球罐焊縫無損檢測方法的確定及其效果

史云焱

中化二建集團(tuán)有限公司 山西太原 030021

恒逸（文萊）PMB 石油化工項(xiàng)目共有10 臺(tái)3000m3球罐，球罐規(guī)格為Φ18000×48，球罐壁較厚。其中3 臺(tái)低溫丙烯球罐材質(zhì)為07MnNiMoDR，7 臺(tái)異丁烷球罐材質(zhì)為Q370R。球罐焊縫的檢測方式主要有射線檢測、TOFD 檢測、超聲檢測（UT）、滲透檢測（PT）和磁粉檢測（MT），前三種檢測方式主要針對(duì)焊縫內(nèi)部，后兩種方式主要針對(duì)焊縫的表面。

依據(jù)GB 50094- 2010《球形儲(chǔ)罐施工及驗(yàn)收規(guī)范》和設(shè)計(jì)文件的要求，焊縫需做射線檢測。但使用射線檢測存在以下弊端：一是使用Ir192 放射源采取中心全景曝光法透照，檢測周期長，檢測效率低，而且檢測期間周邊相關(guān)施工單位無法進(jìn)行正常工作，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度；二是由于文萊當(dāng)?shù)貧夂蚋邷亍⒍嘤辏z片長時(shí)間貼在球罐表面，無法保障底片在此環(huán)境下的質(zhì)量滿足要求；三是經(jīng)計(jì)算，檢測時(shí)輻射安全防護(hù)監(jiān)督區(qū)半徑為263m，整個(gè)曝光時(shí)間內(nèi)防護(hù)工作任務(wù)巨大、影響廣泛，容易使公眾誤入造成輻射安全事件；四是在保障檢測靈敏度和底片質(zhì)量的前提下，檢測標(biāo)準(zhǔn)NB/ T47013.2- 2015 對(duì)使用放射源透照增加了很多條件要求，如一次曝光時(shí)間不能超過12h 等，難以滿足；五是采用X 射線檢測定向單張透照，由于受檢測設(shè)備射線穿透能力的限制，透照時(shí)間大增，在只能夜間作業(yè)的情況下，單臺(tái)球罐需要透照30d，這樣的工期是業(yè)主無法接受的。

1 球罐檢測方案的確定

鑒于項(xiàng)目工期緊，周邊施工作業(yè)人員多和文萊的特殊氣候條件，球罐采用射線檢測無論是檢測質(zhì)量還是工程進(jìn)度均不能滿足項(xiàng)目的要求。經(jīng)過與設(shè)計(jì)人員和業(yè)主方的協(xié)商決定，球罐焊縫采用TOFD 替代射線檢測。

TOFD 檢測無輻射、安全性高、檢出率高、誤報(bào)率低、檢測厚度范圍大、檢測結(jié)果清晰直觀，在很多項(xiàng)目都有應(yīng)用。但TOFD 技術(shù)也有一定的局限性：一是對(duì)近表面缺陷的檢測可靠性不夠。對(duì)于上表面缺陷，因?yàn)榭赡茈[藏在直通波下而漏檢，即使被檢出其測量精度也不高；對(duì)于下表面，因?yàn)榇嬖谳S偏離底面盲區(qū)，位于熱影響區(qū)或熔合線的缺陷信號(hào)有可能被底面反射信號(hào)淹沒而漏檢。二是橫向缺陷檢測比較困難。因此，采用TOFD 技術(shù)還需要輔助以下檢測：

（1）對(duì)內(nèi)、外表面盲區(qū)內(nèi)近表面缺陷采用100%MT 補(bǔ)充檢測；

（2）對(duì)上、下表面盲區(qū)內(nèi)部缺陷采用兩種探頭進(jìn)行100%UT 補(bǔ)充檢測；

（3）采用UT 斜平行掃查進(jìn)行橫向缺陷補(bǔ)充檢測；

（4）交叉焊縫部位需將外表面余高打磨至與母材齊平，打磨長度為能使掃查器掃過焊縫時(shí)直通波不中斷。

確定球罐焊接結(jié)束36h 后，在焊縫表面的形狀、尺寸及外觀檢查合格后，外表面采用100%TOFD 非平行掃查+ 外表面采用兩種探頭進(jìn)行100%UT+ 內(nèi)、外表面分別采用100%MT 對(duì)球罐焊縫進(jìn)行檢測。

2 球罐焊縫的無損檢測方法

2.1 TOFD檢測

TOFD 技術(shù)采用一發(fā)一收兩個(gè)寬帶窄脈沖探頭進(jìn)行檢測，探頭相對(duì)于焊縫中心線對(duì)稱布置。發(fā)射探頭產(chǎn)生非聚焦縱波波束以一定角度入射到被檢工件中，其中部分波束沿近表面?zhèn)鞑ケ唤邮仗筋^接收，部分波束經(jīng)底面反射后被探頭接收。接收探頭通過接收缺陷尖端的衍射信號(hào)和時(shí)差來確定缺陷的位置和自身高度。

2.2 超聲檢測

球罐焊接結(jié)束36h 后，進(jìn)行100%UT 檢測。整體熱處理后水壓試驗(yàn)前，進(jìn)行不得低于20%的超聲檢測抽查（包括GB/ T12337- 2014 中8.6.3.2 涵蓋的所有焊縫）；水壓試驗(yàn)后，再次進(jìn)行不得低于20%的超聲檢測抽查。超聲抽檢的長度不得少于各焊接接頭長度的20%。發(fā)現(xiàn)不允許缺陷時(shí)，應(yīng)在該焊接接頭兩端的延伸部位2 倍抽檢；若2 倍抽檢時(shí)如仍有不合格的缺陷，則應(yīng)進(jìn)行100%檢測。

2.3 表面檢測

表面檢測采用磁粉檢測。焊后36h、熱處理、水壓后，分別對(duì)球罐焊縫內(nèi)采用熒光磁粉檢測，球罐外表面對(duì)接焊縫、焊補(bǔ)處、接管角焊縫、支柱、墊板角焊縫采用黑磁粉檢測。檢測之前需要對(duì)檢測部位進(jìn)行打磨處理，打磨的程度以出現(xiàn)金屬光澤為標(biāo)準(zhǔn)。此外，還需要保證母材和焊縫之間的過渡較為平滑。

3 TOFD與射線檢測方法比選

（1）TOFD 檢測結(jié)果與射線檢測結(jié)果都是以二維圖像顯示，不同的是TOFD 能對(duì)缺陷的深度和自身高度進(jìn)行精確測量；而射線檢測的圖像是在射線透照方向上的影像重疊，只能顯示缺陷的長度和寬度，無法確定缺陷在射線透照方向上的具體位置（即深度）和自身高度，不便于對(duì)缺陷的返修和進(jìn)行其他判斷。

（2）TOFD 技術(shù)可探測的厚度大，對(duì)厚板探傷的效果比較明顯，但射線對(duì)厚板的穿透能力非常有限。

（3） TOFD 技術(shù)檢測縱向裂紋的能力非常強(qiáng)，而相比之下，球罐γ 源中心曝光的裂紋檢出率則很低。

（4）TOFD 檢測操作簡單，掃查速度快，檢測效率高；而射線檢測過程繁瑣，耗時(shí)長，效率低。

（5） TOFD 技術(shù)是利用超聲波進(jìn)行探傷，對(duì)檢測時(shí)的工作環(huán)境沒有特殊要求。超聲波檢測是一種環(huán)保的檢測方式，對(duì)使用人員沒有任何傷害，所以在工作場合不需要特殊的安全保護(hù)措施；而射線檢測因其放射的危害性受到國家政策的嚴(yán)格控制，現(xiàn)場只能單工種工作，降低了檢測工作效率，阻礙了整個(gè)工程進(jìn)度。

（6）TOFD 檢測成本低，重復(fù)成本少；而射線檢測平時(shí)工作中的耗材成本重復(fù)發(fā)生，綜合成本相對(duì)較高。

（7）相比γ 源檢測，TOFD 檢測在設(shè)備、人員培訓(xùn)等方面費(fèi)用投入較大；但在人工費(fèi)、檢測費(fèi)及后續(xù)材料費(fèi)用方面TOFD 檢測投入少。而且在厚壁板檢測方面，尤其是在厚度大于45mm 時(shí)，TOFD 擁有了更多的優(yōu)勢(shì)，能大大節(jié)省檢測時(shí)間，有效縮短工期。在安全環(huán)境方面，TOFD 不存在輻射危害，更加符合HSE 的要求，節(jié)省了輻射防護(hù)費(fèi)用。

（8）TOFD 技術(shù)與射線檢測技術(shù)檢測可靠性比較如圖1 所示。

（9）研究和應(yīng)用結(jié)果表明，在檢測精度、可靠性、降低成本、提高效率、環(huán)境保護(hù)等各個(gè)方面，TOFD 技術(shù)的表現(xiàn)均十分優(yōu)異。而與X 射線檢測相比，TOFD 的檢測更為直接，并可避免X 射線易發(fā)生誤判甚至漏檢的一些缺陷。

4 圖譜分析總結(jié)

依據(jù)恒逸文萊PMB 石油化工項(xiàng)目球罐檢測中TOFD 檢測的典型缺陷圖譜分析，將無損檢測中常見的幾種缺陷特征歸結(jié)如下：

（1）孔、渣的圖譜顯示，孔、渣大多高度很小，而且上尖端和下尖端信號(hào)不夠明顯。

（2）埋藏裂紋特征顯示，有上下高度且相位相反，上尖端信號(hào)比下尖端信號(hào)弱且上下端點(diǎn)不太規(guī)則。

（3）未熔合與裂紋同屬面積型缺陷，熔合圖譜顯示，未熔合上下端點(diǎn)比較規(guī)則，在深度平面上基本為直線或曲線；除上下端點(diǎn)外，其他雜散信號(hào)較少。

5 實(shí)際檢測中遇到的問題分析及解決方法

5.1 圖譜顯示雜波較多

原因分析：（1）周圍焊接或打磨干擾所致；（2）球罐表面打磨不到位；（3）可能某根儀器連接線接觸不良。

解決方法：首先和施工方溝通，暫時(shí)停止焊接或打磨作業(yè)，但在無干擾的情況下，雜波依然存在；然后要求施工方對(duì)打磨不到位的部位重新打磨，情況仍沒改善；最后，重新更換儀器與掃查架連接線后，雜波消失，因而判定雜波為該連接線接觸不良所致。

5.2 圖譜顯示清晰度差

原因分析：主要是由于耦合不良所致。

解決方法：首先，把耦合劑由水更換為化學(xué)漿糊，清晰度雖然有所改善，但仍然不夠理想；然后考慮球罐打磨問題，雖然表面漆皮已經(jīng)去除干凈，但由于南方雨水多，生銹比較嚴(yán)重，對(duì)耦合造成了較大影響。因此，以后TOFD 檢測中應(yīng)對(duì)銹蝕問題引起注意。

5.3 圖譜掃查中直通波凹陷

原因分析：（1）表面存在凹陷；（2）掃查中，掃查器突然發(fā)生大角度偏離；（3）表面存在飛濺，致使掃查器在掃查時(shí)有彈起。

解決方法：對(duì)于以上問題，要求施工方重新進(jìn)行修補(bǔ)和打磨，并嚴(yán)格規(guī)范操作人員的儀器操作。最后，圖譜掃查中直通波凹陷消失。

6 結(jié)論

針對(duì)文萊特殊氣候條件下的厚壁球罐，采用TOFD檢測方法替代射線檢測方法，并輔助以超聲檢測和磁粉檢測，圓滿完成球罐檢測任務(wù)。TOFD 檢測無輻射、安全性高、檢出率高、誤報(bào)率低、檢測厚度范圍大、檢測結(jié)果清晰直觀，在實(shí)際檢測工作中取得了良好的效果。