組合檢測(cè)在厚壁管道安裝改造過程中的應(yīng)用

王春茂，程冰，王淑杰，劉杲凱

（山東省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院有限公司， 山東 濟(jì)南 250101）

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

某裝置安裝改造過程中有一壓力管道彎頭需要與截止閥直接焊接相連，管道規(guī)格為：φ530mm×45mm，材質(zhì)為12Cr1MoVG。12CrlMoVG屬于一種珠光體耐熱鋼，具有很好的抗氧化性與熱強(qiáng)性，同時(shí)還具有較強(qiáng)的抗硫化與抗氫腐蝕能力。12CrlMoVG中合金元素含量較多，其中鉻元素，特別是鉬元素的存在延遲了鋼在冷卻過程中的轉(zhuǎn)變，提高了過冷奧氏體的穩(wěn)定性，從而在較高的冷卻速度下可能形成馬氏體組織。由于12CrlMoVG碳當(dāng)量高，淬硬傾向大，焊接過程中在焊縫及熱影響區(qū)容易出現(xiàn)淬硬組織，產(chǎn)生冷裂紋[1,2]。

為了保證焊接質(zhì)量，焊接前對(duì)焊縫坡口及兩側(cè)各不小于管件厚度的3倍范圍內(nèi)進(jìn)行預(yù)熱到250-350℃，然后采用鎢極氬弧焊（TIG）打底，多層多道手工電弧焊（SMAW）填充和蓋面的組合焊接方式。焊接過程中保證預(yù)熱范圍內(nèi)的母材溫度不低于預(yù)熱溫度，且層間溫度不低于250℃，不高于350℃。為了防止焊接接頭在剛性和應(yīng)力較大時(shí)產(chǎn)生冷裂紋，焊接結(jié)束后立即采用250-350℃，保溫30分鐘的消氫熱處理。保溫工作結(jié)束后，采用硅酸鋁板將其部位包裹起來采取緩冷措施。為了保證投用后的安全使用，該焊接接頭需在焊接完成24小時(shí)后進(jìn)行100%缺陷檢測(cè)。

超聲檢測(cè)具有靈敏度高，穿透能力強(qiáng)，檢測(cè)效率高，成本低等特點(diǎn)[3]，受焊接連接彎頭處結(jié)構(gòu)影響，超聲探頭滑動(dòng)距離有限，無法對(duì)焊縫進(jìn)行全深度檢測(cè)，且對(duì)冷裂紋有漏檢風(fēng)險(xiǎn)。受該裝置工藝因素影響，無法采用中心內(nèi)透方式對(duì)該焊縫進(jìn)行射線檢測(cè)；如果采用雙壁單影檢測(cè)時(shí)，透照厚度達(dá)到了90mm，遠(yuǎn)超過普通X射線機(jī)有效透照厚度范圍，而由于裝置區(qū)安全距離不足，該區(qū)域不允許大劑量γ源進(jìn)入檢測(cè)。由于閥門緊鄰焊接接頭，跨焊縫掃查距離不足，無法進(jìn)行TOFD檢測(cè)。

圖1 被檢測(cè)焊縫位置示意圖

圖2 射線檢測(cè)布片示意圖

2 檢測(cè)工藝選擇

經(jīng)研究，采用RT+UT的組合方式對(duì)該焊縫進(jìn)行埋藏缺陷檢測(cè)。即在該焊縫完成15mm厚度焊接后，進(jìn)行射線檢測(cè)。射線檢測(cè)合格后，進(jìn)行后續(xù)的填充和蓋面焊接，全部焊接完成后再進(jìn)行一遍超聲檢測(cè)。通過中間檢驗(yàn)射線檢測(cè)的方法減輕了管道的檢測(cè)難度并確保了該類焊接接頭底部的焊接質(zhì)量，避免了單純采用超聲檢測(cè)由于掃查距離不足造成的對(duì)焊縫底部的漏檢。鑒于管道外表面超聲檢測(cè)時(shí)近表面有盲區(qū)，補(bǔ)充表面磁粉檢測(cè)。

2.1 射線檢測(cè)

2.1.1 射線檢測(cè)采用X射線機(jī)進(jìn)行，采用AB級(jí)射線檢測(cè)技術(shù)雙壁單影透照方式。膠片布置在管道外壁，為了保障有足夠?qū)挾葯M跨焊縫，采用100mm×360mm規(guī)格膠片及暗盒，確保熔合線及熱影響區(qū)不漏檢，如圖2所示。

由于膠片并非緊貼焊縫，焊縫中缺陷影像會(huì)被放大[4]。對(duì)缺陷影像放大系數(shù)可根據(jù)工件規(guī)格及透照的幾何尺寸求得：

Ψ=T/t=F/(L1+b) (1)

式中：T -缺陷放大后尺寸；t -缺陷實(shí)際尺寸；F -焦距；L1 -射線源到工件內(nèi)表面距離；b -缺陷到內(nèi)表面距離

由公式可知，缺陷位于管道內(nèi)表面（b=0）時(shí)，其底片影像放大最大，為1.08，參照底片評(píng)定結(jié)果可以看出該種布片方式對(duì)缺陷評(píng)級(jí)影響不大，可以采用。

由于膠片并非緊貼焊縫，會(huì)影響射線檢測(cè)的幾何不清晰度。為了有效檢出缺陷，可選擇高梯度膠片、適當(dāng)提高底片黑度和射線能量、采用小焦點(diǎn)射線源以及控制散射線等來保證底片的質(zhì)量[5]。

2.1.2 為了對(duì)底片有效標(biāo)識(shí)，透照前對(duì)焊縫的管線號(hào)、焊縫編號(hào)、透照日期在膠片上進(jìn)行預(yù)曝光。具體操作為將該道焊縫的全部膠片暗袋疊放整齊，將上述鉛字編排后放在膠片靠近邊緣的一側(cè)，其他部位用5mm厚的鉛板全部遮擋，用合適的曝光量進(jìn)行識(shí)別標(biāo)記曝光。

2.1.3 每張底片均應(yīng)放置一個(gè)像質(zhì)計(jì)。像質(zhì)計(jì)應(yīng)放置在膠片一側(cè)焊縫的一端（在被檢區(qū)長度的1/4左右位置），金屬絲應(yīng)橫跨焊縫，細(xì)絲置于外側(cè)。在臨近焊縫的母材黑度均勻部位，像質(zhì)計(jì)靈敏度應(yīng)保證能清晰看到長度不小于10mm的符合NB/T 47013.2標(biāo)準(zhǔn)要求的11號(hào)連續(xù)金屬絲影像。當(dāng)像質(zhì)計(jì)放在膠片側(cè)時(shí)，應(yīng)當(dāng)在像質(zhì)計(jì)上適當(dāng)位置放置鉛字“F”作為標(biāo)記，F(xiàn)標(biāo)記的影像應(yīng)當(dāng)與像質(zhì)計(jì)的標(biāo)記同時(shí)出現(xiàn)在底片上，且應(yīng)在檢測(cè)報(bào)告中注明。

2.1.4 此時(shí)的透照厚度應(yīng)為打底層厚度的2倍，即30mm。在保證穿透能力的前提下，X射線檢測(cè)應(yīng)選用較低的管電壓，根據(jù)工藝要求和曝光曲線，選擇280kV管電壓。

2.1.5 為防止無用射線和散射線干擾，限制照射場(chǎng)范圍，在膠片背側(cè)襯1～2mm鉛板等措施。

2.1.6 需要注意由于焊縫位置薄，母材厚度大，因而在射線底片上母材影像呈現(xiàn)白色，焊縫影像為黑色，與常規(guī)評(píng)定射線底片顯示正好相反（如圖3所示）。焊縫和母材厚度差較大，導(dǎo)致底片上影像黑度相差過于懸殊，在評(píng)定這類底片焊縫時(shí)，應(yīng)采取適當(dāng)措施對(duì)黑度偏低部分進(jìn)行遮擋，以便更有效識(shí)別焊縫缺陷。

圖3 打底焊射線檢測(cè)底片

圖4 超聲檢測(cè)聲束覆蓋范圍示意圖

2.2 超聲檢測(cè)

超聲檢測(cè)重點(diǎn)在于對(duì)打底焊后的部分進(jìn)行有效的埋藏缺陷檢測(cè)。由于受結(jié)構(gòu)限制，只能采用單面單側(cè)雙K值探頭進(jìn)行檢測(cè)。由于彎頭處掃查滑動(dòng)長度有限，因此盡可能選擇大K值探頭。為了保證管道曲面的耦合效果，選擇了小直徑超聲波檢測(cè)探頭。

由于超聲波探頭尺寸有限，必然在其邊緣發(fā)生衍射效應(yīng)使聲束向周圍空間擴(kuò)散，形成一個(gè)隨距離增大而波振面面積不斷擴(kuò)大的聲束。超聲場(chǎng)中超聲波的能量主要集中于以聲軸為中心的某一角度范圍內(nèi)，這一范圍稱為主聲束。由于超聲能量主要集中于主聲束，為了保證檢測(cè)的有效性，應(yīng)保證超聲波主聲束擴(kuò)散角能覆蓋整個(gè)焊接接頭被檢區(qū)域。工件厚度不同，結(jié)構(gòu)形式不同，聲束的覆蓋范圍也會(huì)不相同，為了能保證在有限的掃查區(qū)域內(nèi)對(duì)該焊接接頭進(jìn)行有效檢測(cè)，避免漏檢和誤判，通過超聲模擬軟件CIVA對(duì)檢測(cè)參數(shù)進(jìn)行了選擇和優(yōu)化（如圖4所示），最終選擇了5P6×6K3和5P9×9K2兩種規(guī)格探頭。

為保證該焊接接頭檢測(cè)效果，采用C級(jí)超聲檢測(cè)技術(shù)等級(jí)進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)前首先將焊接接頭的余高打磨到與臨近母材平齊。然后使用超聲直探頭將母材無缺陷處第二次底波調(diào)節(jié)為顯示屏滿刻度的100%，對(duì)斜探頭掃查經(jīng)過的母材區(qū)域檢測(cè)是否有影響斜探頭檢測(cè)結(jié)果的分層或者其他類型缺陷。由于焊接接頭厚度大于40mm，檢測(cè)中還應(yīng)增加直探頭檢測(cè)和橫向缺陷檢測(cè)。

2.3 磁粉檢測(cè)

考慮現(xiàn)場(chǎng)操作情況，采用交流磁軛法進(jìn)行檢測(cè)，磁極間距100mm。選用非熒光黑磁粉，磁懸液配置濃度20g/L，選用A1：30/100型標(biāo)準(zhǔn)試片驗(yàn)證靈敏度。為了增強(qiáng)觀察效果，采用了白色反差增強(qiáng)劑。

3 工程應(yīng)用

采用該工藝對(duì)裝置區(qū)域4個(gè)同類結(jié)構(gòu)焊縫進(jìn)行了RT+UT+MT組合檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)的超標(biāo)缺陷及時(shí)進(jìn)行了返修和復(fù)探。分次多種探傷方法組合檢測(cè)的方法，避免了傳統(tǒng)使用單一無損檢測(cè)方法時(shí)存在的弊端，通過綜合利用多種無損檢測(cè)方法，各方法之間相互補(bǔ)充，充分發(fā)揮出了各種探傷方法優(yōu)勢(shì)，既保證了焊縫質(zhì)量又提高了無損檢測(cè)效率[6]。該組合檢測(cè)方式在厚壁管道安裝改造過程中保障了焊接接頭的質(zhì)量，取得了較滿意效果。

◆參考文獻(xiàn)

[1] 王昊. 12CrlMoVG、15CrMo異種鋼焊接工藝分析及厚壁管道合理的焊接工藝及熱處理工藝[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2017，43(3)：84+104.

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[3] 孫常明，王海學(xué)，張靜. 超聲波檢測(cè)厚壁承壓管道對(duì)接焊縫的偽缺陷波分析[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2010，28(S2)：62-64.

[4] 樊明巖，曹立新. 電站超厚壁管道對(duì)接焊接接頭中間檢驗(yàn)的一點(diǎn)心得[J].科技信息，2010，(12)：361.

[5] 陳銘彬. 厚壁管道對(duì)接焊縫的射線探傷技術(shù)[J].中國科技縱橫，2012，(24)：101-103.

[6] 姜慶新，牛緯濤，古永安. 分次多種探傷方法組合檢測(cè)在厚壁管道施工中的應(yīng)用[J].石油化工建設(shè)，2016，(4)：64-65.