奧氏體不銹鋼復合管對接接頭的無損檢測技術研究

蔡永平（廣西壯族自治區特種設備檢驗研究院，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。其具有介質組分復雜、含腐蝕成分多、設備損失機理復雜的特點。該裝置壓力容器、管道常發生的損失機理有：硫化物腐蝕減薄、濕硫化氫損傷、連多硫酸開裂、環烷酸腐蝕、氯化銨腐蝕、堿致開裂、鹽酸腐蝕、氯化物應力腐蝕開裂等；設備所采用的材料眾多：20、20G、20G、316L、1Cr5Mo、15MnR+316L復合材料等，因此，這對無損檢測工藝和技術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行全面檢驗。在對減底渣油泵入口管線焊縫進行無損檢測時，發現該焊縫存在疑是“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)焊縫磁粉檢測時疑是“裂紋”痕跡圖

1 “裂紋”假象分析

1.1 管線基本情況

產生疑是“裂紋”痕跡的管道為常減壓裝置減壓塔減底渣油輸轉管線，該管線采用16MnR 基管加內襯316L 奧氏體不銹鋼材質的復合管道，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境，易發生高溫硫化合物腐蝕、連多硫酸開裂、環烷酸腐蝕、氯化物應力腐蝕開裂。該管線基本信息如下表1。

表1 減底渣油輸轉管線基本信息表

1.2 復合鋼管焊接接頭特點

針對減底渣油高腐蝕性的特點，該常減壓裝置減底渣油輸轉管線采用16Mn+316L奧氏體復合鋼管，其具有合金鋼的力學性能，又具有不銹鋼的耐腐蝕性的優點。但是，由于該復合鋼管的兩種材質具有不同化學成分和物理性能，在焊接過程中，很容易造成熔合區C的擴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

在對該復合鋼管焊接接頭實施檢測之前，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，因此在無損檢測時，根據基層材料16MnR優先采用了磁粉檢測工藝。當對該部位施加磁場時，在具有一定的弱鐵磁性焊縫與強鐵磁性母材界面，即焊縫熔合線處，并形成了全新的S 極和N 極，最終因為吸收過量磁粉，使磁粉聚集而出現“裂紋”的假象。該“裂紋”痕跡具有幾個特點，一是通常出現在焊縫熔合線處；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行驗證。滲透檢測、超聲波檢測結果顯示未發現缺陷痕跡，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區間；熱影響區硬度值的趨勢是越接近融合性硬度值越大，其值在158～172HB區間，到熔合線時硬度值達到172HB，主要是由于焊接時C 發生擴散和合金元素稀釋；焊縫硬度值在185～210HB區間，說明焊縫和熱影響區未出現淬硬組織。

復合鋼管焊接接頭經光譜分析后合金元素含量如表3所示。

圖2（a）滲透檢測結果（b）超聲波檢測結果

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 奧氏體不銹鋼復合管焊接接頭無損檢測工藝

在實施復合管焊接接頭無損檢測之前，檢測人員需查閱設計文件和施工資料，掌握管道的材質、焊材、焊接工藝、設計參數、規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果的準確性。檢測人員對上述信息全面掌握后，制定切實可行的檢測工藝。

2.1 滲透檢測

復合管焊接接頭優先采用滲透檢測，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行檢測。

檢測之前，需對受檢位置表面進行打磨，露出金屬光澤，表面粗糙度滿足檢測要求。打磨后，對受檢表面進行預處理，以去除表面油污、雜質。施加滲透劑，可以選擇滲透力強、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10分鐘，并覆蓋整個檢測面。

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，應注意不得往復擦拭。采用自然干燥，干燥時間宜5～10min。施加顯像劑應薄而均勻，不可在同一地點反復施加。顯像時間不應少于10min，待顯像劑顯示穩定后，進行觀察。

2.2 超聲波檢測

超聲波具有能量高、穿透力強、方向性好等特性，廣泛應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，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，對人體無害等優點。

但是，奧氏體復合鋼管焊縫組織為奧氏體晶粒，存在組織不均勻特點，且呈現各向異性和導致聲學性能發生變化。因此，目前一般通過自制對比試塊來進一步對缺陷進行定位，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《承壓設備無損檢測第3 部分：超聲檢測》（NB/T47013.3-2015）的附錄I要求，進行檢測。

2.3 射線檢測

射線檢測對奧氏體不銹鋼復合管對接接頭埋藏缺陷具有較好的檢出率，如焊縫內的氣孔、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、位置的分析判斷，底片長期存檔備查。缺點是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，當需要檢測焊縫內部缺陷或者沒有超聲波對比試塊時，可以采用射線檢測。

2.4 硬度檢測

奧氏體復合鋼管焊接時，由于熱膨脹和冷收縮速度的差異，受熱面處于受約束狀態，容易產生殘余應力和淬硬組織，而且經歷復雜的熱力循環過程，不可避免產生殘余應力，從而導致硬度異常。

硬度檢測方法根據《金屬布氏硬度試驗第1 部分：試驗方法》GB/T231.1-2002進行檢測，硬度值根據《壓力管道定期檢驗規則-工業管道》TSGD7005-2018和材料標準進行判斷。

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，廣泛應用于現場高合金鋼合金元素檢測。奧氏體復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 結語

在對奧氏體不銹鋼復合管對接接頭采用磁粉檢測方法時，會出現“裂紋”磁痕假象，因此，實施檢測之前，必須查閱設計文件和竣工資料，制定切實可行的檢驗工藝，確保檢測結果的準確性。對奧氏體不銹鋼復合管對接接頭優先采用滲透檢測，輔以超聲波檢測、射線檢測、硬度檢測、光譜分析等手段。