， ， ，唐飛陽，

(1.中國石油獨山子石化分公司壓力容器檢驗所，克拉瑪依 833699;2.中國石油獨山子石化公司乙烯廠，克拉瑪依 833699)

在工業(yè)生產(chǎn)中,液氨是一種重要的化工原料和制冷劑，液氨儲罐的封頭是壓力容器的重要組成部分，是主要的受壓部件。標準GB 150-2011《壓力容器》中規(guī)定封頭拼接焊縫屬于A類焊縫，該類焊縫在制造過程中易產(chǎn)生缺陷，因此需要對其進行無損檢測。

基本上以氨為制冷劑的裝置都連接著冷庫，所以停機檢驗會造成較大的經(jīng)濟損失。依據(jù)標準TSG21-2016《固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》第8.8條規(guī)定,以氨為制冷劑時，單臺儲氨器容積不大于5 m3且總容積不大于10 m3的小型制冷裝置中，壓力容器的定期檢驗可以在系統(tǒng)不停機的狀態(tài)下進行。其第8.8.3.5.3條規(guī)定采用超聲檢測方法對埋藏缺陷進行檢測時，因為儲罐筒體與封頭是一種壁厚不對稱的特殊對接焊接接頭，所以常規(guī)超聲檢測時主要存在以下難點：① 焊縫內(nèi)部因成型不良等因素導致的干擾回波較多；② 只能單面單側進行檢測，對檢測結果存在影響。

相控陣超聲檢測能實現(xiàn)工件和缺陷的A，B，S掃描及多種顯示，缺陷定位、定量檢測的誤差小，檢測靈敏度高[1]。

小型液氨儲罐封頭焊縫屬于不對稱的特殊焊縫，對該類焊縫的表面缺陷檢測主要分為滲透檢測和磁粉檢測[2]，對焊縫的內(nèi)部缺陷檢測分為常規(guī)超聲檢測和射線檢測。在定期檢驗過程中，小型液氨儲罐往往因為現(xiàn)場檢驗環(huán)境限制而無法實施射線檢測;結構曲率的變化會影響常規(guī)超聲檢測，只能對其進行單面單側的檢測，不滿足標準NB/T 47013.3-2015《承壓設備無損檢測 第3部分：超聲檢測》中的超聲檢測中級靈敏度(B級)檢測的要求，會存在缺陷漏檢、定位和定量不準確的問題。相控陣超聲檢測技術可以很好地解決上述問題，其只需要一個探頭在相對于焊縫中心線處保持固定距離，在移動探頭的情況下進行快速扇掃描和線掃描，就可以有效檢出缺陷，大大提高檢出率。

1 相控陣超聲檢測試驗方法

1.1 檢測設備

采用以色列ISONIC 2010相控陣超聲檢測儀，在相控陣探頭的各種參數(shù)中，跟實際應用密切相關的是頻率、晶片數(shù)、晶片參數(shù)和楔塊參數(shù)。選擇頻率為4 MHz，16晶片，晶片間距為0.5 mm，斜鍥角度為36°的探頭。相控陣超聲檢測掃查角度最小為35°，最大為69°。按照標準GB/T 32563-2016 《無損檢測 超聲檢測 相控陣超聲檢測方法》，在單側檢測時，需要進行3次波檢測或沿線柵格掃查。

1.2 檢測靈敏度

設置DAC(距離-幅度曲線)靈敏度，檢測深度范圍為6～50 mm時，將DAC曲線的最大聲程處規(guī)格為φ2 mm×40 mm(直徑×深度)橫孔回波調(diào)至滿屏的適當高度(如90%)作為掃查靈敏度。

1.3 缺陷長度確定

若缺陷最高幅度未超過滿屏100%，則以此幅度為基準，找到缺陷不同角度A掃描的回波幅度降低6 dB時作為缺陷長度；若缺陷最高幅度超過滿屏100%，則找到缺陷不同角度A掃描回波幅度降低6 dB的最大長度作為缺陷長度。

1.4 對比試塊

1.4.1 對比試塊的制作

為了研究不等厚焊縫的全范圍掃查，實現(xiàn)對不等厚焊縫的聲場全覆蓋以及利用計算機幾何仿真技術編制檢測工藝，確保檢測靈敏度和不同位置缺陷的檢出率，制作了不等厚對比試塊。對比試塊結構示意如圖1所示。

圖1 對比試塊結構示意

1.4.2 對比試塊的相控陣超聲檢測

從試塊的兩個側面(厚側和薄側)進行相控陣超聲掃查，均檢測出對比試塊上預制的缺陷，檢測結果如圖2所示。

圖2 對比試塊兩個側面的相控陣檢測結果

1.4.3 檢測結果分析

相控陣超聲檢測對比試塊時，只要保證超聲聲束對檢測區(qū)域的全覆蓋，不論檢測面位于焊接接頭的哪一側，對不同類型、不同深度的缺陷均能很好地檢測出，有效實現(xiàn)了圓形通孔、條形缺陷的定位和定量檢測，具有良好的檢測精度。

由檢測結果可知，探頭置于薄壁側為最佳檢測面。根據(jù)現(xiàn)場情況可選擇4個檢測面進行檢測，現(xiàn)場檢測焊接接頭仿真模擬參數(shù)設置如表1所示(T1為薄側厚度，T2為厚側厚度)。檢測部位示意如圖3所示。

表1 現(xiàn)場檢測焊接接頭仿真模擬參數(shù)設置

圖3 焊接接頭的檢測部位示意

1.5 焊接模擬試塊

1.5.1 焊接模擬試塊的制作

模擬試塊主要用于檢測靈敏度的校準。模擬試塊的材料、形狀、結構、厚度，以及焊接坡口形式和焊接工藝應與被檢工件相同或相似，在檢測區(qū)域內(nèi)適當位置設置焊接產(chǎn)生的自然缺陷。將擬采用的檢測工藝應用到模擬試塊上，以驗證擬采用工藝的有效性。設計制作了焊接模擬試塊，材料為16MnR鋼，薄側厚度為8 mm,厚側厚度為12 mm。

1.5.2 焊接模擬試塊的相控陣超聲檢測

相控陣超聲檢測技術結合了A掃描和S掃描等多種顯示模式,在整個聲束覆蓋范圍內(nèi)保證了足夠的檢測靈敏度。焊接模擬試塊的預制條形缺陷檢測圖譜見圖4。

圖4 焊接模擬試塊的預制條形缺陷檢測圖譜

1.5.3 檢測結果分析

通過相控陣超聲檢測焊接模擬試塊，實現(xiàn)了對特定檢測對象內(nèi)部埋藏缺陷的定量檢出，具體數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 模擬試塊相控陣超聲檢測數(shù)據(jù)

1.6 線切割解剖驗證

為了驗證焊接模擬試塊的相控陣超聲檢測結果，對檢測區(qū)域進行了線切割解剖驗證。線切割機電壓為380 kV，電流為2 A，鉬絲直徑為0.18 mm，行進速度為90 mm·h-1。模擬試塊線切割解剖結果如表3所示。線切割解剖照片如圖5所示。

2 現(xiàn)場應用

對某乙烯廠順丁儲氨罐FA-602A進行定期檢驗，容器類別為II類，使用壓力為1.85 MPa，使用溫度不大于50 ℃，工作介質為液氨，容積不大于5 m3，罐體材料為16MnR鋼。在定期檢驗的常規(guī)超聲檢測時，儲氨罐封頭焊縫部位發(fā)現(xiàn)一處II級缺陷。

表3 模擬試塊線切割解剖結果

圖5 模擬試塊的線切割解剖照片

由于小型儲氨罐封頭曲率過大，因此探頭無法平穩(wěn)放置在弧面上，不管如何調(diào)整入射角度和其他參數(shù)，聲束都不能全部覆蓋焊縫區(qū)和熱影響區(qū)。只有將探頭放置在筒體部位時，才能使聲束全部覆蓋焊縫區(qū)和熱影響區(qū)，并盡可能減少漏檢部位，提高缺陷的檢出率，所以掃查面選擇在筒體上。為了對缺陷進行定性和定量檢測，檢測人員采用相控陣超聲檢測技術對缺陷進行了復驗，確定了封頭焊縫內(nèi)部存在條形缺陷。

通過相控陣檢測，從缺陷3D成像模擬仿真結果(見圖6)可以看出，該缺陷為條形缺陷。常規(guī)超聲檢測和相控陣超聲檢測對缺陷的定量結果如表4所示，儲氨罐FA-602A的相控陣超聲檢測圖譜如圖7所示。

表4 常規(guī)超聲檢測和相控陣超聲檢測對

圖6 缺陷3D成像模擬仿真結果

圖7 相控陣儲罐檢測圖譜

3 結論

介紹了乙烯廠儲氨罐的相控陣檢測技術，制定的檢測工藝在儲氨罐上進行了實際應用。結果表明，相控陣檢測缺陷的圖像顯示直觀，降低了缺陷的識別難度，檢測可靠性高。