淺談沖刷減薄與分層的區(qū)分判定方法

摘 要：沖刷減薄與分層在測厚時(shí)都表現(xiàn)為壁厚值減小，如何區(qū)分將直接影響定期檢驗(yàn)的結(jié)論。本文簡要的介紹了沖刷減薄與分層的形成機(jī)理、不同檢測方法對其適應(yīng)性，從而給出優(yōu)化的解決對策。

關(guān)鍵詞：沖刷減薄;分層;機(jī)理;對策

1 前言

壓力容器的定期檢驗(yàn)主要以宏觀檢驗(yàn)、壁厚測定、表面無損檢測和安全附件檢驗(yàn)為主，而壁厚測定是其中一種重要的檢驗(yàn)方法，它能全面的評定設(shè)備整體強(qiáng)度，在確定安全狀況等級方面發(fā)揮重要的作用。然而對無法進(jìn)入內(nèi)部檢驗(yàn)的設(shè)備只能在外部測厚來判斷內(nèi)部的腐蝕、沖刷薄等狀況，對于超聲波測厚發(fā)現(xiàn)的數(shù)值減小的情況如何判斷是腐蝕坑、沖刷減薄還是材料的分層則不太容易判斷，需要通過補(bǔ)充其他檢測手段如超聲波直探頭、斜探頭檢測、內(nèi)窺鏡及射線檢測等手段來綜合判斷。

2 檢驗(yàn)案例

筆者在對某廠粗煤氣洗滌器定期檢驗(yàn)中，圓筒形錐段材料Q345R，T=14mm，介質(zhì)為粗煤氣、煤氣水。從外部測厚如圖中所示測厚點(diǎn)4～7，距離錐段小端450mm處、寬度為100mm的整圏范圍測厚數(shù)值為6.2、6.3、6.5、7.0、7.2、6.5等，出現(xiàn)了厚度異常減小的情況，可能是因介質(zhì)的沖刷造成壁厚減薄，也可能是鋼板的分層造成的厚度減小。根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行工藝特點(diǎn)和具有沖刷減薄的損傷模式，厚度減少近50%，安全狀況等級為5級，應(yīng)停止使用，應(yīng)對減薄部位進(jìn)行處理提高安全狀況等級后方可使用。如若為分層缺陷，按照《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（TSG 21-2016）經(jīng)安全狀況等級綜合評定為4級，結(jié)論為基本符合要求，監(jiān)控使用1年。在無法進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部的情況如何判定是沖刷減薄還是分層缺陷將導(dǎo)致不同的檢驗(yàn)結(jié)論，嚴(yán)重的影響設(shè)備的處理方法，這也成為擺在檢驗(yàn)人員面前急于解決的難題。

3 缺陷的形成機(jī)理及測厚儀對其檢出的有效性

3.1 沖刷減薄和分層缺陷形成的機(jī)理

沖刷是固體、液體、氣體或其任意之間組合發(fā)生沖擊或相對運(yùn)動(dòng)，造成材料表面層機(jī)械剝落加速的過程。典型的損傷形態(tài)有坑、溝、銳槽、孔和波紋狀形貌，且具有一定的方向性，使材料的局部厚度嚴(yán)重?fù)p失。該設(shè)備運(yùn)行時(shí)間已超過10年，介質(zhì)為粗煤氣、煤氣水，具有產(chǎn)生沖刷減薄這種損傷模式的可能。

分層形成機(jī)理是鋼板在軋制過程中內(nèi)部的非金屬夾雜物或氣孔變?yōu)楸馄降膶訝钊毕荨Ｒ话闫叫杏阡摪灞砻妫瑢τ隗w積較大的非金屬夾雜物或氣孔有可能形成與鋼板表面成一定夾角的分層缺陷，對設(shè)備的安全運(yùn)行有較大的危害。按照《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（TSG 21-2016）第8.5.11條對于與自由表面平行的分層，不影響定級;與自由表面夾角小于10°的分層，可以定為2級或3級;與自由表面夾角大于或等于10°的分層，檢驗(yàn)人員可以采用其他檢測或分析方法進(jìn)行綜合評定，確認(rèn)分層不影響壓力容器安全使用的，可以定為3級，否則定為4級或5級。

3.2 超聲波測厚儀對缺陷檢出的有效性

超聲波測厚儀是根據(jù)超聲波脈沖反射原理來進(jìn)行厚度測量的，當(dāng)探頭發(fā)射的超聲波脈沖通過被測物體到達(dá)材料分界面時(shí)，脈沖被反射回探頭通過精確測量超聲波在材料中傳播的時(shí)間來確定被測材料的厚度。采用雙晶直探頭一發(fā)一收進(jìn)行測厚，其對沖刷減薄造成的坑、槽等都可有效測出厚度;對平行于表面的分層測出的數(shù)據(jù)非常準(zhǔn)確，對于非平行于表面的分層測厚數(shù)據(jù)差別較大，甚至出現(xiàn)測不到數(shù)據(jù)的現(xiàn)象。

4 解決對策

按照《承壓設(shè)備無損檢測》（NB/T47013.3-2015）5.3.7條進(jìn)行判定。對于同一深度位置反復(fù)出現(xiàn)同一波形則可判斷是基本平行于表面的分層缺陷，回波很低或基本上沒有回波則可判斷為與表面成一定夾角的分層缺陷。對于坑、槽等缺陷則會(huì)在不同深度出現(xiàn)不同的波形，如果坑的面積較大也會(huì)出現(xiàn)同分層缺陷相似的波形，不易將分層和坑類缺陷區(qū)分開來。

4.2 采用超聲檢測儀斜探頭檢測

按照《承壓設(shè)備無損檢測》（NB/T47013.3-2015）第6.3.14條進(jìn)行大致判定。對于由于沖刷減薄造成的坑、槽類缺陷，則可以收到不同深度的回波，較容易判斷;而對于平行于表面的分層在回接收不到回波，對于非平行于表面的分層則一側(cè)可以檢測到缺陷回波，相對一側(cè)則檢測不到回波，也可判定為分層缺陷，甚至可以準(zhǔn)確計(jì)算出相對于表面的夾角。該方法比超聲檢測儀直探頭檢測更有效。

4.3 內(nèi)窺鏡檢測

選擇就近位置的溫度計(jì)、壓力表接口及接管部位進(jìn)行內(nèi)窺鏡檢測，觀察內(nèi)表面是否存在沖刷造成的坑、槽類宏觀缺陷，可以較容易的確定是否為沖刷減薄，此方法簡單易行，但會(huì)受到設(shè)備結(jié)構(gòu)的限制無法實(shí)施。

4.4 射線檢測

利用射線檢測對體積性缺陷敏感的特點(diǎn)，采用雙壁單影的透照方式進(jìn)行檢測，觀察射線底片上是否有坑、槽類缺陷，也可容易將沖刷減薄和分層區(qū)分開來，但是射線檢測對于大直徑的設(shè)備較難實(shí)施，對平行于表面的分層缺陷也無法發(fā)現(xiàn)，其使用也會(huì)受到一定的局限。

5總結(jié)

對于無法進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部檢驗(yàn)時(shí)，區(qū)分沖刷減薄和分層缺陷則直接關(guān)系到設(shè)備的安全狀況等級的評定，進(jìn)一步影響檢驗(yàn)結(jié)論的確定，建議優(yōu)先用超聲波斜探頭進(jìn)行檢測，配合使用超聲波直探頭進(jìn)行檢測，有條件的可采用內(nèi)窺鏡進(jìn)行內(nèi)部檢測以確定是否為沖刷減薄。對于小直徑的設(shè)備也可考慮采用射線檢測方法來確定。

參考文獻(xiàn)

[1] TSG 21-2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》[S].

[2] GB/T30579-2014《承壓設(shè)備損傷模式識別》[S].

[3] NB/T47013-2015《承壓設(shè)備無損檢測》[S].

[4] 王曉雷.《承壓類特種設(shè)備無損檢測相關(guān)知識》[M].

作者簡介：陳佳（1988.7～），女，本科，助理工程師，主要從事鍋爐壓力容器壓力管道的監(jiān)督檢驗(yàn)、定期檢驗(yàn)。