用MT,TOFD檢測附加UT復(fù)檢合格,最后要求水壓及氣密試驗(yàn)合格方可投入使用。同時(shí)根據(jù)《壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對該球罐安全狀況等級進(jìn)行降級處理并縮短檢驗(yàn)周期。4之后大型球罐檢驗(yàn)的對策通過本臺(tái)球罐首次全面檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的問題,結(jié)合近兩年來我院的30多臺(tái)球罐全面檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)采用TOFD技術(shù)后球罐焊縫內(nèi)部缺陷檢出率大大提高,許多射線檢測甚至A超檢測未能發(fā)現(xiàn)的危險(xiǎn)性缺陷都能被檢出,而且對于缺陷的埋深、自身高度等數(shù)據(jù)的測量十分方便,為檢驗(yàn)人員根據(jù)《壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行定級提供了依據(jù)。現(xiàn)就以后大型球罐檢驗(yàn)提出如下對策:(1)鑒于大型球罐定期檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的大部分超標(biāo)缺陷尤其是內(nèi)部埋藏缺陷為制造安裝過程中遺留缺陷,建議加強(qiáng)制造安裝監(jiān)檢。(2)對于厚度大于38mm的大型容器進(jìn)行安裝監(jiān)檢時(shí),宜采用TOFD進(jìn)行100%對接焊縫檢測,外加20%超聲波或者射線檢測抽查。抽查部位應(yīng)由監(jiān)檢員指定,重點(diǎn)抽查上下環(huán)縫部位。(3)定期檢驗(yàn)時(shí)應(yīng)采用TOFD技術(shù)抽查一定比例的焊縫,重點(diǎn)檢測上下