在役球罐焊缝微裂纹检测方法探讨

崔松涛

(洛阳欣隆工程检测有限公司，河南洛阳 471012)

在役球罐焊缝微裂纹检测方法探讨

崔松涛

(洛阳欣隆工程检测有限公司，河南洛阳 471012)

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，提出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进一步验证了这一论点。

微裂纹;检测方法

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。在这里不论是局部应力集中，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，致使工件在受载荷时，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并提高微裂纹的检出率，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，制定修复方案也是至关重要的。

2 各种检测方法的比较

2.1 肉眼观察法

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。

2.2 磁粉探伤法(MT)

众所周知，磁粉探伤法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。

2.3 渗透探伤法(PT)

渗透探伤法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。

2.4 超声波探伤法(UT)

超声波探伤法能较灵敏地检测裂纹类的一定取向的面状缺陷，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。

2.5 射线探伤法(RT)

射线探伤法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。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，在对盘锦化肥厂两台200 mm3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，1984年11月;使用编号，A#;规格，Φi7100×δ24;材质，16MnR;介质，N2;设计压力，1.57 MPa;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

3.3.1 肉眼检查

未发现裂纹。

3.3.2 磁粉探伤

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

3.3.3 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。

3.3.4 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36 mm、探测面以下2mm深度上，有线性缺陷反射回波。

3.3.5 射线探伤复查

西德3005X射线机，透照厚度比K≤1.01，管电压195 kV，管电流5mA，透照时间5min，焦距600 mm，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。所以建议客户制定打磨消除裂纹并不补焊的修复方案。客户采纳了此意见。

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。

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;(S0－C)，实测最小壁厚。

将有关数据代入得σt=124.8MPa

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。

TQ050.7

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2010－04－21