魏侃 宋品玲 張成 屈義森
滲透檢測在核級Ti-35合金制容器焊接接頭中的應(yīng)用
魏侃*宋品玲張成屈義森
(西安優(yōu)耐特容器制造有限公司)
闡述了核級Ti-35合金制容器焊接接頭的滲透檢測技術(shù),分析了其與常規(guī)容器檢測的區(qū)別。著重介紹了滲透檢測在不同焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。
滲透檢測鈦合金焊接接頭壓力容器質(zhì)量控制
鈦是一種化學(xué)性質(zhì)非?;顫姷慕饘?,在高溫下對氧、氫和氮等氣體具有極大的親和力。鈦合金焊接過程中,鈦金屬的這種親和力伴隨著焊接溫度的升高更為強烈。當(dāng)焊縫受到有害氣體污染后,就會在焊縫表面形成黃、紫、藍、灰等各種顏色。Ti-35合金為Ti-Ta合金,是一種新型鈦合金材料,可以應(yīng)用于核乏燃料后處理裝置。由于Ti-35合金含有約6%的Ta元素,因而Ti-35合金制容器對使用工況的要求很苛刻,其焊接接頭的質(zhì)量控制尤為重要[1-2]。對于一般的對接焊接接頭,可采用射線檢測,但對于角接接頭,由于其結(jié)構(gòu)原因,只能采用滲透檢測來進行質(zhì)量控制[3-5]。
1.1滲透檢測的原理
滲透檢測是一種適用于檢查表面開口缺陷的無損檢測方法。其基本原理是,滲透劑在毛細管作用下滲入表面開口缺陷內(nèi),去除工件表面多余的滲透劑后,通過顯像劑的毛細管作用將缺陷內(nèi)的滲透劑吸附到工件表面形成痕跡,從而顯示缺陷的存在。這種檢測方法稱為滲透檢測,其過程如圖1所示。
滲透檢測方法依據(jù)滲透液種類、清洗方式、顯像方式可分為多種類型。對于鈦合金焊接接頭,優(yōu)先選擇Ⅱ-C-d型滲透檢測,即溶劑去除型著色滲透檢測法。
Ⅱ-C-d型滲透檢測系統(tǒng),包括儀器設(shè)備(滲透裝置、顯像裝置),滲透檢測劑(滲透劑、顯像劑、去除劑),工藝方法(滲透-去除-顯像-檢查),環(huán)境條件(水源、電源、光源),人員資格(具有與職能相對應(yīng)的等級)。
1.2滲透檢測系統(tǒng)的選擇原則
滲透檢測系統(tǒng)的選擇原則:首先要滿足所需的靈敏度和可靠性,同時要考慮經(jīng)濟性,應(yīng)選用相容性高而又價廉的滲透檢測系統(tǒng)。
圖1 滲透檢測過程
根據(jù)Ti-35合金設(shè)備制造過程中的大量試驗,推薦選擇以下系統(tǒng)參數(shù)。
1.2.1滲透檢測劑的選取
(1)應(yīng)使用符合規(guī)范的核級滲透檢測劑。滲透檢測劑蒸發(fā)后殘渣中的氯、氟元素含量的質(zhì)量分率不得超過1%[2]。
(2)滲透檢測劑應(yīng)配套使用,不同廠家不同型號不同簇組的滲透檢測劑不得混用。
1.2.2照明設(shè)備
當(dāng)無法在日光下進行觀察時,可用亮度滿足要求的太陽燈或白熾燈照明,表面照度要求不小于1000 Lx。
1.2.3照度計
白光照度計的測量范圍應(yīng)能覆蓋檢測所需的照度范圍,并每年進行一次校驗。
1.2.4試塊的要求
(1)鋁合金試塊(A型對比試塊)主要用于非標(biāo)準(zhǔn)溫度下滲透檢測方法的鑒定。
(2)鍍鉻試塊(B型)主要用于檢驗滲透檢測劑系統(tǒng)靈敏度及操作工藝正確性。
(3)發(fā)現(xiàn)試塊有阻塞或靈敏度有所下降時,必須及時修復(fù)或更換。
(4)試塊使用后要清洗干凈,用丙酮與無水酒精的混合液(體積混合比為1∶1)浸泡密封保存。1.3滲透檢測過程
預(yù)清洗→施加滲透劑→去除多余滲透劑→干燥→施加顯像劑→觀察與評定顯示痕跡→后處理。
普通鈦合金與Ti-35焊接接頭滲透檢測的主要差別在于滲透檢測劑的選取。對于Ti-35合金焊接接頭,為能達到相對高的檢測靈敏度,通過試驗發(fā)現(xiàn),必須選擇核級滲透檢測劑。
在相同條件下進行了靈敏度測試的試驗,以比較核級滲透劑和普通滲透劑的靈敏度。測試包括了測量試塊表面溫度(顯示為11℃)和表面照度(顯示為1226 Lx)。通過試驗發(fā)現(xiàn),在相同條件下,核級滲透劑的裂紋檢出率比普通滲透劑高一個級別。因此,對于Ti-35合金制容器的焊接接頭的滲透檢測,宜選取核級滲透劑進行,以確保焊接接頭的質(zhì)量控制。
3.1換熱管與管板焊接結(jié)構(gòu)
圖2所示為換熱管與管板的焊接結(jié)構(gòu)。?30× 4規(guī)格的換熱管與厚度35 mm的管板焊接完成后,形成如圖2所示的角接接頭。經(jīng)外觀檢驗,焊接接頭表面為銀白色,無肉眼可見的氣孔、裂紋等表面缺陷。外觀檢驗合格后,須對管頭焊接接頭逐根進行100%滲透檢測(如圖3所示)。這種結(jié)構(gòu)在焊接過程中,由于熱影響區(qū)溫度的不均勻變化,在母材兩側(cè)區(qū)域易產(chǎn)生裂紋。因此在滲透檢測過程中,刷涂滲透劑時,除100%覆蓋焊接接頭外,焊接接頭兩邊增加檢測區(qū)域?qū)?0 mm,以確保無裂紋漏檢。滲透檢測過程中應(yīng)努力提高裂紋的檢出率。檢測依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)為NB/T 47013.5—2015,I級合格[4,6]。
圖2 換熱管與管板的焊接結(jié)構(gòu)
3.2接管與筒體焊接結(jié)構(gòu)
圖4所示為接管與筒體的焊接結(jié)構(gòu)。接管與筒體焊接過程中,當(dāng)?shù)?層焊接完成后,經(jīng)目視檢查合格后,須對根部及背面進行100%滲透檢測,嚴(yán)格控制第1層焊接質(zhì)量。滲透檢測合格后,應(yīng)特別注意焊縫及焊道表面的清理,以免為后續(xù)焊接埋下隱患。若清理不干凈,殘留的雜質(zhì)元素會在焊縫內(nèi)部產(chǎn)生氣孔或裂紋等缺陷,影響焊縫的質(zhì)量和容器的使用壽命。整條焊縫焊接完成后,須對焊接接頭表面及焊接接頭背面再次進行100%滲透檢測。檢測依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)為NB/T 47013.5—2015,I級合格。
圖3 管頭焊接接頭的滲透檢測
圖4 接管與筒體的焊接結(jié)構(gòu)
3.3筒體與管板焊接結(jié)構(gòu)
圖5所示為筒體與管板的焊接結(jié)構(gòu)。這種焊接結(jié)構(gòu)其焊縫形式為對接焊縫,無法進行射線檢測。為確保其焊接質(zhì)量,進行了如下試驗:用相同的焊接參數(shù)焊接試件,并對試件的焊縫逐層進行滲透檢測,直到焊接完成。對焊接試件進行射線檢測及力學(xué)性能試驗,最終結(jié)果均符合標(biāo)準(zhǔn)要求,確認(rèn)合格。因此,對于如圖5所示的這種焊接結(jié)構(gòu),在焊接過程中,每焊接完一層,均對焊接接頭進行外觀檢查,焊縫表面要求為銀白色,無肉眼可見氣孔、裂紋等表面缺陷。外觀檢驗合格后,進行100%滲透檢測,依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)為NB/T 47013.5—2015,I級合格。每一層目視與滲透檢測合格后,使用丙酮進行清洗并及時用干燥潔凈的高壓風(fēng)將每一層焊道清理干凈,以防止氣孔和表面裂紋的出現(xiàn)。確認(rèn)合格后再進行下一層的焊接工作。
圖5 筒體與管板的焊接結(jié)構(gòu)
(1)經(jīng)過試驗發(fā)現(xiàn),選用符合規(guī)范的核級滲透劑比普通滲透劑的缺陷檢出率高出一個級別。對用于工況條件比較苛刻的核級容器,必須選用核級滲透劑。
(2)應(yīng)根據(jù)容器的結(jié)構(gòu)特點以及容易出現(xiàn)的表面缺陷,選取不同的合理的滲透檢測方法,以控制Ti-35合金焊接接頭的質(zhì)量。
(3)采取層間滲透檢測時,應(yīng)確保檢測合格后的焊縫及焊道的表面清理符合要求,以防止殘留雜質(zhì)元素的影響產(chǎn)生內(nèi)部缺陷,造成質(zhì)量隱患。
[1]吳金平,楊英麗,等.后處理設(shè)備用Ti-35合金材料研究[D].西安:西北有色金屬研究院,2006.
[2]民用核安全設(shè)備無損檢驗人員資格鑒定委員會.無損檢驗概論及民用核安全設(shè)備的基本知識[M].2011.
[3]全國鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.GB 150—2011壓力容器[S].2011.
[4]全國鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.GB/T 151—2014熱交換器[S].2014.
[5]全國鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.JB/T 4745—2002鈦制焊接容器[S].2002.
[6]全國鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.NB/T 47013—2015承壓設(shè)備無損檢測[S].2015.
Application of Penetration Testing in the Welded Joint of Nuclear Grade Ti-35 Titanium Alloy Vessel
Wei KanSong PinlingZhang ChengQu Yisen
The penetration detecting method of the nuclear grade Ti-35 titanium vessel weld was illustrated,and the difference between conventional vessel and titanium vessel was introduced.The penetration detecting method for different welding structure was emphatically introduced.
Penetration detecting;Titanium alloy;Welded joint;Pressure vessel;Quality control
TQ 050.6
10.16759/j.cnki.issn.1007-7251.2016.10.014
2016-02-18)
*魏侃,男,1987年生,助理工程師。西安市,710201。