奥氏体不锈钢压力管道应力腐蚀开裂检测技术对比研究

奥氏体不锈钢压力管道应力腐蚀开裂检测技术对比研究

应腐蚀损失（scc）是一种常见的缺陷，用于连接到埋式钢压力管道。奥氏体不锈钢对接接头的检测技术还有待发展,由于奥氏体不锈钢是非铁磁性材料,无法使用磁粉检测技术笔者以带有SCC的三通-管帽对接接头试件为检测对象,采用溶剂去除型着色渗透检测技术(PT)、X射线数字成像检测技术(DR)和涡流阵列检测技术(ECA)进行检测,并对试验结果进行比较。结果表明:应力腐蚀开裂的面积型缺陷属性和数字平板探测器不能弯曲的特性,都会影响X射线数字成像检测技术对管道应力腐蚀开裂的检测能力,但其对近表面应力腐蚀开裂或埋藏性应力腐蚀开裂的检测能力仍高于涡流阵列检测技术和渗透检测技术;涡流阵列检测技术对表面开口应力腐蚀开裂的检测能力与渗透检测技术相近,对近表面应力腐蚀开裂的检测能力远优于渗透检测技术,检测速度也远大于渗透检测技术,故可在满足检测条件的情况下用涡流阵列检测技术替代渗透检测技术。1测试方法1.1力腐蚀开裂某石化公司的制氢装置空冷器入口中变气不锈钢管线上某三通与管帽对接接头的管帽侧热影响区内,存在多条垂直于焊缝分布的应力腐蚀开裂。三通的主管直径为200mm,壁厚为8mm,支管直径为150mm,壁厚为8mm;三通的主管与管帽连接,管帽的直径为200mm,壁厚为8mm,材料均为奥氏体不锈钢0Cr18Ni9文中所用的三通-管帽试样是含有SCC管段的一部分,该试样对接接头的焊接方法是手工电弧焊,焊缝宽度最大值为14mm,错边最大值为2mm,余高最大值为3.5mm。1.2pt探伤材料试验采用溶剂去除型着色渗透检测剂系统,包括清洗剂、渗透剂和显像剂,其制造商为中日合资美柯达探伤器材有限公司,型号均为DPT-5。PT是在通风设施良好的实验室内进行的,检测环境温度为20℃。检测部位为三通-管帽对接接头的内、外表面。PT工序包括预清洗、渗透、溶剂去除、非水基湿法显像、检验、后清洗。试样内、外壁检测时间均为28min1.3dr试验结果DR系统包括X射线源、数字平板探测器和数据采集与处理系统,其外观如图1所示。X射线源的制造商是瑞士的COMET工业X射线公司,型号为MXR-225/21,额定电压为225kV。X射线数字成像系统是以色列VIDISCO公司的产品,型号为V-RX。数字平板探测器的规格为RayzorXPro,成像面积为222mm×222mm,动态范围为14bit(16384灰度等级),解析度为3.5lp·mm由于三通-管帽试样的曲率比较大,采用分段透照的检测方式。在试样的内壁三通侧,沿着试件对接接头长度方向贴上“0”、“1”、“2”、“3”和“4”铅字标记,分隔成4个透照段,每个透照段长度约为90mm。双丝像质计放置于三通侧0~1透照段,如图2(a)所示。透照方式为单壁单影,透照方向是从内壁向外壁照射,焦距大于管道直径。如图2(b)所示,A、B两处为试样上某透照段的两个铅字标记位置,C处为投射段的中点;摆放试样时,应将C处对准X射线束的中心,并将此处接触数字平板探测器表面;试样ACB透照段各处与数字平板探测器的间距不相等,C处间距最小,越靠近A或B处,间距越大。X射线源距离数字平板探测器258mm,焦点直径为1mm,X射线源的检测管电压设为105kV,管电流设为2.5mA,曝光时间为1s,叠加降噪次数为8次DR试验的透照部分在具有射线防护措施的透照室内,控制部分在透照室外。每个透照段的检测工序包括试样放置、关闭透照室门、升电压、信号采集、降电压、打开透照室门等步骤,检测时间为3min左右,4个透照段累计12min。1.4查装置的选择ECA设备采用加拿大OlympusNDT公司生产的OminScanMXECA检测仪,包括MX主机、OMNI-M-ECA4-32涡流阵列模块和MXE3.0软件,涡流阵列检测系统外观如图3所示。扫查装置包括:ECA柔性探头、编码器、支架和适配楔块。ECA柔性探头的型号为FBB-051-500-032,有32个线圈,线圈工作模式为绝对桥式,中央频率为500kHz,扫查覆盖宽度为51mm。编码器为微型编码器,分辨力为12步/mm。ECA试验在实验室内进行,ECA的检测频率为500.5kHz,探头驱动的峰值电压为1.0V。扫查时,ECA柔性探头横跨对接接头并与表面贴紧,扫查方向与焊缝长度方向一致。探头平衡位置及起始位置位于上述DR的0~1透照段,靠近“0”铅字标记、没有SCC区域的中部;平衡后,将探头沿着焊缝方向朝“4”标记进行扫查,扫查方向在检测结束时有点倾斜,内、外壁的检测时间均为2min。2试验结果2.1scc的相关显示PT检测结果如图4所示。PT外壁检测时,在试样外壁管帽侧共发现2条SCC的相关显示,如图4(a)所示;PT内壁检测时,在试样内壁管帽侧共发现56条SCC的相关显示,如图4(b)所示。2.2透照段sccDR检测结果如图5所示,在试样的管帽侧共发现47条SCC。其中,0~1透照段显示5条SCC,如图5(a)所示;1~2透照段显示16条SCC,如图5(b)所示;2~3透照段显示14条SCC,如图5(c)所示;3~4透照段显示12条SCC,如图5(d)所示。2.3eca外壁检测结果ECA的检测结果如图6所示。图6(a)为ECA外壁检测结果,共有36条SCC的相关显示;图6(b)为ECA内壁检测结果,共有56条SCC的相关显示。3讨论3.1cc由壁进入裂壁由图4,6可知,外壁的检出缺陷数量远大于内壁;再加上图5的检测结果,可以推测SCC起源于内壁,然后逐步往外壁开裂。如果采用内壁检测方式,检测面是试样内表面,这些SCC均为表面开口缺陷。如果采用外壁检测方式,检测面是试样外表面,完全穿透管壁的2条SCC属于表面开口缺陷,剩余的54条SCC均为近表面缺陷或埋藏性缺陷。3.2dr试验scc的成像SCC属于方向性很强的面积型缺陷,如果射线透照方向与缺陷平面的夹角过大,会造成透照厚度差减小。从图5可以看出,在铅字标记“1”、“2”和“3”附近,裂纹的清晰度差别很大。另外,由于数字平板探测器不能弯曲,试样的曲率大且一次透照长度也大,导致透照段各处与数字平板探测器的间距不等,见图2(b),间距越大,几何不清晰度越大,SCC的成像越模糊DR试验共检出47条SCC(如图5所示),有9条SCC漏检。漏检原因可能是射线透照方向与缺陷平面的夹角过大、几何不清晰度大或裂纹深度小等。管道在进行DR实际外检测时,通常采用双壁单影透照方式,SCC的漏检数量会更多。虽然DR检测奥氏体不锈钢管道的SCC时会漏检一些缺陷,但对于起源于内壁,向外壁扩展的近表面SCC或埋藏性SCC,DR的检出能力仍高于ECA和PT。3.3表面开口scc的测定由图4(b),6(b)可知,采用内壁检测方式时,PT检出的表面开口SCC数量是56条,ECA检出的表面开口SCC数量也是56条。因此,对于表面开口SCC的检测能力,PT和ECA相近;但PT的相关显示更清晰。3.4cpc在表面的检测能力由图4(a),6(a)可知,采用外壁检测方式时,PT只能检出2条表面开口SCC,无法检出近表面缺陷3.5次透照长度由以上分析可知,PT的工序多,用时最长,这种检测速度会影响到定期检验的进度。考虑到管道的曲率大,DR的一次透照长度不能太长,4个透射段共用时12min;实际检测中,DR前期准备工作(如现场辐射防护、训机)的时间太长,通常至少需要几个小时以上,因此DR的整体检测速度很慢。ECA的检测速度最快,360mm长的对接接头只用了2min,且其对检测表面质量要求不高,现场操作简便。3.6eca检测力和速度能PT和ECA都属于表面检测技术。通过以上分析可知,ECA的表面SCC检测能力高于PT,因为其不仅能检出表面开口SCC,还能检出一定数量的近表面SCC。ECA检测速度比PT快,能够加快奥氏体不锈钢压力管道表面检测的进度。另外,ECA没有污染,操作简便。因此,在满足检测条件的情况下,可选择ECA替代PT。4dr的检测能力比其他pt更强(