奥氏体不锈钢焊接裂纹的射线及渗透检测方法

来源:互联网 由 闫宇飞408 贡献 责任编辑:李志  
第35卷第4期2011年8月

无损探伤

N D T

Vol.35No.4

August.2011奥氏体不锈钢焊接

裂纹的射线及渗透检测方法

宋仕伟

(重庆华川油建装备制造(集团)有限公司,重庆 400042)

摘 要:阐述了在压力容器制造过程中,针对奥氏体不锈钢产生的焊接裂纹,运用射线检测和着色渗透检测两种方法进行检测,对其表示形式、产生部位、性质、大小、可能的产生原因进行分析,得出奥氏体不锈钢焊接裂纹在不同检测方法的表现特征。说明这两种检测方法的结合在奥氏体不锈钢焊接裂纹的检测工作中是一种非常有效的措施。

关键词:奥氏体不锈钢;裂纹;检测方法;措施

中图分类号:TG115.28 文献标志码:A 文章编号:1671 4423(2011)04 37 03

1 引言

我公司生产制造的脱硫装置,使用1Cr18Ni9Ti

作为主体材料焊接,在射线检测中发现一条缺陷,怀

凝是裂纹,采用较高灵敏度的射线检测,发现多条裂

纹。考虑到裂纹对H2S的敏感性及射线检测对表

面裂纹的检测灵敏度较差,为防止裂纹漏检增加了

渗透检测,结果发现了表面裂纹。笔者就一种奥氏

体不锈钢焊接裂纹,在射线检测和着色渗透检测中

的表现形式、产生部位、性质、大小及可能的产生原

因、注意事项,结合工程实践作简要介绍。

2 裂纹成像特征

射线成像特征是:短而粗,长不过5m m,宽在

1mm~2m m之间,边缘轮廓不清晰,所在位置不能

按一般缺陷的成因解释,时而各相距10m m左右成

排出现,时而单独存在,影像对比度不太大,形状较

规律,黑度中间大,过渡到边缘减小,如图1

所示。

图1 裂纹射线成像特征

着色渗透成像特征是:椭圆形点状,色泽鲜艳,互不相连,在焊缝或热影响区相同位置出现,有时单独出现有时群状出现,如图2

所示。

图2 裂纹渗透成像特征

3 缺陷定性及产生原因

3.1 缺陷定性

缺陷产生的部位:一是在热影响区靠熔合线附近,二是在焊缝金属中靠熔合线1m m~2mm的位置出现;形状如同硬磁材料的磁滞回线一样,较短小,从目前解剖分析的缺陷看,基本上在5mm长度以内,有一定的长宽比,缺陷两头有尖角且走向相反。从以上宏观观察和PM I的化学成分分析(表1),有热裂纹的特征和产生的条件,故定性为热裂纹。

3.2 缺陷产生原因

3.2.1 材料因素

焊接现场管理程序比较严格,又是独立现场, PMI验证也无差错,所以排除焊接材料用错情况;

表1 A SM E标准5.4和5.9的要求与PM I检测结果对比

部位标准要求与检测结果Cr Ni M n M O Cu

母材标准

PM I

18.0~21.0

18.53

9.0~11.0

9.19

0.5~2.5

1.39

<0.75

0.46

<0.75

0.84

焊缝标准(焊条)

PM I

19.5~22.0

17.37

9.0~11.0

8.05

1.0~

2.5

1.17

<0.75

0.85

<0.75

0.75

但母材铜含量超标确实存在,而同等铜含量的其他焊缝未见裂纹。

3.2.2 结构因素

焊口规格为1066mm 9.53mm,安装工艺为:先组对后固定焊好再施焊。在奥氏体不锈钢焊接时,由于组织应力作用而产生焊缝拉应力。

3.2.3 工艺因素

事后了解到:焊工在加班焊接时,没有执行焊接工艺,焊接层数不够,层间温度过高。

综上,由于工艺的主要因素、结构的次要因素和材料的辅助因素,从而导致了热裂纹的产生。

4 处理方法

4.1 检测方法

鉴于此奥氏体不锈钢焊接热裂纹在大口径管道焊接上出现的情况,大口径的同类焊缝全部作100%的射线检测和渗透检测;小口径焊口作各20%的射线检测和渗透检测抽查,若发现裂纹,加倍射线检测、渗透检测。

4.2 检测方案

由于此设备是脱硫装置,裂纹是危害性缺陷,考虑到裂纹对H2S的敏感性,故有必要采用较高灵敏度的检测技术进行检测。

4.2.1 射线检测

4.2.1.1 裂纹在射线检测方法中的分析

(1)裂纹的特点: 面积型缺陷,开口宽度很小;射线对于体积型缺陷具有很好的检出效果,而裂纹是面积型缺陷,同时裂纹是焊接缺陷中最危险的缺陷,因此裂纹检测一直以来都是射线检测技术研究的重点。 尺寸很小(细微缺陷)。

裂纹的表征参数:长度l,走向 ,裂纹离试件表面的距离(即深度h),裂纹平面对工件表面法线的倾角 ,裂纹自身高度d,裂纹开口宽度W(对自然裂纹,W是变化的)。其中后三个是射线检测的关键参数。

(2)裂纹检出率与像质计灵敏度关系:一般像质计灵敏度描述底片的质量,灵敏度越高像质越好,但对于裂纹的检测而言这个规律不一定适用。原因如下:

形状:像质计截面为圆形,裂纹的截面为三角形、菱形或窄槽型,而这些形状对成像的对比度有影响。

投影方向:像质计为圆形因此与投影方向无关;裂纹检测具有明显的方向性。

尺寸:裂纹的开口尺寸非常小,横向尺寸越小检测率越低。

(3)裂纹检出率的影响因素

a)透照角度 的影响

射线方向与裂纹方向一致时,底片上裂纹影像的对比度最大,检出率最高,应尽量保证主射线束与裂纹方向一致;

防止横向裂纹漏检,要求控制透照厚度比K 值;

防止纵向裂纹漏检问题:

平靶周向X射线机对环焊缝周向曝光时

双壁单影倾斜透照和双壁双影倾斜透照时

b)开口宽度和透照几何条件的影响

当裂纹开口宽度远小于焦点尺寸时,几何因素对对比度的影响增大;

d f、L1、L2共同决定W 值的大小,而W 与W的比值决定底片上裂纹影像是否有实影,当W >W,此时底片上裂纹影像没有实影,仅由半影组成,其对比度急剧下降,边界模糊。

c)截面形状的影响

到达胶片上任一点(P)的射线是通过裂纹截面部分所有路径射线的叠加。P点的黑度不是由裂纹高度d决定,而是由到达P点的所有射线所穿过的裂纹面积 S决定。

对于裂纹:当W'=W时,dm\

38无 损 探 伤 第35卷

dm\

4)透照厚度对裂纹检出率的影响

随着工件厚度的增加,各种对影像细节检出不利的因素在增大:

在照相对比度方面: 工件厚度越大,选用射线的能量越高; 散射比随工件厚度增加而增大。

在清晰度方面: 几何不清晰度与工件厚度成正比, 固有不清晰度随射线能量增大而增大。

在颗粒度方面: 射线能量增大后,颗粒度增大。

透照几何条件方面: 工件越厚,工件-胶片距离L2越大,而源-工件距离L1则受到限制不可能很大,这就使w 值增大,而w 值增大后,可检出的裂纹的宽度W也增大。

5)射线源及胶片种类的影响

X射线底片的对比度、清晰度、颗粒度均优于 射线底片;

连续谱既含有穿透力较强的主能量部分,又含有大量有利于提高对比度的软线质部分,所以照相灵敏度比线状谱高;

X射线管的能量可以通过管电压调节,可以按试件的厚度选用合适的管电压,从而获得高对比度和高灵敏度。而 射线的能量是由同位素的种类决定的,每一种放射性同位素放射出 射线的波长是特定的,其能量不可调节;

改善 射线成像质量的一个有效方法是使用梯噪比等级更高的胶片。

6)不同透照角度对裂纹检出的影响

照射角度在10 以下时,裂纹的识别情况变化不大;但照射角度超过15 时,随着照射角度的增大,裂纹不能识别的情况就增多,裂纹检出率显著降低。

4.2.1.2 射线检测工艺优化

a)单壁透照的灵敏度明显高于双壁透照,源在内中心透照周向曝光,透照厚度均一,横向裂纹检出角为0,底片黑度俱佳,缺陷检出率高。

b)随着射线能量的增加,射线的平均波长变短,线质变硬,在物质中的衰减变小,穿透能力增强。对比度 D降低,固有不清晰U i增大,底片颗粒也将增大,其效果是射线照相灵敏度下降。选择的射线能量过低,穿透力不够,到达胶片的透射线强度过小,造成底片黑度不足,灰雾增大,曝光时间过分延长;可以获得较高的对比度 D,不过较高的 D却意味着较低的透照厚度宽容度L。(很小的透照厚度差将产生很大的底片黑度差,使得底片黑度值超出允许范围:或是厚度大的部位底片黑度太小,或是厚度小的部分黑度太大。)

因此,在有透照厚度差的情况下,选择射线能量还必须考虑能够得到合适的透照厚度宽容度L。在底片黑度不变的前提下,提高射线能量可以缩短曝光时间,从而可以提高工作效率,但其代价是灵敏度降低。为保证透照质量,标准对透照不同厚度允许使用的最高管电压进行限制,并要求有适当的曝光量。

c)不同类别胶片有不同的颗粒度,颗粒度大,感光度高、梯度小、宽容度大;胶片颗粒度大,则底片颗粒度大、分辨率低、信噪比低。常用检测技术级别为AB级,选用T3类胶片,在此设备检测中应提高检测灵敏度选用高一级T2类胶片。

4.2.2 渗透检测

由于射线检测对表面裂纹检测的灵敏度低,因此增加渗透表面检测是十分必要的,通常采用常规的检测方案 c-d就行。但一定要用B型试块校验操作方法和工艺系统灵敏度来保证检测灵敏度。注意渗透探伤剂应控制氯、氟元素含量不得超过1%。

4.3 检测结果

大口径管道焊缝,发现有裂纹,小口径管焊道抽查未见裂纹。对有裂纹的大口径管道裂纹,若热影响区有裂纹,不管裂纹大小,一律割除;若热影响区无,只存在焊缝内,则打磨消除渗透检测确认,直至无裂纹为止,该装置开车后运行至今,奥氏体大口径管道焊缝无异常。

39

第4期 宋仕伟:奥氏体不锈钢焊接裂纹的射线及渗透检测方法

以下内容为系统自动转化的文字版,可能排版等有问题,仅供您参考:

第 35 卷第 4 期 2011 年 8 月

无 损 探 伤 N D T

Vol. 35No. 4 August . 2011

奥氏体不锈钢焊接 裂纹的射线及渗透检测方法

宋仕伟 ( 重庆华川油建装备制造( 集团) 有限公司, 重庆 摘 400042) 要: 阐述了在压力容器制造过程中, 针对奥氏体不锈钢产生的焊接裂纹, 运用射线检测和着色渗透

检测两种方法进行检测, 对其表示形式、 产生部位、 性质、 大小、 可能的产生原因进行分析, 得出奥氏体不锈钢 焊接裂纹在不同检测方法的表现特征。

说明这两种检测方法的结合在奥氏体不锈钢焊接裂纹的检测工作中 是一种非常有效的措施。

关键词: 奥氏体不锈钢; 裂纹; 检测方法; 措施 中图分类号: T G115. 28 文献标志码: A 文章编号: 1671 4423( 2011) 04 37 03 着色渗透成像特征是: 椭圆形点状, 色泽鲜艳, 互不相连, 在焊缝或热影响区相同位置出现, 有时单 独出现有时群状出现, 如图 2 所示。

1 引言

我公司生产制造的脱硫装置, 使用 1Cr18Ni9T i 作为主体材料焊接, 在射线检测中发现一条缺陷, 怀 凝是裂纹, 采用较高灵敏度的射线检测, 发现多条裂 纹。

考虑到裂纹对 H 2 S 的敏感性及射线检测对表 面裂纹的检测灵敏度较差, 为防止裂纹漏检增加了 渗透检测, 结果发现了表面裂纹。

笔者就一种奥氏 体不锈钢焊接裂纹, 在射线检测和着色渗透检测中 的表现形式、 产生部位、 性质、 大小及可能的产生原 因、 注意事项, 结合工程实践作简要介绍。

图2

裂纹渗透成像特征

2 裂纹成像特征

射线成像特 征是: 短而粗, 长不 过 5m m, 宽 在 1mm ~ 2m m 之间, 边缘轮廓不清晰, 所在位置不能 按一般缺陷的成因解释, 时而各相距 10m m 左右成 排出现, 时而单独存在, 影像对比度不太大, 形状较 规律, 黑度中间大, 过渡到边缘减小, 如图 1 所示。

3 缺陷定性及产生原因

3. 1 缺陷定性 缺陷产生的部位: 一是在热影响区靠熔合线附 近, 二是在焊缝金属中靠熔合线 1m m ~ 2mm 的位 置出现; 形状如同硬磁材料的 磁滞回线一样, 较短 小, 从目前解剖分析的缺陷看, 基本上在 5mm 长度 以内, 有一定的长宽比, 缺陷两头有尖 角且走向相 反。

从以上宏观 观察和 PM I 的 化学成分 分析( 表 1) , 有热裂纹的特征和产 生的条件, 故 定性为热裂 纹。

3. 2 缺陷产生原因 3. 2. 1 材料因素 焊接现场管理程序比 较严格, 又是独立 现场,

图 1 裂纹射线成像特征

P MI 验证也无差错, 所以排除焊接材料用错情况;

38

表1

部位 母材 标准要求与检测结果 标准 PM I 标准( 焊条) PM I

第 35 卷

A SM E 标准 5. 4 和 5. 9 的要求与 PM I 检测结果对比

Cr 18. 0~ 21. 0 18. 53 19. 5~ 22. 0 17. 37 Ni 9. 0~ 11. 0 9. 19 9. 0~ 11. 0 8. 05 Mn 0. 5~ 2. 5 1. 39 1. 0~ 2. 5 1. 17 MO < 0. 75 0. 46 < 0. 75 0. 85 Cu < 0. 75 0. 84 < 0. 75 0. 75

焊缝

但母材铜含量超标确实存在, 而同等铜含量的其他 焊缝未见裂纹。

3. 2. 2 结构因素 焊口规格为 1066mm 9. 53mm, 安装工艺为: 先组对后固定焊好 再施焊。

在 奥氏体不锈钢 焊接 时, 由于组织应力作用而产生焊缝拉应力。

3. 2. 3 工艺因素 事后了解到: 焊工在加班焊接时, 没有执行焊接 工艺, 焊接层数不够, 层间温度过高。

综上, 由于工艺的主要因素、 结构的次要因素和 材料的辅助因素, 从而导致了热裂纹的产生。

( 2) 裂纹检出率与像质计灵敏度关系: 一般像质 计灵敏度描述底片的质量, 灵敏度越高像质越好, 但 对于裂纹的检测而言这个规律不一定适用。

原因如 下: 形状: 像质计截 面为圆形, 裂 纹的截面 为三角 形、 菱形或窄槽型, 而这些形状对成像的对比度有影 响。

投影方向: 像质计为圆形因此与投影方向无关; 裂纹检测具有明显的方向性。

尺寸: 裂纹的开口尺寸非常小, 横向尺寸越小检 测率越低。

( 3) 裂纹检出率的影响因素 a) 透照角度 的影响 射线方向与裂纹方向一致时, 底片上裂纹影像 的对比度最大, 检出率最高, 应尽量保证主射线束与 裂纹方向一致; 防止横 向裂纹 漏检, 要求 控制透 照厚度 比 K 值; 防止纵向裂纹漏检问题: 平靶周向 X 射线机对环焊缝周向曝光时 双壁单影倾斜透照和双壁双影倾斜透照时 b) 开口宽度和透照几何条件的影响 当裂纹开口宽度远小于焦点尺寸时, 几何因素 对对比度的影响增大; d f 、 1 、 2 共同决定 W 值的大小, 而 W 与 W 的 L L 比值决定底片上裂纹影像是否有实影, 当 W > W , 此时底片上裂纹影像没有实影, 仅由半影组成, 其对 比度急剧下降, 边界模糊。

c) 截面形状的影响 到达胶片上任一点 ( P) 的射线是通过裂纹截 面部分所有路径射线的叠加。

点的黑度不是由裂 P 纹高度 d 决定, 而是由到达 P 点的所有射线所穿过 的裂纹面积 S 决定。

对于裂纹: 当 W ' = W 时, dm " = 0. 5d, 0 5, 即 = D 0 = 0. 5k ; 对于方形缺陷: 当 W '= W 时,

4 处理方法

4. 1 检测方法 鉴于此奥氏体不锈钢焊接热裂纹在大口径管道 焊接 上 出 现 的 情 况, 大 口 径 的 同 类 焊 缝 全 部 作 100% 的射 线检 测 和 渗 透检 测; 小口 径 焊 口 作 各 20% 的射线检测和渗透检测抽查, 若发现裂纹, 加倍 射线检测、 渗透检测。

4. 2 检测方案 由于此设备是脱硫装置, 裂纹是危害性缺陷, 考 虑到裂纹对 H 2 S 的敏感性, 故有必要采用较高灵敏 度的检测技术进行检测。

4. 2. 1 射线检测 4. 2. 1. 1 裂纹在射线检测方法中的分析 面积型缺陷, 开口宽度很小; ( 1) 裂纹的特点:

射线对于体积型缺陷具有很好的检出效果, 而裂纹 是面积型缺陷, 同时裂纹是焊接缺陷中最危险的缺 陷, 因此裂纹检测一直以来都是射线检测技术研究 的重点。

尺寸很小( 细微缺陷) 。

裂纹的表征参数: 长度 l , 走向 , 裂纹离试件表 面的距离( 即深度 h) , 裂纹平面对工件表面法线的 倾角 , 裂纹自身高度 d, 裂纹开口宽度 W ( 对自然裂 纹, W 是变化的) 。

其中后三个 是射线检测的 关键 参数。

第4期 dm " = d , = 1, 即

宋仕伟: 奥氏体不锈钢焊接裂纹的射线及渗透检测方法 D 0 = k ; 对于圆形缺陷: 当W ' D0

39

b) 随着射 线能 量的 增加, 射线 的平 均波 长变 短, 线质变硬, 在物质中的衰减变小, 穿透能力增强。

对比度 D 降低, 固有不清晰 U i 增大, 底片颗粒也 将增大, 其效果是射线照相灵敏度下降。

选择的射线 能量过低, 穿透力不够, 到达胶片的透射线强度过 小, 造成底片黑度不足, 灰雾增大, 曝光时间过分延 长; 可以获得较高的对比度 D , 不过较高的 D 却 意味着较低的透照厚度宽容度L 。

很小的透照厚度 ( 差将产生很大的底片黑度差, 使得底片黑度值超出 允许范围: 或是厚度大的部位底片黑度太小, 或是厚 度小的部分黑度太大。

) 因此, 在有透照厚度差的情况下, 选择射线能量 还必须考虑能够得到合适的透照厚度宽容度 L 。

在 底片黑度不变的前提下, 提高射线能量可以缩短曝 光时间, 从而可以提高工作效率, 但其代价是灵敏度 降低。

为保证透照质量, 标准对透照不同厚度允许 使用的最高管电压进行限制, 并要求有适当的曝光 量。

c) 不同类别胶片有不同的颗粒度, 颗粒度大, 感 光度高、 梯度小、 宽容度大; 胶片颗粒度大, 则底片颗 粒度大、 分辨率低、 信噪比低。

常用检测技术级别为 AB 级, 选用 T 3 类胶片, 在此设备检测中应提高检 测灵敏度选用高一级 T 2 类胶片。

4. 2. 2 渗透检测 由于射线检测对表面裂纹检测的灵敏度低, 因 此增加渗透表面检测是十分必要的, 通常采用常规 的检测方案 c- d 就行。

但一定要用 B 型试块校 验操作方法和工艺系统灵敏度来保证检测灵敏度。

注意渗透探 伤剂 应控制 氯、 氟元素 含量 不得 超过 1% 。

4. 3 检测结果 大口径管道焊缝, 发现有裂纹, 小口径管焊道抽 查未见裂纹。

对有裂纹的大口径管道裂纹, 若热影 响区有裂纹, 不管裂纹大小, 一律割除; 若热影响区 无, 只存在焊缝内, 则打磨消除渗透检测确认, 直至 无裂纹为止, 该装置开车后运行至今, 奥氏体大口径 管道焊缝无异常。

= d 时, dm " = 0. 785d, = / 4 = 0. 785, 即 = 0. 785k 其中: K = 0. 434Gd / ( 1 + n) 。

4) 透照厚度对裂纹检出率的影响

随着工件厚度的增加, 各种对影像细节检出不 利的因素在增大: 在照相对比度方面: 线的能量越高; 工件厚度越大, 选用射 散射比随工件厚度增加而增大。

在清晰度方面: 几何不清晰度与工件厚度成 正比, 固有不清晰度随射线能量增大而增大。

在颗粒度方面: 大。

透照几何条件方面: 工件越厚, 工件 - 胶片 距离 L 2 越大, 而源 - 工件距离 L 1 则受到限制不可 能很大, 这就使 w 值增大, 而 w 值增大后, 可检出 的裂纹的宽度 W 也增大。

5) 射线源及胶片种类的影响 X 射线底片的对比度、 清晰度、 颗粒度均优于 射线底片; 连续谱既含有穿透力较强的主能量部分, 又含 有大量有利于提高对比度的软线质部分, 所以照相 灵敏度比线状谱高; X 射线管的能量可以通过管电压调节, 可以按 试件的厚度选用合适的管电压, 从而获得高对比度 和高灵敏度。

而 射线的能量是由同位素的种类决 射线的波长是 定的, 每一种放射性同位素放射出 射线能量增大后, 颗 粒度增

特定的, 其能量不可调节; 改善 射线成像质量的一个有效方法是使用梯 噪比等级更高的胶片。

6) 不同透照角度对裂纹检出的影响 照射角度在 10 以 下时, 裂 纹的识别情况 变化 不大; 但 照射角度 超过 15 时, 随 着照射 角度的 增 大, 裂纹不能识别的情况就增多, 裂纹检出率显著降 低。

4. 2. 1. 2 射线检测工艺优化

a) 单壁透照的灵敏度明显高于双壁透照, 源在 内中心透照周向曝光, 透照厚度均一, 横向裂纹检出 角为 0, 底片黑度俱佳, 缺陷检出率高。


  • 与《奥氏体不锈钢焊接裂纹的射线及渗透检测方法》相关:
  • 奥氏体不锈钢焊接裂纹原因分析
  • 奥氏体不锈钢焊接接头的热裂纹
  • 低碳钢与奥氏体不锈钢焊接裂纹的预防措施
  • 高Ni-Cr奥氏体不锈钢焊接裂纹渗透检测方法
  • 347H奥氏体不锈钢的焊接热裂纹和再热裂纹
  • 奥氏体不锈钢复合板焊接裂纹分析及对策
  • 奥氏体不锈钢管道焊接热裂纹缺陷模拟方法
  • 奥氏体不锈钢压力容器焊接裂纹的产生原因及其预防
  • 奥氏体不锈钢压力容器焊接裂纹的产生原因及其预防[1
  • 焊接单相奥氏体不锈钢时如何防止产生热裂纹
  • 本站网站首页首页教育资格全部考试考试首页首页考试首页职业资格考试最近更新儿童教育综合综合文库22文库2建筑专业资料考试首页范文大全公务员考试首页英语首页首页教案模拟考考试pclist学路首页日记语文古诗赏析教育教育资讯1高考资讯教育头条幼教育儿知识库教育职场育儿留学教育高考公务员考研考试教育资讯1问答教育索引资讯综合学习网站地图学习考试学习方法首页14托福知道备考心经冲刺宝典机经真题名师点睛托福课程雅思GREGMATSAT留学首页首页作文
    免责声明 - 关于我们 - 联系我们 - 广告联系 - 友情链接 - 帮助中心 - 频道导航
    Copyright © 2017 www.xue63.com All Rights Reserved