2000 m3液化氣球罐的TOFD檢測

姜秀海 朱紅軍

（新疆維吾爾自治區(qū)特種設(shè)備檢驗研究院）（新疆天維無損檢測有限公司)

0 概述

2013年4月至2014年4月,新疆油建委托新疆維吾爾自治區(qū)特種設(shè)備檢驗研究院對哈薩克斯坦讓納若爾油田第三油氣處理廠Ⅱ、Ⅲ期產(chǎn)品儲運區(qū)工程現(xiàn)場安裝的15臺2000 m3液化氣球罐進(jìn)行組焊監(jiān)督檢驗,新疆天維無損檢測有限公司對組焊焊縫進(jìn)行檢測。

由于項目工期緊張、現(xiàn)場施工隊伍多、當(dāng)?shù)貦z測隊伍技術(shù)水平差等原因，本次技術(shù)服務(wù)采用衍射時差法 （TOFD）與超聲波探傷 （UT）組合方式，即手動可記錄的脈沖反射法100%TOFD與100%UT組合方式，對現(xiàn)場組焊球罐的對接焊接接頭進(jìn)行焊縫質(zhì)量檢測，以取代設(shè)計圖紙中要求的 （規(guī)定的）100%RT+100%UT檢測[1]。根據(jù)該球罐的技術(shù)參數(shù)、結(jié)構(gòu)及焊縫坡口[2]，新疆特檢院與天維公司編制了本檢測技術(shù)方案。

1 球罐技術(shù)參數(shù)及結(jié)構(gòu)

球罐技術(shù)參數(shù)、結(jié)構(gòu)及焊縫坡口尺寸如表1、圖1、圖2所示。

表1 球罐技術(shù)參數(shù)

圖1 焊接坡口

圖2 球罐結(jié)構(gòu)

2 檢測設(shè)備

超聲波設(shè)備：漢威HS616e；探頭：單晶直探頭、斜探頭； 試塊：CSK-ⅠA、CSK-ⅢA系列試塊。

TOFD檢測設(shè)備：漢威HS810；掃查裝置：探頭夾持機構(gòu)和驅(qū)動機構(gòu)，帶位置傳感器；試塊：TOFD專用對比試塊；探頭：5M?6探頭；楔塊：55°楔塊、 63°楔塊。

3 檢測內(nèi)容

3.1 總體原則

本技術(shù)方案采用手動UT與TOFD技術(shù)相結(jié)合的方式進(jìn)行檢測。對TOFD技術(shù)所發(fā)現(xiàn)的缺陷，須采用手動 UT（必要時輔助采用相控陣技術(shù)）進(jìn)行復(fù)驗，以對比評價結(jié)果。

3.2 資料審查

在進(jìn)行評價前一般應(yīng)審查有關(guān)的設(shè)計圖樣和制造加工記錄等技術(shù)文件，這些文件應(yīng)包括設(shè)計規(guī)范、主體材料、設(shè)計壓力、設(shè)計溫度、設(shè)計壁厚、焊縫系數(shù)以及被檢工件的名稱、編號、規(guī)格、材質(zhì)、坡口型式、焊接方法和熱處理狀況等內(nèi)容，還包括繪制的焊縫排版圖。

3.3 質(zhì)量檢測前的準(zhǔn)備

3.3.1 確定質(zhì)量檢測區(qū)域?qū)挾?/p>

對于TOFD技術(shù)檢測，其質(zhì)量檢測區(qū)域為:（1）檢測區(qū)域?qū)挾葢?yīng)是焊縫本身，再加上焊縫熔合線兩側(cè)各25 mm的范圍。 （2）若焊縫實際熱影響區(qū)是經(jīng)過測量、有記錄的，并且超聲探頭的位置可按預(yù)先標(biāo)記得到控制，則質(zhì)量安全技術(shù)評價區(qū)域?qū)挾瓤梢詼p小到包括實際熱影響區(qū)加上兩側(cè)各6 mm的范圍。

對于手動UT斜探頭檢測，質(zhì)量安全技術(shù)評價區(qū)的寬度應(yīng)是焊縫本身，再加上焊縫兩側(cè)各相當(dāng)于母材厚度 30%的一段區(qū)域，這個區(qū)域最小為5 mm，最大為 10 mm。若采用直射法，探頭移動區(qū)應(yīng)不小于0.75P，P=2KT（P——跨距，mm；T——母材厚度，mm；K——探頭K值）。

3.3.2 質(zhì)量檢測區(qū)域的表面處理

由于TOFD技術(shù)的特殊性，需對焊縫兩側(cè)表面進(jìn)行打磨處理，要求檢測面的表面平整度盡量好，確保TOFD探頭表面與工件耦合良好，采集到準(zhǔn)確有效數(shù)據(jù)。

（1）一般情況下焊縫余高不需磨平，但對于T字形焊縫應(yīng)將其中的縱焊縫200 mm長范圍內(nèi)磨平。 設(shè)計上要求去除余高的焊縫，應(yīng)將余高打磨到與鄰近母材平齊。對于需要保留余高的焊縫，如果焊縫表面有咬邊、較大的隆起和凹陷等缺陷，也應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)男弈ゲ⒆鲌A滑過渡，以免影響檢測結(jié)果的評定。

（2） 要求焊縫熔合線兩側(cè)表面平整，無飛濺、 凹坑等缺陷， 一般粗糙度 Ra≤6.3 μm （與JB/T 4730.3中的規(guī)定一致）。

（3）打磨寬度與工件厚度有關(guān) （與 JB/T 4730.3中規(guī)定的手動超聲探頭移動區(qū)寬度一致）：工件厚度T≤46 mm時，每側(cè)打磨寬度為150 mm；工件厚度46 mm＜T≤120 mm時，每側(cè)打磨寬度為200 mm。

（4）表面處理的一般做法是先使用砂輪片進(jìn)行打磨，再使用鋼絲刷進(jìn)行去毛刺處理，或者直接用拋光片打磨。

3.3.3 其它要求

在探頭移動區(qū)周圍空間沒有阻擋探頭移動的障礙物，離掃查面應(yīng)保證有300 mm的空間以便實施質(zhì)量安全技術(shù)評價操作。 評價現(xiàn)場需要一定量的自來水 （每檢測 1 m約需水 3 L），同時需要 220 V電源。 評價實施時，附近不應(yīng)有電、磁、聲等強干擾信號源。

3.4 工況條件確認(rèn)

現(xiàn)場確認(rèn)工件評價部位的壁厚、形態(tài)、位置和質(zhì)量安全技術(shù)評價區(qū)域的狀況。

3.5 TOFD檢測

依據(jù)新疆天維無損檢測有限公司的程序文件《承壓設(shè)備衍射時差法超聲檢測》進(jìn)行TOFD技術(shù)評價[3]，必要時還可采用相控陣超聲成像技術(shù)進(jìn)行檢測。

由于評價件厚度T=46 mm，故采用非平行掃查方式進(jìn)行初始掃查，探頭對稱布置于焊縫中心線兩側(cè)并沿焊縫長度方向運動。根據(jù)程序文件 《承壓設(shè)備衍射時差法超聲檢測》分別進(jìn)行以下幾種檢測：

（1）對于評價件厚度T=46 mm，采用 5M?6探頭、63°楔塊進(jìn)行單通道掃查。

（2）對于非平行掃查發(fā)現(xiàn)的接近最大允許尺寸的缺陷或需要了解缺陷更多信息時，對缺陷部位改變探頭設(shè)置進(jìn)行非平行掃查、偏置非平行掃查、平行掃查或進(jìn)行脈沖反射法超聲質(zhì)量安全技術(shù)評價。

（3）若焊縫較寬，應(yīng)在焊縫兩側(cè)各增加一次偏置非平行掃查。

（4）若焊縫中可能存在橫向缺陷， 應(yīng)采取措施使超聲波聲束與焊縫橫截面形成一定的傾角進(jìn)行檢測 （或在手工 UT中增加平行或斜平行方式掃查）。

（5）掃查時應(yīng)確保探頭的運動軌跡與擬掃查路徑間的誤差不超過探頭中心間距的10%。

（6）若需對焊縫在長度方向進(jìn)行分段掃查，則各段掃查區(qū)的重疊范圍至少為 20 mm。對于環(huán)焊縫，掃查停止位置應(yīng)越過起始位置至少 20 mm。掃查過程中應(yīng)密切注意波幅狀況。

（7）若發(fā)現(xiàn)直通波、底面反射波、材料晶粒噪聲，或波型轉(zhuǎn)換波的波幅降低 12 dB以上，或懷疑耦合不好，應(yīng)重新掃查該段區(qū)域。

（8）若發(fā)現(xiàn)直通波滿屏或晶粒噪聲波幅超過滿屏高20%，則應(yīng)降低增益并重新掃查。 對于底面發(fā)現(xiàn)的表面可疑部位及其掃查面應(yīng)按照 JB/T 4730.4～4730.6標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行磁粉、 滲透技術(shù)評價。

（9）若發(fā)現(xiàn)焊縫底面形狀不規(guī)則或成形不好等情況，建議對底面按 JB/T 4730.4～4730.6標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行磁粉、滲透檢測。

3.6 手動UT技術(shù)

3.6.1 檢測依據(jù)

依據(jù)新疆天維無損檢測有限公司的程序文件《對接焊縫UT指導(dǎo)書》進(jìn)行手動斜探頭 UT技術(shù)評價，應(yīng)注意高強鋼橫向裂紋的質(zhì)量安全技術(shù)評價，并記錄下可疑缺陷部位。

3.6.2 檢測實施

依據(jù)新疆天維無損檢測有限公司程序文件 《對接焊縫UT指導(dǎo)書》和JB/T 4730.3—2005《承壓設(shè)備無損檢測 （第3部分：超聲波檢測）》[4]，采用直接接觸法進(jìn)行檢測。由于工件的厚度T=46 mm，因此采用K=2的斜探頭進(jìn)行單面雙側(cè)檢測。

3.7 可疑缺陷部位、再次檢測和返修后復(fù)查

對于可疑缺陷部位、再次檢測和返修后復(fù)查，可根據(jù)本文第3.5、3.6節(jié)的質(zhì)量安全技術(shù)評價結(jié)果進(jìn)行綜合分析，先確定可疑部位，然后按下述方法進(jìn)行再次質(zhì)量安全技術(shù)評價[5]：

（1）采用手動 UT進(jìn)行再次質(zhì)量安全技術(shù)評價，必要時輔助采用相控陣超聲成像方式，以判斷其形態(tài)、位置和尺寸。依據(jù)程序文件 《承壓設(shè)備衍射時差法超聲檢測》進(jìn)行缺陷評定和驗收。

（2）采用 RT質(zhì)量安全技術(shù)評價進(jìn)行再次評價。 若發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷，由施工單位進(jìn)行缺陷處理（返修），在施工單位自檢合格的基礎(chǔ)上采用與初查一致的評價方法進(jìn)行復(fù)查。

3.8 檢測程序

檢測程序如下：

TOFD質(zhì)量安全技術(shù)評價工作委托→施工方提供焊接工藝、設(shè)備基本信息、施工單位自檢情況→準(zhǔn)備條件具備→現(xiàn)場實施 TOFD質(zhì)量安全技術(shù)評價→數(shù)據(jù)分析， 確定可疑部位→可疑部位再次質(zhì)量安全技術(shù)評價→出具缺陷處理通知單→返修后（施工單位自檢合格后）復(fù)查→出具初步結(jié)論通知單→出具質(zhì)量安全技術(shù)評價報告。

4 結(jié)論

按以上檢驗方案對其中一臺球罐完成TOFD檢測，發(fā)現(xiàn)較多圓形、條形缺陷，經(jīng)手工超聲驗證，其結(jié)果與TOFD檢測出的缺陷位置基本吻合。對發(fā)現(xiàn)的缺陷進(jìn)行返修及檢測，結(jié)果缺陷完全消除。由此確定100%TOFD+100%UT組合方式可替代100%射線檢測。

[1]TSG R0004-2009.固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[S].

[2]GB 12337-2010.鋼制球形儲罐 [S].

[3]衍射時差法 （TOFD）超聲檢測技術(shù) [S].

[4]JB/T 4730.3-2005.承壓設(shè)備無損檢測 （第3部分：超聲波檢測） [S].

[5]NB/T 47013.10—2010.承壓設(shè)備無損檢測（第10部分：衍射時差法超聲檢測） [S].