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在役球罐焊缝微裂纹检测方法探讨

本文通过比较各种常规无损检测方法(VT、MT、PT、UT、RT)对裂纹检出的优势和局限,阐述了对球罐焊缝裂纹的检测应综合运用各种检测方法,相互取长补短的观点。实际工作的检验实例及分析中又进一步验证了这一论点。

1、前言

无损检测公认的最危险缺陷—裂纹,在钢质球罐焊缝中大都属于延迟性冷裂纹,且分布很广。尽管在球罐制造及现场组焊过程中受到特别关注,但由于其“延迟”性,在拘束应力的作用下,往往在用一年的开罐检验中,仍能被大量发现。在这里不究其是局部应力集中,还是热处理不及时、不均匀等原因所致,只对这类极细微、又不一定完全暴露在工件表面的裂纹的检出方法进行研讨。这类表面开口微裂纹一般要借助放大镜或显微镜才能被肉眼观察。由于它的存在不但降低了焊缝强度,还会引起新的应力集中,使工件在受载荷时,致使有的裂纹会迅速扩散,引起构件破坏。所以在某些情况下,它比其它类的宏观裂纹更有危险性。对在役球罐的开罐检验,如何更有效地检测微裂纹,提高微裂纹的检出率,这是摆在探伤员及容器检验员面前一个很现实的问题,同时如何准确地对缺陷进行定位和定量,从而制定修复方案又是至关重要的。

2、各种检测方法的比较

对裂纹的检测有很多种方法。最古老、最普遍的是肉眼观察法(VT),这对于开口的宏观裂纹的检测不失为一种简单有效的方法,当然它可以借助于放大镜或内窥镜等。但该方法对于表面贴合紧、不开口的微裂纹,却显得力不从心。特别是大型球罐,几百米长的焊缝及热影响区要做到无遗漏,那是不现实的。

第二种是磁粉探伤法(MT),众所周知,它能有效地检测铁磁性材料表面和近表面裂纹,可以解决不开口微裂纹的检出问题。但对于非铁磁性材料及球罐上的人孔、支柱、接管角焊缝,由于受结构及空间的影响,其探伤作用受到了一定的限制。

第三种是渗透探伤法(PT),能有效检测非多孔性材料的表面开口裂纹,但对于不开口的近表面缺陷却无能为力,加之成本较高,焊缝的后清洗困难。用于球罐焊缝及热影响区的大面积检测,是一种低效高耗、不经济、不可取的方法。

第四种超声波探伤法(UT),虽然能较灵敏地检测裂纹类的一定取向的面积状缺陷,且检验周期短,生产成本低。但对于裂纹的准确定性和定量目前较困难,特别是受对操作人员技能要求高,加之仪器、探头及工件表面粗糙度等各种因素的影响,也存在较多的局限性。

第五种射线探伤法(RT),能比较直观地对缺陷定性和定量,底片可长期保存。此方法已广泛应用于锅炉压力容器压力管道的检验。但对于微裂纹检测,却受到微裂纹本身取向及其宽度和深度的影响,加之透照、暗室处理等诸多环节因素,其过程处理稍有不当,结果将事倍功半,检测灵敏度降低,甚至无法检出。

综上所述,为提高微裂纹的检出率,用单一方法进行检测势必存在很多局限和疏漏,容易造成漏检。通过实践,我们认为,在役球罐焊缝微裂纹的检测应综合运用各种检测方法,相互取长补短,因地制宜,有的放矢,方可达到预期目的。容器检验员在进行探伤委托时,应具体问题具体分析,综合运用各种检测方法,并指明检测的重点部位;探伤员也应具体问题具体对待,合理科学施用各种检测手段,做到有的放矢。

3、检测实例分析

基于以上观点,我们在对盘锦化肥厂两台200mm3球罐的开罐检查中,制定了如下检验方案和检测程序,收到了良好效果。

3.1 球罐原始状况

设计单位:纺织部设计院

球壳制造:兰州石油化工机械厂

现场组装:辽宁省安装公司

投用日期:84年11月

使用编号:A#

规格:Φi7100×δ24     材质:16MnR

介质:N2

设计压力;1.57Mpa

现场组焊探伤方法及比例;RT100%+MT100%

3.2 检测程序及要点

首先对罐体内外表面和焊缝及热影响区用肉眼普查一遍,对有怀疑的部位用10倍放大镜进行仔细观察,加以标志做好记录。其次是对罐体内外表面焊缝进行100%磁粉探伤,对人孔、支柱、接管角焊缝进行着色探伤。重点是肉眼观察中发现的怀疑部位。之后对球罐对接焊缝进行100%超声探伤。最后对球罐应力集中部位的丁字口和磁粉、着色及超声探伤中发现可疑处进行射线探伤复查。对于任何一种检测方法所发现的可疑裂纹,不急于下结论,而是采用会诊的方式,用各种检测方法再进行重点复查,以确定微裂纹的位置、走向、埋藏深度,从而确定修复方案

3.3 检测情况及结果

(1)肉眼检查:未发现裂纹。

(2)磁粉探伤:仪器江苏射阳产DCE-E型旋转磁场探伤仪;磁悬液浓度:荧光磁粉:分散剂:水=25g:20 g:1L。结果发现B5缝左侧距B缝1040mm处有一长32mm的磁痕显示,形态呈裂纹状。

(3)着色探伤;用上海产国际型渗透液在以上发现的裂纹磁痕处进行一步检查,未发现裂纹显示。

(4)超声探伤:

仪器:CTS-26型    2.5MHZ

探头:2.5P9×9K2       耦合剂:机油

结果在磁痕显示位置发现指示长度为36mm,在探测面以下2mm深度上,有线性缺陷反射回波。

(5)射线探伤复查;西德3005X射线机,透照厚度比K≤01,管电压:195KV,管电流:5mA,透照时间5min,焦距600mm,底片黑度D2.0-3.0,像质指数Z:10。结果未发现裂纹影像。

这说明该缺陷为宽度、深度很小的微裂纹,且与射线透照方向近于垂直,即与工件表面呈近于平行分布。这是根据上述五种方法对同一部位进行检测的结果,可确定该缺陷为未开口的浅表微裂纹。

3.4 裂纹处的修复及应力校核

根据球罐的设计图纸和强度计算书得知,该球罐最小允许壁厚不低于21.1mm。经测厚仪测定该处裂纹打磨消除后,所剩壁厚仍可大于21.1mm。所以建议甲方制定打磨消除裂纹并不补焊的修复方案。甲方采纳了此意见。

在打磨修复过程中,采用边打磨边进行磁粉探伤的方法,直至磁痕刚好消失;再进行着色探伤及超声探伤复查,至不见缺陷显示,说明裂纹已完全消除。最后测得打磨处最小壁厚为22.4mm。

据文献[1]对最小壁厚壳壁应力校核用如下公式:

式中 σt —所需校核壳壁应力

P —设计压力

Di—球罐实际内径

(SO—C)—实测最小壁厚

将有关数据代入得σt=124.8MPa

t]×¢=132.5MPa

 σt <[σt]×¢                                (2)

式中  [σt]—许用应力值

      ¢ —焊缝系数

这说明该处裂纹打磨消除后,实际应力值在允许范围内,无须对该位置再进行补焊,也避免了补焊后的热处理工序。

4、结束语

通过上述检验实例的实践,我们认识到,为了更有效地检测微裂纹,应正确制定检测方案,综合运用各种无损检测方法的长处,以准确地对裂纹进行定性、定位和定量,从而制定切实可行的修复措施。这样既保证了裂纹缺陷的消除,又减少了因补焊而必须进行的热处理工序,事半功倍,同样达到了保证球罐安全运行的目的。

参考文献

  • 中国石化总公司、化工部、机械部《钢制石油化工压力容器设计规定》全国压力容器标准委员会出版1985.7
  • JB4730-1994 《钢制压力容器无损检测》

关于作者


单志军,辽宁省盘锦市锅炉压力容器检验所

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