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不銹鋼承壓設(shè)備的應(yīng)力腐蝕開裂通常發(fā)生在材料與腐蝕介質(zhì)接觸的表面，這種開裂往往沒有明顯的變形征兆，危害性極大，嚴(yán)重威脅到設(shè)備的安全運(yùn)行。GB/T 30579-2014標(biāo)準(zhǔn)中對這類開裂給出了相應(yīng)的檢測和監(jiān)測方法：

1.對材料表面進(jìn)行目視檢測和對可疑部位進(jìn)行滲透檢測；

2.對管道、熱交換器管束和設(shè)備表面進(jìn)行渦流檢測。

陣列渦流檢測技術(shù)采用電子方式驅(qū)動同一個探頭中的多個相鄰檢測線圈，并借助渦流儀器強(qiáng)大的分析、計算及處理功能，實(shí)現(xiàn)對材料的快速有效檢測。GB/T 34362-2017標(biāo)準(zhǔn)指出了陣列渦流技術(shù)可以用于檢測材料表面的裂紋，相比于傳統(tǒng)的滲透檢測，陣列渦流檢測具有單次掃查覆蓋面積大、檢測效率高、對不同方向的缺陷具有相同的靈敏度、無需打磨處理、柔性探頭耦合性好、數(shù)據(jù)可實(shí)時保存、可測量裂紋深度等優(yōu)點(diǎn)。
對于承壓設(shè)備應(yīng)力腐蝕裂紋的在線檢測，相控陣超聲全聚焦成像(TFM)技術(shù)是一種有效的方法，其對微小裂紋具有較高的分辨力，能基本還原缺陷的形貌，有利于缺陷的定性，能極大地提高測量精度。
基于此，寧波市勞動安全技術(shù)服務(wù)有限公司和寧波市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院的檢測人員以一家化工企業(yè)的材料為S31603的立式反應(yīng)釜為研究對象，對其內(nèi)表面采用陣列渦流技術(shù)，外表面采用基于TFM的相控陣超聲技術(shù)進(jìn)行檢測，并與滲透檢測結(jié)果進(jìn)行比對，希望能為奧氏體不銹鋼承壓設(shè)備的氯化物應(yīng)力腐蝕開裂檢測提供了一種新思路。

01 檢測對象

立式反應(yīng)釜的設(shè)計壓力為0.6MPa，設(shè)計溫度為85℃，工作壓力為0.32MPa，工作溫度為85℃，工作介質(zhì)為鹽酸和氧氣，容積為24.7m3，內(nèi)徑為2800mm，筒體設(shè)計壁厚為10mm，封頭設(shè)計厚度為14mm。
該容器在2017年12月首次定期檢驗(yàn)時，經(jīng)射線和相控陣超聲檢測發(fā)現(xiàn)其下封頭與筒體的環(huán)焊縫上有1處條形缺陷，長10mm，高1.0mm，根據(jù)《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》第8.5.10款規(guī)定，其安全狀況等級定為3級，該企業(yè)未進(jìn)行返修，并計劃于2020年12月進(jìn)行開罐檢驗(yàn)。
該不銹鋼立式反應(yīng)釜的損傷模式為氯化物應(yīng)力腐蝕開裂。主要原因是介質(zhì)存在氯化物并含有溶解氧，且焊縫存在一定的焊接殘余應(yīng)力。
02 檢測設(shè)備

陣列渦流檢測采用OmniScan MX型設(shè)備，如圖1所示，其最多支持64個線圈檢測，頻率為20Hz~6MHz，可實(shí)現(xiàn)多頻掃查。檢測探頭為一種基于柔性印制電路板技術(shù)的正交陣列渦流探頭，可將其貼在焊縫和熱影響區(qū)上進(jìn)行檢測。采用特制的MagnaFORM型掃查器，采用手動或半自動模式，通過單次掃查實(shí)現(xiàn)對包含熱影響區(qū)域在內(nèi)的整個焊縫表面的覆蓋檢測，從而提高了檢測效率。

圖1 陣列渦流檢測系統(tǒng)

全聚焦相控陣檢測采用的設(shè)備為GEKKO型便攜式相控陣探傷儀，如圖2所示，其有128個通道，具有高分辨率成像功能和強(qiáng)大的矩陣數(shù)據(jù)處理能力。試驗(yàn)采用64晶片，頻率為10 MHz的線陣探頭。

圖2 GEKKO型便攜式相控陣探傷儀外觀

03 檢測工藝

陣列渦流檢測
檢測前需進(jìn)行探頭校準(zhǔn)，主要包括靈敏度補(bǔ)償和缺陷定量校準(zhǔn)。靈敏度補(bǔ)償?shù)闹饕僮鬟^程為：首先在標(biāo)準(zhǔn)試塊上平衡探頭；然后掃查整個標(biāo)準(zhǔn)試塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，選定缺陷后進(jìn)行自動補(bǔ)償操作。缺陷定量校準(zhǔn)過程為：首先對標(biāo)準(zhǔn)試板進(jìn)行掃查；然后對深度分別為0.5，1，2，3，4mm的缺陷進(jìn)行標(biāo)定。陣列渦流檢測頻率為300kHz，探頭的驅(qū)動電壓為1.0V，增益為35dB，掃查速度為295mm/s，一次掃查寬度為70mm。在該參數(shù)下對立式反應(yīng)釜的下封頭環(huán)焊縫與熱影響區(qū)可疑部位進(jìn)行C掃描成像。
全聚焦相控陣檢測
全聚焦相控陣檢測只需設(shè)置全聚焦范圍、分辨率和波型模式，試驗(yàn)設(shè)置模型為平板模型，主要參數(shù)設(shè)置如下：全聚焦區(qū)域?qū)挾葹?0mm，高度為16mm；分辨率為8.5采樣點(diǎn)/mm；波型模式為LL(縱波-縱波)。

04 檢測結(jié)果

陣列渦流檢測

圖3 焊縫的陣列渦流C掃描成像結(jié)果

由圖3可以看出，陣列渦流技術(shù)對于焊縫和熱影響區(qū)應(yīng)力腐蝕裂紋具有較高的檢出率。很多應(yīng)力腐蝕裂紋橫跨焊縫與熱影響區(qū)，陣列渦流檢測只能顯示裂紋的所在位置、大小和深度，無法呈現(xiàn)出應(yīng)力腐蝕裂紋的擴(kuò)展形貌，這是因?yàn)殛嚵袦u流檢測的分辨力和檢測線圈的直徑有關(guān)，無法達(dá)到滲透檢測的微米級精度，很難表現(xiàn)局部細(xì)節(jié)。后期還可以利用軟件進(jìn)行設(shè)置，進(jìn)一步增大缺陷的顯示對比度，通過缺陷顯示顏色、幅值和相位進(jìn)行應(yīng)力腐蝕裂紋的深度評價。

表1 焊縫的陣列渦流檢測結(jié)果

全聚焦相控陣檢測全聚焦相控陣檢測

全聚焦相控陣檢測

圖4 焊縫全聚焦相控陣檢測成像結(jié)果

由圖4可以看出，采用全聚焦相控陣法從立式反應(yīng)釜外側(cè)檢測應(yīng)力腐蝕裂紋具有較高的檢出率和分辨率，因?yàn)槿劢瓜嗫仃嚥捎脝蝹€晶片產(chǎn)生入射波，多晶片采集不同角度信號，所以傾斜的底波信號清晰可見，能較真實(shí)地反映出裂紋的形貌和特征，可發(fā)現(xiàn)裂紋間相關(guān)聯(lián)的信號，受缺陷取向影響較小，對于裂紋的定位定量具有較高的準(zhǔn)確性。同時可以注意到，全聚焦相控陣具有較小的表面盲區(qū)，僅為0.5mm左右，有利于近表面缺陷的檢測。

表2 焊縫全聚焦相控陣檢測裂紋參數(shù)
 

滲透檢測結(jié)果
采用溶劑去除型滲透檢測法對焊縫進(jìn)行檢測，滲透時間為10min，顯像時間為10min。

圖5 焊縫的滲透檢測結(jié)果
 

由圖5可知，缺陷2為裂紋，橫跨焊縫與熱影響區(qū)，起源于熱影響區(qū)，有明顯的應(yīng)力腐蝕開裂特征，呈樹枝狀分叉形貌。由此可見，滲透檢測在一定程度上可以對缺陷進(jìn)行定性分析，其檢測結(jié)果與陣列渦流檢測和全聚焦相控陣檢測結(jié)果具有較高的吻合性。

結(jié)語

采用陣列渦流技術(shù)從承壓設(shè)備內(nèi)表面對應(yīng)力腐蝕裂紋進(jìn)行檢測，可檢出近表面埋藏較淺的缺陷，且可以進(jìn)行數(shù)據(jù)保存和分析。

采用全聚焦相控陣技術(shù)從承壓設(shè)備外表面檢測應(yīng)力腐蝕裂紋，具有較高的檢出率和分辨力，對應(yīng)力腐蝕微小裂紋的定量和定性都具有較高的準(zhǔn)確性。

作者：胡健1，張子健1，沈建民2，柴軍輝1,2，許波2，吳家喜1，張小龍1
工作單位：1.寧波市勞動安全技術(shù)服務(wù)有限公司
2.寧波市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院
第一作者：胡健，工程師，主要從事承壓類特種設(shè)備無損檢測研究工作。
通信作者：張子健，碩士，工程師，主要從事無損檢測新技術(shù)研究與應(yīng)用工作。
來源：《無損檢測》2021年5期