壓力容器焊縫及其附近微裂紋的檢測

楊國軍

YANG Guo-jun

（新余學院 機電工程系，新余 338000）

壓力容器焊縫及其附近微裂紋的檢測

The detection of pressure vessels and near the weld cracks

楊國軍

YANG Guo-jun

（新余學院 機電工程系，新余 338000）

壓力容器安全運行是一項十分重要的安全工作，因此，加強壓力容器焊縫及其附近微裂紋的檢測就顯得尤為重要。無損檢測技術的應用在壓力容器制造過程中顯得十分重要, 常規無損檢測技術主要有：射線檢測、超聲波檢測、滲透檢測、渦流檢測、磁粉檢測。本文首先闡述了常用的無損檢測方法及應用。其次，對壓力容器焊縫及其附近微裂紋檢測特點及步驟進行了深入的探討，得出以下結論：只采用一種無損檢測方法來檢測壓力容器焊縫及其附近微裂紋，無論那種檢測方法如何的先進，如何的高效，進檢測結果必然會存在很多局限和疏漏，容易造成漏檢。壓力容器焊縫及其附近微裂紋的檢測應該綜合運用各種無損檢測方法，相互取長補短，做到合理科學地結合檢測的壓力容器實際情況來運用各種檢測手段，確保壓力容器安全運行。

壓力容器；焊縫；微裂紋；檢測

0 引言

壓力容器安全運行是一項十分重要的安全工作，因此，加強壓力容器焊縫及其附近微裂紋的檢測就顯得尤為重要。壓力容器焊縫及其附近區域產生的微裂紋大多數屬于延遲性冷裂紋，雖然裂紋很微小，但是能夠到壓力容器造成極大的危害，產生破裂、泄露、爆炸等諸多嚴重后果。盡管壓力容器出廠或者在使用單位現場組焊過程中會特別關注到壓力容器焊縫及其附近微裂紋，但因為這些微裂紋都具有 “延遲”性，當時沒有檢測出來，而是在使用一年多之后，才能被大量發現。本文不探討因為熱處理不及時或者局部應力集中等原因所造成的裂紋，而只在這里對那種及其微小、又不一定完全暴露在工件表面，但是產生于壓力容器焊縫及其附近區域的微裂紋的檢測方法進行研討。這種微裂紋一般都不能被肉眼所觀察到，而要借助于無損檢測儀器才能夠得以觀察。由于壓力容器焊縫及其附近區域本來就是極易出現應力集中的地方，也是特別容易出現事故的地方。而這區域類的微裂紋無疑起到了加速危害的作用，它不但可以降低焊縫強度，引起新的應力集中，而且還能夠導致壓力容器構件破壞。所以我們可以看出，這些微裂紋往往比宏觀裂紋更有危險性。對壓力容器中，特別是在役壓力容器的檢驗中，如何有效快速高效地檢測出壓力容器焊縫及其附近區域產生的微裂紋，提高檢測的準確性，這是擺在我們面前、值得大家思考的一個很現實的問題。對于壓力容器焊縫及其附近微裂紋檢測的探討，無疑可以加強檢測檢驗把關,保證容器的安全運行。本文就壓力容器焊縫及其附近微裂紋的檢測進行探討。

1 常用的無損檢測方法及應用

無損檢測是以不損害被檢對象未來用途和功能為前提，為探測、定位、測量和評價缺陷，評估完整性、性能和成分，測量幾何特征，而對材料和零（部）件進行的檢測。常規無損檢測技術主要有：射線檢測、超聲波檢測、滲透檢測、渦流檢測、磁粉檢測。

第一種射線探傷法（RT），能比較直觀地對缺陷定性和定量，底片可長期保存。此方法已廣泛應用于鍋爐壓力容器壓力管道的檢驗。但對于微裂紋檢測，卻受到微裂紋本身取向及其寬度和深度的影響，加之透照、暗室處理等諸多環節因素，其過程處理稍有不當，結果將事倍功半，檢測靈敏度降低，甚至無法檢出。

第二種超聲波探傷法（UT），利用超聲波在不同的介質中傳播時，將產生反射、折射、散射、繞射和衰減等現象，使我們由接收換能器上接收的超聲波信號的聲時、振幅、波形或頻率發生了相應的變化，測定這些變化就可以判定建筑材料的某些方面的性質和結構內部構造的情況達到測試的目的。

第三種是滲透探傷法（PT），能有效檢測非多孔性材料的表面開口裂紋，但對于不開口的近表面缺陷卻無能為力，加之成本較高，焊縫的后清洗困難。用于壓力容器焊縫及熱影響區的大面積檢測，是一種低效高耗、不經濟、不可取的方法。

第四種是渦流檢測，給一個線圈通入交流電，在一定條件下通過的電流是不變的。如果把線圈靠近被測工件，像船在水中那樣，工件內會感應出渦流，受渦流影響，線圈電流會發生變化。由于渦流的大小隨工件內有沒有缺陷而不同，所以線圈電流變化的大小能反映有無缺陷。渦流檢測時線圈不需與被測物直接接觸，可進行高速檢測,易于實現自動化,但不適用于形狀復雜的零件,而且只能檢測導電材料的表面和近表面缺陷,檢測結果也易于受到材料本身及其他因素的干擾。

第五種是磁粉探傷法（MT），它能有效地檢測鐵磁性材料表面和近表面裂紋，但對于壓力容器上的人孔、支柱、接管角焊縫，其探傷作用受到了一定的限制。

2 壓力容器焊縫及其附近微裂紋檢測特點及步驟

為了保證壓力容器制造質量和使用安全,根據《壓力容器安全技術監察規程》中的規定,對其焊接的焊縫質量采用無損檢測方法進行檢查顯得極為必要。

2.1 壓力容器焊縫及其附近微裂紋檢測特點

1） 大型的焊接構件

與一般工件區別的是，壓力容器屬較大型的焊接構件，其體積、重量都很大，有較多的對接、角接和搭接焊縫，磁粉檢測時只能進行局部磁化，要求選用的檢測設備與器材能適應局部磁化的同時，又具備較高的檢測效率。

2）特種設備

很多壓力容器是在高溫高壓的介質環境下使用，一旦發生爆破事故，將對國家財產和人民的生命安全帶來重大損失，因此不允許焊縫存在裂紋之類的危害性缺陷，要求采用的檢測工藝和操作方法具有較高檢測效率的同時，又必須具有較高的綜合檢測靈敏度；以確保檢出危害性缺陷，保證其運行安全。

3）惡劣的現場檢測條件

有些待檢測的壓力容器屬于在役狀態，被檢焊縫的表面結構復雜且不可移動和轉動，被檢測焊縫部位大多數處于立面和仰面，有的要處于高空或陰暗的環境下操作。要求檢測設備器材必須輕便耐用，檢測工藝和操作方法能適應在惡劣的現場。

2.2 壓力容器焊縫及其附近微裂紋檢測步驟

壓力容器焊縫及其附近微裂紋的檢測主要是檢驗焊縫的外觀成型質量,檢驗內容一般為焊腳高度,咬邊,焊接變形,焊瘤,弧坑,焊縫直度等 當然還有焊縫的內在質量,如夾渣,氣孔,未焊透,裂紋,未熔合等。

壓力容器焊縫及其附近微裂紋檢測步驟主要是以下一些方面。

1）對有壓力容器內外表面和焊縫及熱影響區用肉眼普查一遍，大致對哪些地方存在裂紋有一定的了解，對檢測人員有懷疑的部位用進行仔細觀察，必要時可以采用放大鏡，發現確實可能出現微裂紋的地方，應該加以標志做好記錄。

2）由于壓力容器被檢表面狀態對缺陷檢出靈敏度影響很大，清潔的工件表面是檢測取得成效的前提。從諸多容器發生破壞事故的教訓表明，使用中產生的危險性缺陷大多位于與介質接觸的內表面，因此容器內部的介質污跡、銹蝕和氧化皮必須清理干凈并經檢測人員檢查合格。待檢查合格之后，就可以對壓力容器焊縫及其附近微裂紋進行無損檢測，例如我們可以采用百分之百磁粉探傷的方法，由于容器內外表面需檢測的焊縫部位分別處于平、橫、立、仰的全位置狀態，檢測前須用A1－30/100型標準試片校驗儀器及磁粉的系統靈敏度，試片應貼于操作條件最為惡劣、對檢測靈敏度影響最不利的仰立部位（如球形容器內上極板焊縫，臥式容器內表面頂端焊縫）來校核綜合性能靈敏度，才能保證不會發生缺陷漏檢。值得注意的是：對一般介質的容器焊縫磁粉檢測，通常選用磁膏配制的水基磁懸液，磁粉顏色須與被檢表面有較大反差。用磁膏配制水基磁懸液時必須注意：先把磁膏與少量的水混合研磨成糊狀，再按規定加入規定量的水劑，這樣配置的磁懸液濃度比較均勻，懸液中磁粉不結團，檢測靈敏度較高。在對盛裝油性介質的容器磁粉檢測，如果被檢內表面焊縫的油膜難以處理干凈、或者作水斷試驗不合格時，則必須選用油基磁懸液，即使用高閃點、低濃度的無臭味煤油載液配制的油基磁懸液，亦可選用50 %煤油 + 50 %變壓器油配制。用磁膏配制油基磁懸液時也同樣注意先把磁膏與少量的油混合研磨成糊狀，再按規定加入規定量的油劑。對比較光滑的被檢表面或是位于仰立部位焊縫的檢測，宜用粘性較大的油載液（比如用30 %煤油 + 70 %機油）來配制磁懸液，以防止磁化檢測時，磁懸液流淌速度太快造成磁粉無法在缺陷表面聚積而發生漏檢。

同時，我們知道，壓力容器出現問題的地方通常是在人孔、支柱、接管角的焊縫區，在這些關鍵地方我們要進行著色探傷。重點是我們第一步通過肉眼觀察確定可能出現裂紋的地方。

3）對壓力容器對接焊縫進行百分之百的超聲探傷或者百分之百滲透探傷等方法。

4）對前面利用百分之百磁粉探傷、著色探傷、百分之百的超聲探傷或者百分之百滲透探傷等方法發現出現問題的地方（壓力容器焊縫及其附近微裂紋區域內），再次利用射線探傷復查，以保證檢測結果的準確性。我們在檢測中要樹立一個思想，就是對于任何一種檢測方法所發現的可疑裂紋，要持慎重的態度，不要急于下結論，而是采用會診的方式，利用各種檢測方法再進行重點復查，我們還可以為了保證更加準確，可以讓檢測人員暢所欲言、對檢測結果發表意見。通過這些工作，我們就可以確定壓力容器微裂紋的位置、走向、埋藏深度，從而確定修復方案，確保壓力容器安全運行。

3 結束語

總之，在前面的探討中，我們可以發現，只采用一種無損檢測方法來檢測壓力容器焊縫及其附近微裂紋，無論那種檢測方法如何的先進，如何的高效，進檢測結果必然會存在很多局限和疏漏，容易造成漏檢。我們認為：壓力容器焊縫及其附近微裂紋的檢測應該綜合運用各種無損檢測方法，相互取長補短，做到合理科學地結合檢測的壓力容器實際情況來運用各種檢測手段，確保壓力容器安全運行。

[1] 程樹翔,馬曉梅.壓力容器焊縫及其附近微裂紋的檢測[J].信息技術,2001,(11):104-106.

[2] 韓蘊綺.壓力容器無損檢測的探析[J].電站系統工程,2009,(03):117-119.

[3] 姜菊生,姚鴻生.一種研究單晶硅加工表面微裂紋的新方法[J].半導體技術,2008,(04):108-112.

[4] 李華清,成麗娟,李旭東.平面微裂紋擴展過程的計算機模擬[J].蘭州理工大學學報,2004,(03):152-155.

[5] 姜壽林.壓力容器質量保證體系在產品制造過程中的體驗[J].甘肅科技縱橫,2004,(06):107-109.

[6] 崇沅."壓力容器缺陷評規范"的運用[J].化工裝備技術,2008,(01):147-149.

[7] 楊文偉.壓力容器焊接的質量控制[J].焊接,2005,(04):105-107.

[8] 焊接近縫區微裂紋對壓力容器安全與壽命的影響(一)[J].流體機械, 2006,(06):130-135.

TP273

B

1009-0134(2010)12(上)-0017-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2010.12(上).06

2010-07-20

楊國軍（1973 -），男，江西豐城人，副教授，碩士，主要從事機械設計與制造。