徐 冰，姜大超

(蘇州熱工研究院有限責(zé)任公司，蘇州 215004)

在對某電站氫氣儲罐(為三類壓力容器，設(shè)計壓力為3.52 MPa，材料為16MnDR，壁厚封頭壁厚與筒體壁厚分別為32，30 mm)實施定期在役檢驗過程中，發(fā)現(xiàn)容器的焊縫中存在超標(biāo)缺陷，儲罐的實物圖片與焊縫位置示意如圖1所示。經(jīng)過一系列的缺陷處理及檢測，發(fā)現(xiàn)原超標(biāo)缺陷位置附近存在一處記錄性缺陷(A超角度)。在容器進(jìn)行水壓試驗后，再次對該處位置進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)缺陷存在擴(kuò)展的情況。

圖1 氫氣儲罐實物圖片與焊縫位置示意

基于此種情況，項目組經(jīng)過分析和研究決定，對該容器實施100%的PAUT(相控陣超聲檢測)，進(jìn)一步檢測該容器在水壓試驗后的焊縫質(zhì)量。

通過對該容器實施較為全面的PAUT，發(fā)現(xiàn)焊縫中存在3處擴(kuò)展活動缺陷(裂紋)。

經(jīng)容器檢驗綜合評價，建議對該容器進(jìn)行報廢處理。然后對該容器的擴(kuò)展缺陷進(jìn)行失效分析，進(jìn)一步確定檢測結(jié)論是正確的(因受專業(yè)限制，文章不對失效分析加以論述)。

PAUT技術(shù)在此次容器定期檢驗工作中的成功應(yīng)用，為容器最終檢驗結(jié)論的出具提供了可記錄性的數(shù)據(jù)依據(jù)。

1 檢驗過程

2017年10月12日， 在對氫氣儲罐壓力容器定期檢驗中發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷。缺陷實施返修、水壓試驗后該處缺陷消除，但超聲檢測發(fā)現(xiàn)該焊縫附近區(qū)域原未超標(biāo)缺陷發(fā)生了擴(kuò)展。

2018年8月1425日期間，在對該容器其他焊縫進(jìn)行補(bǔ)充及100%的PAUT檢測后，共發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷4處；其中，水壓試驗后檢測發(fā)現(xiàn)的擴(kuò)展缺陷經(jīng)PAUT檢測后，確認(rèn)已發(fā)生擴(kuò)展。

經(jīng)容器檢驗師綜合考慮，認(rèn)為該氫氣儲罐已不適合繼續(xù)使用，建議做報廢處理。

2 缺陷處理過程

2017年10月12日，在執(zhí)行氫氣儲罐定期檢驗時，超聲檢測(UT)發(fā)現(xiàn)B6接頭位置存在一處缺陷，缺陷位于焊縫中心，深度距內(nèi)壁17.3 mm，長度48 mm，波幅位于Ⅲ區(qū)，判定為裂紋(編號為1#缺陷)。依據(jù)TSG 21-2016 《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》要求，需對該缺陷進(jìn)行返修處理(該處在制造完工報告中以及后續(xù)針對該位置開展的射線檢測過程中，均未發(fā)現(xiàn)可記錄缺陷顯示)。

2017年12月19日，對其余對接接頭(A1、A2、A3、A4、A5、B2、B3、B4、B5)進(jìn)行100%超聲檢測，發(fā)現(xiàn)B2接頭焊縫中存在一處缺陷(編號為B2-1#缺陷)，缺陷深度距離內(nèi)壁20.56 mm，其長度為23 mm，自身高度為2.75 mm(6 dB法)，波幅位于Ⅱ區(qū)，評定級別為Ⅲ級，初步判定為夾渣(該處在制造完工報告中的射線檢測結(jié)果中為無可記錄缺陷顯示)。重新安排射線檢測，結(jié)果顯示缺陷為夾渣。依據(jù)TSG 21-2016標(biāo)準(zhǔn)要求，該處缺陷允許存在。B5接頭焊縫中發(fā)現(xiàn)一處缺陷(編號為B5-1#缺陷)，其深度距離內(nèi)壁15.55 mm，長度為10 mm，波幅位于Ⅱ區(qū)，評定級別為Ⅰ級，該缺陷為記錄缺陷，不需處理。

2018年5月3日，對B6接頭焊縫內(nèi)壁裂紋缺陷進(jìn)行返修處理,缺陷形貌如圖2所示。返修結(jié)束后，該位置經(jīng)補(bǔ)焊和熱處理后,實施超聲檢測發(fā)現(xiàn)新增超標(biāo)缺陷(編號為2#缺陷)，其深度距離內(nèi)壁18.3 mm，長度為22 mm，初步判斷為裂紋。5月10日，再次對返修后出現(xiàn)的缺陷進(jìn)行打磨消除，缺陷形貌如圖3所示。打磨結(jié)束后補(bǔ)焊施焊前，再次對該區(qū)域?qū)嵤┏暀z測，在此位置附近焊縫中發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷(編號為3#缺陷)，缺陷深度距離外壁24.1 mm，長度為12 mm。

圖2 B6接頭1#裂紋形貌

圖3 B6接頭2#裂紋形貌

2018年5月21日，對3#缺陷進(jìn)行返修。返修位置補(bǔ)焊后對該位置進(jìn)行超聲復(fù)檢，發(fā)現(xiàn)在缺陷返修區(qū)域邊緣95 mm處有一處缺陷(編號為4#缺陷)，其深度距離內(nèi)壁16.1 mm，長度為10 mm，波幅位于Ⅰ區(qū)(EL+0.9 dB)，按程序評定為Ⅰ級，合格。

2018年6月13日，依據(jù)TSG 21-2016要求對儲罐進(jìn)行水壓試驗，試驗壓力為4.4 MPa(耐壓試驗壓力=1.25倍設(shè)計壓力)，試驗結(jié)果表明儲罐外壁及焊縫無滲漏或泄漏，無明顯的殘余變形，試驗過程中無異常響聲，水壓試驗結(jié)果合格。

2018年7月8日，水壓試驗結(jié)束后，對4#缺陷進(jìn)行手動超聲復(fù)檢，結(jié)果表明4#缺陷發(fā)生擴(kuò)展，擴(kuò)展后的缺陷指示長度為25 mm，缺陷深度距離內(nèi)壁17.5 mm，波幅位于Ⅱ區(qū)(SL+5.5 dB)，評定為Ⅲ級，不合格。

7月12日晚間，對上述缺陷位置進(jìn)行射線檢測，結(jié)果顯示未發(fā)現(xiàn)可記錄顯示。

2018年8月1425日，對所有環(huán)焊縫和縱焊縫(A/B類焊縫)進(jìn)行100%PAUT及TOFD(超聲波衍射時差法)檢測，并對發(fā)現(xiàn)的缺陷進(jìn)行手動超聲復(fù)核，共發(fā)現(xiàn)4處超標(biāo)缺陷。

3 PAUT檢測工藝

采用GEKKO便攜式相控陣檢測儀，搭配5L32-0.5*10型探頭、多普勒 SD2-N55S型楔塊、FO02-005-1606型掃查架。

采用扇掃對焊縫實施檢測，扇掃角度為35°72°，角度步進(jìn)為1°，聲束覆蓋示意如圖4，5所示。

參照DL/T 1718-2017 《火力發(fā)電廠焊接接頭相控陣超聲檢測技術(shù)規(guī)程》，使用CSK-ⅠA、PRB-Ⅱ試塊進(jìn)行設(shè)備調(diào)試，必要的調(diào)試內(nèi)容包括聲速、楔塊延遲、聚焦深度設(shè)置、定量校準(zhǔn)、編碼器校準(zhǔn)等。

圖4 直射波聲束覆蓋

圖5 一次反射波聲束覆蓋

參照DL/T1718-2017規(guī)程，采用B級檢測技術(shù)，Ⅰ級驗收。

4 水壓試驗前后檢測數(shù)據(jù)匯總及最終評價結(jié)論的出具

4.1 水壓試驗前后數(shù)據(jù)匯總

對水壓試驗前后檢測數(shù)據(jù)匯總并分析，具體檢測數(shù)據(jù)見表1。

表1 氫氣儲罐水壓試驗前后缺陷信息匯總

4.2 裂紋缺陷列舉說明

如圖68所示為最終確定為裂紋缺陷的PA數(shù)據(jù)截圖。

圖6所示缺陷在首次定期檢查時已發(fā)現(xiàn)，該缺陷深度距離內(nèi)壁15.55 mm，長度為10 mm，波幅位于Ⅱ區(qū)，評定級別為Ⅰ級。經(jīng)水壓試驗后進(jìn)行PAUT復(fù)查，發(fā)現(xiàn)該缺陷已發(fā)生擴(kuò)展，由原本的Ⅱ區(qū)當(dāng)量的Ⅰ級缺陷，變?yōu)楫?dāng)量為Ⅲ區(qū)超標(biāo)缺陷。經(jīng)手動超聲復(fù)查，檢測結(jié)果與PAUT檢測結(jié)果基本一致，且該缺陷有較明顯的回波根部較寬、多峰、分叉的特征(經(jīng)分析，認(rèn)為多峰、分叉的特征為超聲波遇到多個反射平面時發(fā)生的反射現(xiàn)象)，檢測人員據(jù)此判斷該缺陷性質(zhì)為裂紋，依據(jù)TSG 21-2016要求，該處缺陷不允許存在。

圖6 B5-1#裂紋缺陷的二次波PA截圖

圖7 B6-1#裂紋缺陷的一次波PA截圖

圖7所示缺陷在首次定期檢查時并未發(fā)現(xiàn)，經(jīng)水壓試驗后進(jìn)行PAUT檢測，發(fā)現(xiàn)該位置存在長為163 mm，深為15 mm，幅值為RL+4 dB的超標(biāo)缺陷。經(jīng)手動超聲復(fù)核，缺陷長度當(dāng)量基本與PAUT的檢測結(jié)果一致。綜合分析，認(rèn)為該處缺陷為焊縫金屬中原本就存在的不連續(xù)，其首次定期檢測時，波幅當(dāng)量較小，不滿足NB/T 47013.3-2015 《承壓設(shè)備無損檢測 第3部分:超聲檢測》標(biāo)準(zhǔn)要求的記錄標(biāo)準(zhǔn)，從而使得該缺陷無檢測數(shù)據(jù)上的對比。該缺陷經(jīng)水壓試驗后發(fā)生了擴(kuò)展，檢測人員據(jù)此判斷該缺陷性質(zhì)為裂紋，依據(jù)TSG 21-2016要求，該處缺陷不允許存在。

圖8所示的缺陷附近位置經(jīng)過了反復(fù)的打磨、熱處理等返修處理(詳見第2節(jié)內(nèi)容)，在水壓試驗前，對該位置區(qū)域進(jìn)行手動超聲檢測，發(fā)現(xiàn)返修部位附近存在一處Ⅰ區(qū)的記錄性缺陷，最大波幅位于Ⅰ區(qū)，長度為10 mm，且在該部位附近發(fā)現(xiàn)一處長度約為135 mm、斷續(xù)的、波幅小于Ⅰ區(qū)的線狀缺陷顯示，其端點波幅為評定線減3 dB。經(jīng)水壓試驗后進(jìn)行PAUT檢測，顯示該缺陷長為302.8 mm，深為16 mm，幅值為RL+9 dB，參照DL/T 1718-2017標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)評為Ⅲ級。經(jīng)手動超聲復(fù)核，該缺陷的位置和當(dāng)量基本與PAUT檢測結(jié)果一致。即，該缺陷水壓試驗前后發(fā)生了較為明顯的擴(kuò)展，可判斷該缺陷的性質(zhì)為裂紋。綜合分析，認(rèn)為該處位置焊縫金屬中，原本就存在不連續(xù)，且該處經(jīng)過了反復(fù)的返修處理，焊縫殘余應(yīng)力較大，水壓試驗后應(yīng)力又進(jìn)一步釋放，導(dǎo)致了缺陷的擴(kuò)展(從超聲角度而言)。依據(jù)TSG 21-2016要求，該處缺陷不允許存在。

圖8 B6-2#裂紋缺陷的二次波PA截圖

4.3 檢驗結(jié)論的最終出具及失效分析的開展

2018年9月6日，項目組綜合檢驗結(jié)果，認(rèn)為該氫氣儲罐已不適合繼續(xù)使用，建議更換，并進(jìn)行失效分析。

2018年10月8日至2019年05月21日，完成儲罐的現(xiàn)場檢查、取樣、失效原因分析(因受專業(yè)限制，文章不對失效原因分析加以論述)。

5 結(jié)語

(1) 與常規(guī)A超檢測技術(shù)相比，PAUT技術(shù)具有更高的缺陷檢出率。A超的缺陷檢出率受檢測人員的責(zé)任心、技術(shù)能力和檢測經(jīng)驗的影響較大。而PAUT技術(shù)的缺陷檢出率取決于檢測工藝的正確性、檢測工藝實施的正確性和評圖人員的能力和經(jīng)驗。PAUT技術(shù)有效地減少了“人為因素”對缺陷檢出率的影響，更加可靠。檢測數(shù)據(jù)的可記錄性也是PAUT技術(shù)的突出優(yōu)點，這對于核心設(shè)備的在役檢測更顯重要。

(2) 與射線檢測技術(shù)相比，超聲檢測對于面積型缺陷有更高的缺陷檢出率。就文中的初次容器定期檢驗發(fā)現(xiàn)的超標(biāo)缺陷和最后出現(xiàn)的超標(biāo)擴(kuò)展缺陷，采用射線檢測技術(shù)，均無法檢出；即便是在實驗室的條件下，也無法檢測出B5-1#、B6-1#、B6-2#裂紋缺陷。而在役檢測中，面積型缺陷較體積型缺陷具有更大的危害性。

(3) 與TOFD檢測技術(shù)相比，PAUT檢測技術(shù)具有更高的缺陷檢出率;且TOFD檢測受上、下表面盲區(qū)影響，不易實施焊接接頭全范圍的有效檢測;缺陷高度檢測的可靠性是TOFD檢測技術(shù)的突出優(yōu)點。綜合PAUT與TOFD檢測技術(shù)，可以制定更為完善、可靠的檢測工藝。