Q345R卷制壓力管道的磁粉檢測與分析

馬學榮，姚力，左繼鋒，樂開白，路君

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Q345R卷制壓力管道的磁粉檢測與分析

馬學榮，姚力，左繼鋒，樂開白，路君

（中國空氣動力研究與發展中心，四川 綿陽 621000）

針對帶裂紋焊接試件，使用交叉磁軛法，先后采用非熒光黑磁膏水懸液、熒光磁懸液，并配合電動鋼絲刷打磨處理、使用反差增強劑等手段，對焊接接頭內外表面進行磁粉檢測，以驗證磁粉檢測工藝有效性和缺陷檢出率、磁痕形貌特征及缺陷辨識度。結果表明，對于非熒光黑磁膏水懸液，經電動鋼絲刷打磨處理、使用反差增強劑后，磁痕顯示清晰，裂紋特征明顯，極容易分辨，且磁痕顯示數量明顯增加。熒光法檢測時，在缺陷辨識度上，未使用反差增強劑更能清晰顯示出缺陷特征、形狀，對比度較高。

壓力管道；裂紋；磁粉檢測；靈敏度

Q345R鋼板具有良好的力學和工藝性能，可焊性好，正常情況下不容易出現焊接裂紋缺陷，在壓力容器、鋼板卷制壓力管道中應用廣泛[1-2]。某壓力管道制安工程中，采用Q345R熱軋鋼板卷制，手工焊條電弧焊焊接（氬弧焊打底，手工電弧焊填充和蓋面）成型。縱向焊縫主要為平焊或橫焊，焊接接頭按GB/T 20801.5－2006《壓力管道規范工業管道第5部分：檢驗與試驗Ⅰ級檢查驗收》[3]檢查合格后冷成型輥壓校圓，管道制安工程相關參數如表1所示。滾壓成型后（焊后24 h）按NB/T 47013－2015《承壓設備無損檢測》[4]進行檢測與驗收，焊接接頭100%UT、MTⅠ級合格、20%TOFDⅡ級合格。通過磁粉檢測，在縱向焊焊接接頭處內外表面發現大量裂紋缺陷，嚴重影響工程進度和使用安全。

表1 管道制安工程相關參數

1 現場檢測

1.1 檢測工藝

磁粉檢測采用交叉磁軛法，非熒光黑磁膏水懸液連續法檢測，塑料噴壺施加磁懸液，日光下目視觀察，未使用反差增強劑。檢前按NB/T 47013.4－2015標準要求，A1：30/100標準試片綜合性能測試合格。檢測區域為壓力管道內外表面焊縫及熱影響區（焊縫邊緣兩側各20 mm），被檢表面經電動鋼絲刷打磨處理。

1.2 缺陷情況

經磁粉、超聲波檢測和TOFD檢測，在縱向焊縫部位總能發現3～5處表面磁痕顯示或焊縫內部底層超聲波超標反射回波，TOFD檢測因存在表面盲區，內外表面未發現異常，僅在焊縫中部發現有少量圓形缺陷。磁痕顯示主要集中在焊縫熔合線及熱影響區域內，初步認定為焊縫表面焊接裂紋；超聲波超標反射回波可能由焊縫成型不良引起。當對缺陷部位采用拋光片打磨處理后，使用反差曾強劑進行復查時，熔合區磁痕顯示明顯增加，長度約≤20～30 mm不等，如圖1所示。針對超聲缺陷采用從外表面向內打磨挖補，并逐層進行磁粉檢測，打磨至13～16 mm深度時，磁粉檢測仍未發現缺陷顯示，如圖2所示。當磁粉檢測局部已磨平焊縫余高的縱向焊縫時（TOFD檢測環焊縫時行走路線上的丁字縫），發現熔合線區域及附近母材均存在表面裂紋缺陷，內表面焊縫余高打磨后同樣發現裂紋缺陷。裂紋與焊縫平行，呈不規則彎曲狀，兩端尖銳，如圖3所示。

圖1 磁粉檢測裂紋缺陷

圖2 超聲缺陷反射波幅及打磨挖補

圖3 打磨后內外表面裂紋缺陷

根據現場實際檢測情況，在不同檢測條件下，缺陷的檢出率以及對缺陷的判別有很大的不確定性。基于以上檢測情況，有針對性地進行磁粉檢測靈敏試驗，確定最佳的磁粉檢測方法和工藝。

2 對比檢測試驗

準備2塊帶裂紋焊接試件（原管道切割件），在不同檢測條件下對內外表面焊接接頭采用不同的檢測工藝進行磁粉檢測，以驗證磁粉檢測性能和缺陷檢出率、磁痕形貌特征及缺陷的辨識度。

2.1 待檢試件和檢測器材

待檢試件：1#試件氬弧焊打底，平焊填充和蓋面，主要檢測外表面缺陷，待檢區域（焊縫及熱影響區）已打磨光滑，見金屬光澤。2#試件氬弧焊打底，橫焊填充和蓋面檢測，主要檢測內表面缺陷，待檢區域已打磨見金屬光澤，一部分將焊縫打磨與母材平齊。如圖4所示。

圖4 試件

檢測器材：CDX-5交流電磁軛探傷儀（圖5），提升力＞45 N；A1:30/100靈敏度試片；HD-BW黑水磁懸液、HD-YN熒光磁懸液、FC-5反差增強劑；DPT-5溶劑去除型滲透檢測劑套裝，B型對比試塊。

圖5 檢測設備

磁化方法：磁軛連續法，磁軛間距80 mm，為保證磁化效果反復磁化2次以上。

2.2 檢測條件和結果

2.2.1 第1組未使用反差曾強劑

1#試件共發現8條裂紋，其中6處磁痕明顯、2處不明顯，磁痕顏色與試件表面反差較小，細小缺陷不容易分辨；2#試件焊縫磨平區域裂紋缺陷顯示明顯，容易分辨，未磨平區域在焊縫邊緣與母材結合處雖有磁粉堆積，但裂紋特征不明顯，容易誤判。如圖6所示。

2.2.2 第2組使用反差曾強劑

1#試件共發現13條裂紋，磁痕顏色與試件表面反差較大，缺陷形狀、特征清晰可辨，僅其中2條細小缺陷磁痕較淡，但可以判別；2#試件焊縫磨平區域磁痕顯示清晰，裂紋特征明顯，極容易分辨。未磨平區域磁痕沿焊縫波紋堆積，小部分與裂紋特征相近，但容易漏檢或者誤判。如圖7所示。

圖6 未使用反差增強劑檢測

圖7 使用反差增強劑檢測

2.2.3 第3組熒光法磁粉檢測

熒光法檢測時，使用反差增強劑與未使用反差增強劑都能有效檢出缺陷，靈敏度、缺陷檢出率較高。1#試件均檢出14條裂紋，缺陷形貌、長度相近，但在缺陷辨識度上，未使用反差增強劑更能清晰顯示出缺陷的特征、形狀，對比度較高，使用反差增強劑次之。2#試件未打磨區域磁痕顯示明顯，識別度高于上述2組方法。第3組試驗與第2組試驗在缺陷檢出率和對缺陷辨識度上基本相當，都能有效檢出和辨別缺陷，但熒光法靈敏度還是略高一籌。如圖8所示。

2.2.4 滲透檢測

1#試件未能有效顯示出任何缺陷，缺陷檢出率很差；2#試件打磨區域缺陷顯示較清晰，較容易辨別，但缺陷顯示不全，未打磨區域缺陷顯示特征不明顯，在熔合線上雖有滲透液聚集，但容易被忽視漏判。如圖9所示。

圖8 熒光法檢測

圖9 滲透檢測

3 缺陷成因簡要分析

通過以上4組不同方法的檢測試驗，發現該批壓力管道的裂紋均出現在焊接接頭熱影響區的熔合線上和靠近熔合線區域的母材上。外表面缺陷淺而細，開口程度不大，內表面沿焊縫熔合線連續開裂，開裂部位和熔合線完全重合。綜合以上特征，對發生開裂的原因進行初步推測[5-9]。

（1）該批壓力管道由多名焊工施焊的所有筒節均不同程度出現類似裂紋缺陷，通過焊縫外觀檢查、UT、TOFD檢測，焊縫成型良好，焊縫內部缺陷較少。所以，導致開裂的原因與焊接人員技術不屬于重要因素；

（2）該批壓力管道屬于在制階段，沒有與介質接觸，又不在腐蝕環境下制造，所以不存在介質腐蝕、疲勞、機械磨損等開裂條件；

（3）對鋼板原材料進行化學成分復驗、力學性能試驗，材料符合GB/T 713－2014《鍋爐和壓力容器用鋼板》要求。無損檢測表明，僅在縱向焊接接頭處開裂，環向焊縫并未發現異常，所以，結合開裂部位、形貌特征分析，該缺陷屬于應力開裂，導致開裂的根本原因可能與管道制造工藝有關。

4 結論

（1）在可見光下進行磁粉檢測時，使用反差增強劑，可提高缺陷檢測率和辨識度。

（2）滲透檢測缺陷檢測率很低。在工件結構允許條件下，表面檢測應優先使用磁粉檢測。

（3）在焊縫余高未打磨的情況下，對檢測人員辨別缺陷的經驗要求較高。在不能判定是否缺陷的情況下，應將焊縫熔合區域圓滑過渡，必要時可將焊縫余高打磨與母材平齊。

（4）熒光磁粉檢測時，將被檢區域打磨，圓滑過渡，漏出金屬光澤，建議不使用反差增強劑。

（5）導致開裂的根本原因可能與管道制造工藝有關，建議進一步對該缺陷成因展開分析與研究，改進工藝，避免類似情況再次發生。

[1]TSG 21－2016，固定式壓力容器安全技術監察規程[S].

[2]GB 150－2011，金屬壓力容器[S].

[3]GB/T 20801.5－2006，壓力管道規范工業管道第5部分：檢驗與試驗Ⅰ級檢查驗收[S].

[4]NB/T 47013－2015，承壓設備無損檢測[S].

[5]李星優，等. 關于磁粉檢測分析[J]. 工業技術，2014（22）：96.

[6]羅華權，等. 國、內外磁粉檢測標準的幾點對比[J]. 無損探傷，2014（4）：25-27.

[7]富陽. 曲面工件近表面缺陷的磁粉檢測[J]. 無損探傷，2009（10）：47-48.

[8]史洪源. 我國若干次粉檢測標準的對比分析[J]. 無損探傷，2016（6）：24-28.

[9]盧政國. 制造過程中壓力管道磁粉檢測技術研究[J]. 中國高新技術企業，2013（29）：18-19.

Magnetic Particle Testing and Analysis of Q345RRolled Pressure Pipe

MA Xuerong，YAO Li，ZUO Jifeng，YUE Kaibai，LU Jun

( China Aerodynamics Research and Development Center, Mianyang 621000, China )

For crack welded specimens, the cross-magnetic conjugate method was used, and non-fluorescent black magnetic paste water suspensions, fluorescent magnetic suspensions, as well as the use of electric wire brush grinding treatment, the use of contrast enhancers and other means to the inner and outer surfaces of the weld joint magnetic powder detection, to verify the effectiveness of magnetic powder detection technology and defect detection rate, magnetic trace morphology characteristics, and the identification of defects. The results show that for the non-fluorescent black magnetic paste water suspension, after the electric steel wire brush is polished and the contrast is used, the magnetic marks show clear, the crack characteristics are obvious, it is very easy to distinguish, and the number of magnetic marks shows increases significantly. For fluorescence detection, in the degree of defect identification, no using contrast enhancers can more clearly show the characteristics and shape of the defect, and the contrast is higher.

pressure piping；magnetic particle testing；crack；detection sensitivity

TJ765.4+1

A

10.3969/j.issn.1006-0316.2018.10.016

1006－0316 (2018) 10－0073－04

2018－07－03

馬學榮（1964－），四川瀘州人，工學碩士，高級工程師，主要從事特種設備檢驗檢測及安全科學與工程相關工作。