奧氏體不銹鋼壓力管道應力腐蝕開裂檢測技術對比研究

應腐蝕損失（scc）是一種常見的缺陷，用于連接到埋式鋼壓力管道。奧氏體不銹鋼對接接頭的檢測技術還有待發(fā)展,由于奧氏體不銹鋼是非鐵磁性材料,無法使用磁粉檢測技術筆者以帶有SCC的三通-管帽對接接頭試件為檢測對象,采用溶劑去除型著色滲透檢測技術(PT)、X射線數(shù)字成像檢測技術(DR)和渦流陣列檢測技術(ECA)進行檢測,并對試驗結果進行比較。結果表明:應力腐蝕開裂的面積型缺陷屬性和數(shù)字平板探測器不能彎曲的特性,都會影響X射線數(shù)字成像檢測技術對管道應力腐蝕開裂的檢測能力,但其對近表面應力腐蝕開裂或埋藏性應力腐蝕開裂的檢測能力仍高于渦流陣列檢測技術和滲透檢測技術;渦流陣列檢測技術對表面開口應力腐蝕開裂的檢測能力與滲透檢測技術相近,對近表面應力腐蝕開裂的檢測能力遠優(yōu)于滲透檢測技術,檢測速度也遠大于滲透檢測技術,故可在滿足檢測條件的情況下用渦流陣列檢測技術替代滲透檢測技術。1測試方法1.1力腐蝕開裂某石化公司的制氫裝置空冷器入口中變氣不銹鋼管線上某三通與管帽對接接頭的管帽側熱影響區(qū)內,存在多條垂直于焊縫分布的應力腐蝕開裂。三通的主管直徑為200mm,壁厚為8mm,支管直徑為150mm,壁厚為8mm;三通的主管與管帽連接,管帽的直徑為200mm,壁厚為8mm,材料均為奧氏體不銹鋼0Cr18Ni9文中所用的三通-管帽試樣是含有SCC管段的一部分,該試樣對接接頭的焊接方法是手工電弧焊,焊縫寬度最大值為14mm,錯邊最大值為2mm,余高最大值為3.5mm。1.2pt探傷材料試驗采用溶劑去除型著色滲透檢測劑系統(tǒng),包括清洗劑、滲透劑和顯像劑,其制造商為中日合資美柯達探傷器材有限公司,型號均為DPT-5。PT是在通風設施良好的實驗室內進行的,檢測環(huán)境溫度為20℃。檢測部位為三通-管帽對接接頭的內、外表面。PT工序包括預清洗、滲透、溶劑去除、非水基濕法顯像、檢驗、后清洗。試樣內、外壁檢測時間均為28min1.3dr試驗結果DR系統(tǒng)包括X射線源、數(shù)字平板探測器和數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng),其外觀如圖1所示。X射線源的制造商是瑞士的COMET工業(yè)X射線公司,型號為MXR-225/21,額定電壓為225kV。X射線數(shù)字成像系統(tǒng)是以色列VIDISCO公司的產品,型號為V-RX。數(shù)字平板探測器的規(guī)格為RayzorXPro,成像面積為222mm×222mm,動態(tài)范圍為14bit(16384灰度等級),解析度為3.5lp·mm由于三通-管帽試樣的曲率比較大,采用分段透照的檢測方式。在試樣的內壁三通側,沿著試件對接接頭長度方向貼上“0”、“1”、“2”、“3”和“4”鉛字標記,分隔成4個透照段,每個透照段長度約為90mm。雙絲像質計放置于三通側0~1透照段,如圖2(a)所示。透照方式為單壁單影,透照方向是從內壁向外壁照射,焦距大于管道直徑。如圖2(b)所示,A、B兩處為試樣上某透照段的兩個鉛字標記位置,C處為投射段的中點;擺放試樣時,應將C處對準X射線束的中心,并將此處接觸數(shù)字平板探測器表面;試樣ACB透照段各處與數(shù)字平板探測器的間距不相等,C處間距最小,越靠近A或B處,間距越大。X射線源距離數(shù)字平板探測器258mm,焦點直徑為1mm,X射線源的檢測管電壓設為105kV,管電流設為2.5mA,曝光時間為1s,疊加降噪次數(shù)為8次DR試驗的透照部分在具有射線防護措施的透照室內,控制部分在透照室外。每個透照段的檢測工序包括試樣放置、關閉透照室門、升電壓、信號采集、降電壓、打開透照室門等步驟,檢測時間為3min左右,4個透照段累計12min。1.4查裝置的選擇ECA設備采用加拿大OlympusNDT公司生產的OminScanMXECA檢測儀,包括MX主機、OMNI-M-ECA4-32渦流陣列模塊和MXE3.0軟件,渦流陣列檢測系統(tǒng)外觀如圖3所示。掃查裝置包括:ECA柔性探頭、編碼器、支架和適配楔塊。ECA柔性探頭的型號為FBB-051-500-032,有32個線圈,線圈工作模式為絕對橋式,中央頻率為500kHz,掃查覆蓋寬度為51mm。編碼器為微型編碼器,分辨力為12步/mm。ECA試驗在實驗室內進行,ECA的檢測頻率為500.5kHz,探頭驅動的峰值電壓為1.0V。掃查時,ECA柔性探頭橫跨對接接頭并與表面貼緊,掃查方向與焊縫長度方向一致。探頭平衡位置及起始位置位于上述DR的0~1透照段,靠近“0”鉛字標記、沒有SCC區(qū)域的中部;平衡后,將探頭沿著焊縫方向朝“4”標記進行掃查,掃查方向在檢測結束時有點傾斜,內、外壁的檢測時間均為2min。2試驗結果2.1scc的相關顯示PT檢測結果如圖4所示。PT外壁檢測時,在試樣外壁管帽側共發(fā)現(xiàn)2條SCC的相關顯示,如圖4(a)所示;PT內壁檢測時,在試樣內壁管帽側共發(fā)現(xiàn)56條SCC的相關顯示,如圖4(b)所示。2.2透照段sccDR檢測結果如圖5所示,在試樣的管帽側共發(fā)現(xiàn)47條SCC。其中,0~1透照段顯示5條SCC,如圖5(a)所示;1~2透照段顯示16條SCC,如圖5(b)所示;2~3透照段顯示14條SCC,如圖5(c)所示;3~4透照段顯示12條SCC,如圖5(d)所示。2.3eca外壁檢測結果ECA的檢測結果如圖6所示。圖6(a)為ECA外壁檢測結果,共有36條SCC的相關顯示;圖6(b)為ECA內壁檢測結果,共有56條SCC的相關顯示。3討論3.1cc由壁進入裂壁由圖4,6可知,外壁的檢出缺陷數(shù)量遠大于內壁;再加上圖5的檢測結果,可以推測SCC起源于內壁,然后逐步往外壁開裂。如果采用內壁檢測方式,檢測面是試樣內表面,這些SCC均為表面開口缺陷。如果采用外壁檢測方式,檢測面是試樣外表面,完全穿透管壁的2條SCC屬于表面開口缺陷,剩余的54條SCC均為近表面缺陷或埋藏性缺陷。3.2dr試驗scc的成像SCC屬于方向性很強的面積型缺陷,如果射線透照方向與缺陷平面的夾角過大,會造成透照厚度差減小。從圖5可以看出,在鉛字標記“1”、“2”和“3”附近,裂紋的清晰度差別很大。另外,由于數(shù)字平板探測器不能彎曲,試樣的曲率大且一次透照長度也大,導致透照段各處與數(shù)字平板探測器的間距不等,見圖2(b),間距越大,幾何不清晰度越大,SCC的成像越模糊DR試驗共檢出47條SCC(如圖5所示),有9條SCC漏檢。漏檢原因可能是射線透照方向與缺陷平面的夾角過大、幾何不清晰度大或裂紋深度小等。管道在進行DR實際外檢測時,通常采用雙壁單影透照方式,SCC的漏檢數(shù)量會更多。雖然DR檢測奧氏體不銹鋼管道的SCC時會漏檢一些缺陷,但對于起源于內壁,向外壁擴展的近表面SCC或埋藏性SCC,DR的檢出能力仍高于ECA和PT。3.3表面開口scc的測定由圖4(b),6(b)可知,采用內壁檢測方式時,PT檢出的表面開口SCC數(shù)量是56條,ECA檢出的表面開口SCC數(shù)量也是56條。因此,對于表面開口SCC的檢測能力,PT和ECA相近;但PT的相關顯示更清晰。3.4cpc在表面的檢測能力由圖4(a),6(a)可知,采用外壁檢測方式時,PT只能檢出2條表面開口SCC,無法檢出近表面缺陷3.5次透照長度由以上分析可知,PT的工序多,用時最長,這種檢測速度會影響到定期檢驗的進度?？紤]到管道的曲率大,DR的一次透照長度不能太長,4個透射段共用時12min;實際檢測中,DR前期準備工作(如現(xiàn)場輻射防護、訓機)的時間太長,通常至少需要幾個小時以上,因此DR的整體檢測速度很慢。ECA的檢測速度最快,360mm長的對接接頭只用了2min,且其對檢測表面質量要求不高,現(xiàn)場操作簡便。3.6eca檢測力和速度能PT和ECA都屬于表面檢測技術。通過以上分析可知,ECA的表面SCC檢測能力高于PT,因為其不僅能檢出表面開口SCC,還能檢出一定數(shù)量的近表面SCC。ECA檢測速度比PT快,能夠加快奧氏體不銹鋼壓力管道表面檢測的進度。另外,ECA沒有污染,操作簡便。因此,在滿足檢測條件的情況下,可選擇ECA替代PT。4dr的檢測能力比其他pt更強(