奧氏體不銹鋼復(fù)合管對接接頭的無損檢測技術(shù)研究

蔡永平（廣西壯族自治區(qū)特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，廣西 南寧 530219）

常減壓裝置作為煉油廠的上游裝置，是對原油進(jìn)行一次加工的蒸餾裝置，即將原油分餾成汽油、煤油、柴油、蠟油、渣油等組分的加工裝置。其具有介質(zhì)組分復(fù)雜、含腐蝕成分多、設(shè)備損失機(jī)理復(fù)雜的特點(diǎn)。該裝置壓力容器、管道常發(fā)生的損失機(jī)理有：硫化物腐蝕減薄、濕硫化氫損傷、連多硫酸開裂、環(huán)烷酸腐蝕、氯化銨腐蝕、堿致開裂、鹽酸腐蝕、氯化物應(yīng)力腐蝕開裂等；設(shè)備所采用的材料眾多：20、20G、20G、316L、1Cr5Mo、15MnR+316L復(fù)合材料等，因此，這對無損檢測工藝和技術(shù)水平提出了更高的要求。

在某1000萬噸煉化廠常減壓裝置停工大檢修期間，對該裝置壓力管道進(jìn)行全面檢驗(yàn)。在對減底渣油泵入口管線焊縫進(jìn)行無損檢測時(shí)，發(fā)現(xiàn)該焊縫存在疑是“裂紋”痕跡，該痕跡處在焊縫熔合線位置，詳見圖1。后經(jīng)采用其他多種無損檢測方法分析判斷，該疑是“裂紋”痕跡是偽缺陷。

圖1（a）、(b)焊縫磁粉檢測時(shí)疑是“裂紋”痕跡圖

1 “裂紋”假象分析

1.1 管線基本情況

產(chǎn)生疑是“裂紋”痕跡的管道為常減壓裝置減壓塔減底渣油輸轉(zhuǎn)管線，該管線采用16MnR 基管加內(nèi)襯316L 奧氏體不銹鋼材質(zhì)的復(fù)合管道，焊接材料采用A022 鈦鈣型超低碳不銹鋼焊條。輸送介質(zhì)為減底渣油，減底渣油中硫含量占總體硫含量的43.6～76%，為典型高溫條件下的高硫低酸腐蝕環(huán)境，易發(fā)生高溫硫化合物腐蝕、連多硫酸開裂、環(huán)烷酸腐蝕、氯化物應(yīng)力腐蝕開裂。該管線基本信息如下表1。

表1 減底渣油輸轉(zhuǎn)管線基本信息表

1.2 復(fù)合鋼管焊接接頭特點(diǎn)

針對減底渣油高腐蝕性的特點(diǎn)，該常減壓裝置減底渣油輸轉(zhuǎn)管線采用16Mn+316L奧氏體復(fù)合鋼管，其具有合金鋼的力學(xué)性能，又具有不銹鋼的耐腐蝕性的優(yōu)點(diǎn)。但是，由于該復(fù)合鋼管的兩種材質(zhì)具有不同化學(xué)成分和物理性能，在焊接過程中，很容易造成熔合區(qū)C的擴(kuò)散遷移和合金元素的稀釋，引起焊接接頭性能改變，焊縫存在一定的弱鐵磁性。

1.3 “裂紋”假象分析

在對該復(fù)合鋼管焊接接頭實(shí)施檢測之前，因未能掌握該焊縫的焊接工藝，且從外觀無法判斷該焊縫材質(zhì)，因此在無損檢測時(shí)，根據(jù)基層材料16MnR優(yōu)先采用了磁粉檢測工藝。當(dāng)對該部位施加磁場時(shí)，在具有一定的弱鐵磁性焊縫與強(qiáng)鐵磁性母材界面，即焊縫熔合線處，并形成了全新的S 極和N 極，最終因?yàn)槲者^量磁粉，使磁粉聚集而出現(xiàn)“裂紋”的假象。該“裂紋”痕跡具有幾個(gè)特點(diǎn)，一是通常出現(xiàn)在焊縫熔合線處；二是隨著打磨加深，磁痕越來越明顯、寬度增加；三是磁痕比較規(guī)整，沒有分叉。

為了確定該“裂紋”磁痕是否是缺陷，之后采用了滲透檢測、超聲波檢測、硬度檢測和光譜分析進(jìn)行驗(yàn)證。滲透檢測、超聲波檢測結(jié)果顯示未發(fā)現(xiàn)缺陷痕跡，如圖2所示。

硬度檢測分析如表2 所示，基層低合金鋼硬度值在142～153HB區(qū)間；熱影響區(qū)硬度值的趨勢是越接近融合性硬度值越大，其值在158～172HB區(qū)間，到熔合線時(shí)硬度值達(dá)到172HB，主要是由于焊接時(shí)C 發(fā)生擴(kuò)散和合金元素稀釋；焊縫硬度值在185～210HB區(qū)間，說明焊縫和熱影響區(qū)未出現(xiàn)淬硬組織。

復(fù)合鋼管焊接接頭經(jīng)光譜分析后合金元素含量如表3所示。

圖2（a）滲透檢測結(jié)果（b）超聲波檢測結(jié)果

表2 材料母材、焊縫硬度檢測值（HB）

表3 焊縫光譜分析合金元素含量表

2 奧氏體不銹鋼復(fù)合管焊接接頭無損檢測工藝

在實(shí)施復(fù)合管焊接接頭無損檢測之前，檢測人員需查閱設(shè)計(jì)文件和施工資料，掌握管道的材質(zhì)、焊材、焊接工藝、設(shè)計(jì)參數(shù)、規(guī)格以及工藝流程等信息，這將直接影響檢測方法的選擇和檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。檢測人員對上述信息全面掌握后，制定切實(shí)可行的檢測工藝。

2.1 滲透檢測

復(fù)合管焊接接頭優(yōu)先采用滲透檢測，滲透檢測對于表面或近表面開口缺陷的敏感性較高，原理為毛細(xì)管作用，通過在受檢表面施涂著色劑、滲透劑的方式來對表面缺陷進(jìn)行檢測。

檢測之前，需對受檢位置表面進(jìn)行打磨，露出金屬光澤，表面粗糙度滿足檢測要求。打磨后，對受檢表面進(jìn)行預(yù)處理，以去除表面油污、雜質(zhì)。施加滲透劑，可以選擇滲透力強(qiáng)、靈敏度高的DPT-5 型滲透劑。在10℃～30℃溫度條件下，滲透劑在工件表面上至少要保持濕潤狀態(tài)10分鐘，并覆蓋整個(gè)檢測面。

除去表面滲透劑。表面多余的滲透劑用無毛布擦掉，直到大部分滲透劑的痕跡被擦掉為止，應(yīng)注意不得往復(fù)擦拭。采用自然干燥，干燥時(shí)間宜5～10min。施加顯像劑應(yīng)薄而均勻，不可在同一地點(diǎn)反復(fù)施加。顯像時(shí)間不應(yīng)少于10min，待顯像劑顯示穩(wěn)定后，進(jìn)行觀察。

2.2 超聲波檢測

超聲波具有能量高、穿透力強(qiáng)、方向性好等特性，廣泛應(yīng)用于埋藏缺陷的檢測，特別是對焊縫中的裂紋、未熔合等面狀缺陷檢出率較高，而熔合線缺陷方向與超聲波一次反射波夾角較大，有利于缺陷的檢出。同時(shí)，超聲波探傷比X 射線探傷具有較高的探傷靈敏度、周期短、成本低、靈活方便、效率高，對人體無害等優(yōu)點(diǎn)。

但是，奧氏體復(fù)合鋼管焊縫組織為奧氏體晶粒，存在組織不均勻特點(diǎn)，且呈現(xiàn)各向異性和導(dǎo)致聲學(xué)性能發(fā)生變化。因此，目前一般通過自制對比試塊來進(jìn)一步對缺陷進(jìn)行定位，在儀器選擇方面，在保證超聲波穿透能力的前提下，盡量選擇晶片尺寸較小的探頭。參考《承壓設(shè)備無損檢測第3 部分：超聲檢測》（NB/T47013.3-2015）的附錄I要求，進(jìn)行檢測。

2.3 射線檢測

射線檢測對奧氏體不銹鋼復(fù)合管對接接頭埋藏缺陷具有較好的檢出率，如焊縫內(nèi)的氣孔、夾渣、裂紋、未熔合、未焊透等缺陷，相對滲透檢測和超聲波檢測，射線檢測對工件表面處理要求比較底，且缺陷能直觀顯示在底片上，易于缺陷性質(zhì)、位置的分析判斷，底片長期存檔備查。缺點(diǎn)是X 射線具有放射性，對人體有害，不適合煉化裝置大檢修時(shí)使用；對裂紋、未熔合等面積型缺陷不如超聲波檢測靈敏度高。因此，射線檢測可以作為一種輔助手段，當(dāng)需要檢測焊縫內(nèi)部缺陷或者沒有超聲波對比試塊時(shí)，可以采用射線檢測。

2.4 硬度檢測

奧氏體復(fù)合鋼管焊接時(shí)，由于熱膨脹和冷收縮速度的差異，受熱面處于受約束狀態(tài)，容易產(chǎn)生殘余應(yīng)力和淬硬組織，而且經(jīng)歷復(fù)雜的熱力循環(huán)過程，不可避免產(chǎn)生殘余應(yīng)力，從而導(dǎo)致硬度異常。

硬度檢測方法根據(jù)《金屬布氏硬度試驗(yàn)第1 部分：試驗(yàn)方法》GB/T231.1-2002進(jìn)行檢測，硬度值根據(jù)《壓力管道定期檢驗(yàn)規(guī)則-工業(yè)管道》TSGD7005-2018和材料標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判斷。

2.5 光譜分析

便攜式光譜分析儀具有方便、快捷、不損傷被檢測材料等特性，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)場高合金鋼合金元素檢測。奧氏體復(fù)合鋼管以及焊縫填充材料的合金元素成分，對于確定其他無損檢測方法尤為重要。

3 結(jié)語

在對奧氏體不銹鋼復(fù)合管對接接頭采用磁粉檢測方法時(shí)，會出現(xiàn)“裂紋”磁痕假象，因此，實(shí)施檢測之前，必須查閱設(shè)計(jì)文件和竣工資料，制定切實(shí)可行的檢驗(yàn)工藝，確保檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。對奧氏體不銹鋼復(fù)合管對接接頭優(yōu)先采用滲透檢測，輔以超聲波檢測、射線檢測、硬度檢測、光譜分析等手段。