水洗沉降罐埋藏缺陷的檢出及修復

來誠鋒 楊元慶 姚 勇 鄭連學 王志平

（武漢市鍋爐壓力容器檢驗研究所 武漢 430024）

2020年11月,某化工企業停產檢修期間,對1臺水洗沉降罐內表面進行宏觀檢查時,發現筒體1處縱、環焊縫交叉部位外觀成型不良,存在補焊跡象,按照法規要求對其進行內表面磁粉檢測后,未發現表面缺陷。為避免補焊位置存在內部埋藏缺陷,隨即進行超聲波、相控陣及射線等補充檢測,發現該焊縫交叉部位上側環焊縫處存在1段超標的埋藏性缺陷,嚴重影響該設備的安全運行,須進行修理。

采用多種檢測方法后,明確了缺陷性質,分析了缺陷產生的原因,對3種埋藏缺陷檢測方法的優劣進行了比較,并針對缺陷的特點,提出了返修要求,為同類缺陷的檢出及處理提供了借鑒。

1 設備主要信息

設備主要信息見表1。

表1 設備主要信息

2 檢驗

2.1 宏觀檢查

在進行罐內宏觀檢查時發現焊縫交叉部位附近（見圖1陰影部位）存在補焊跡象,依據TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術監察規程》[1]中定期檢驗的相關要求對其進行內、外表面檢測及內部檢測,進一步確認該部位是否存在超標的表面缺陷及埋藏缺陷。

圖1 水洗沉降罐焊縫布置圖

2.2 磁粉探傷

磁粉探傷簡便且顯示直觀,對于鐵磁性材料制壓力容器,優先選用磁粉檢測進行表面探傷,其對表面缺陷和近表面缺陷具有很高的檢測靈敏度[2],可檢出極細小的裂紋以及其他缺陷[3]。鑒于本容器材質為鐵磁性材料,故對圖1中陰影部位及其周邊進行內、外表面磁粉檢測,檢測后未發現相關的磁痕顯示,磁粉探傷結果符合要求。

2.3 超聲波探傷

采用5P13×13 K2探頭對圖1中陰影部位及其周圍進行雙面雙側超聲波檢測（A掃查）發現,距離縱、環焊縫交叉部位中心60 mm處存在長70 mm、自身高度4 mm（從外向內9～13 mm處）、定量線sL：+8.0 dB的條形埋藏性缺陷（見圖2）。

圖2 超聲波掃查圖

對圖1所示陰影部位右側進行超聲波掃查,發現缺陷兩端反射波幅較高,均為尖銳的單個脈沖波且無副波存在,但上下移動探頭過程中,最大反射波幅度起伏變化且沒有規律；缺陷中部反射波波高相對缺陷兩端較低,脈沖波前后時有副波存在,副波波幅低于主脈沖波,副波與主脈沖波的波高差距或大或小,整體上脈沖包絡呈鐘形顯示,上下移動探頭過程中最大反射波幅度連續存在,雖含有起伏,但起伏不大；對缺陷的對側即陰影部位左側進行超聲波掃查,發現缺陷兩端的反射波波高與右側掃查差別不大,但缺陷中部的反射波波高較右側掃查較低,即超聲波掃查中單側掃查波高較高。因此,判斷缺陷兩端與缺陷中部非單一類型缺陷,應由不同類型缺陷組成。考慮到缺陷中部位置反射波連續存在,缺陷位于焊縫中心線附近,深度分布在從外向內9～13 mm處,且容器制造時采用X型坡口雙面成型自動焊接,鑒于此,判斷缺陷中部應為焊縫雙面成型的未焊透。

2.4 相控陣探傷

相控陣探傷可以檢測各種走向、不同位置的缺陷,缺陷檢出率較高,檢測范圍較廣,定量、定位精度較高,其對多個缺陷上下重疊、錯落分布的情況均可清楚地分辨[4-5],對平面形缺陷檢出率高[6-7]。為進一步對超聲波A掃查發現的條形缺陷進行復核,采用相控陣技術在圖1所示陰影部位的左、右兩側進行探傷（見圖3）,通過相控陣掃查圖譜分析并與超聲波A掃查相比較,缺陷的長度、自身高度以及在焊縫中的位置與超聲波A掃查基本一致,同時可以看出整條缺陷由幾個缺陷組成,并非單一缺陷,兩者結論基本一致,但相控陣探傷無法對該缺陷進行定性。

圖3 相控陣掃查圖譜

2.5 射線探傷

為得到更為直觀的缺陷影像,并對缺陷準確定性以及比較各種探傷方法的優劣性,遂進行射線探傷,從射線底片（見圖4）上看,缺陷部位的焊縫上存在手工焊補焊跡象,補焊區域的中部為未焊透影像,未焊透影像兩側又存在夾渣及氣孔缺陷,射線探傷的結果與超聲波探傷及相控陣探傷相吻合,但射線探傷無法測得缺陷自身高度。

圖4 缺陷部位射線探傷影像圖

2.6 缺陷實物

對于該條形缺陷,綜合3種無損檢測方法,得出主要缺陷類型為未焊透,缺陷自身高度為4 mm,依據TSG 21—2016中定期檢驗的相關規定,將安全狀況等級定為5級,須進行返修,將缺陷剖開后證實缺陷中部為未焊透缺陷（見圖5）,缺陷深度也處于從外向內9～13 mm處,與上述3種探傷結果完全一致,從而驗證了檢測方法選擇的正確性。

圖5 缺陷解剖圖

3 缺陷修復

焊接返修主要由缺陷清除、缺陷清除的檢查、焊接返修前的工藝評定、焊接返修后的檢查等工序組成。

3.1 缺陷清除及補焊方法

缺陷修理質量的合格與否直接決定壓力容器能否繼續安全運行[8],考慮到缺陷較深、較長且分布于焊縫壁厚方向的中部,為了一次返修成功,本文決定將缺陷兩側各延長20 mm且在缺陷厚度方向完全清除,并用超聲波探傷對缺陷清除情況進行核實。缺陷清除后采用單面焊單面成型的手工焊焊接方法,在容器外側由內向外進行焊接。

3.2 缺陷修復要求

本次缺陷修理深度已超過焊縫實測壁厚的1/2,須對整個修理過程進行監督檢驗。

1）修理前修理單位到市場監督管理部門進行修理告知,并向特種設備檢驗機構申請監督檢驗；

2）參加焊縫返修的焊接作業人員須取得相應的焊接作業資質證書,并經過相關的專業技術培訓；

3）對缺陷進行徹底清除,清除后進行無損檢測復驗；

4）焊補時嚴格按照焊接工藝評定及焊接工藝卡進行施焊,控制焊接工藝參數（見表2）,保證起弧與收弧處的焊接質量。每焊完一層后仔細檢查,必要時進行無損檢測,確認無缺陷后再焊接下一層；

表2 焊縫返修工藝參數

5）返修部位的焊縫余高不超過1.5 mm,超過時須進行修磨。返修后對修理部位進行射線檢測或超聲波檢測以及磁粉內、外表面檢測,其中射線檢測Ⅲ級合格、超聲波檢測Ⅱ級合格、磁粉檢測I級合格；

6）缺陷返修次數不超過2次,若超過2次,返修前應經返修單位技術負責人批準,返修次數、部位和返修情況須記入修理質量證明文件；

7）鑒于焊縫返修深度已超過實測壁厚的1/2,須進行壓力試驗,壓力試驗值可按照容器工作壓力為基準進行計算,但試驗過程中不得有滲漏、可見變形及異常響聲。

3.3 缺陷修復結果

焊縫返修后經射線檢測（見圖6）、超聲波檢測、相控陣檢測及內、外表面磁粉檢測,均未發現超標缺陷,焊接質量良好；水壓試驗符合TSG 21—2016的相關要求,缺陷修復工作圓滿完成。

圖6 缺陷修復后射線探傷影像圖

4 缺陷原因分析

審查該臺容器《產品質量證明書》中的射線探傷報告,發現缺陷部位的焊縫交叉部位未進行射線探傷,不符合TSG 21—2016及GB 150.4—2011《壓力容器 第4部分：制造、檢驗和驗收》[9]中制造章節中無損探傷要求,也未按照NB/T 47013.2—2015《承壓設備無損檢測 第2部分：射線檢測》[10]中的要求進行缺陷等級評定,從而導致缺陷漏檢。

鑒于本文中未焊透缺陷部位的焊縫上存在手工焊補焊跡象（見圖4）且并非整條焊縫存在未焊透,判斷缺陷產生的原因是,制造時自動焊雙面成型,先焊完內側,再在外側氣刨,一方面內側焊時自動焊收弧較早（見圖4）,導致自動焊熔深不夠,從而產生未焊透缺陷；另一方面外側氣刨的深度較淺,內側未焊透缺陷在氣刨的過程中未消除。

焊工焊接完畢進行外觀檢查時發現焊縫內側未焊滿,故采用手工焊補救,不但沒有消除未焊透,反而在補焊過程中新增了夾雜及氣孔缺陷。補焊后也未進行無損探傷復核,導致缺陷遺留在焊縫內。從射線底片右側來看,存在自動焊提前收弧的明顯特征。

5 結束語

壓力容器的缺陷一部分是制造過程中遺留下來的,一部分是在使用過程中逐漸積累形成的,這些缺陷都需要在定期檢驗中發現并消除,這樣定期檢驗工作就顯得尤為重要,同時在定期檢驗中也需要檢驗員一絲不茍、精益求精,從而為特種設備的安全運行保駕護航。