Q370R氧气球罐磁粉检测技术探讨.pdf

2024年第1期新疆钢铁总第169期Q370R氧气球罐磁粉检测技术探讨张景祺（山西省检验检测中心，山西 太原 030012）摘要：在对某钢厂Q370R氧气球罐进行磁粉（MT）检测时，发现上大环环焊缝上多处横向裂纹。这些裂纹的产生是由于扩散氢、焊接前后温控不足、残余应力和使用载荷等多种因素的综合作用。尽管在打磨后焊缝表面仍有残余的无机富锌防腐涂层，但在检测过程中仍会出现较多的伪缺陷显示，因此检测者需谨慎辨别。本文将对Q370R氧气球罐磁粉检测技术进行深入探讨，以期为氧气罐质量检测提供更为有效的技术支持。关键词：Q370R氧气球罐；磁粉检测；技术探讨DOI：10.20146/ki.1672-4224.2024.01.032中图分类号：TP391.4文献标识码：B文章编号：1672-4224（2024）01-0098-03Exploration of Magnetic Particle Testing Technology forQ370R Oxygen Spherical TankJingqi Zhang(Shanxi Provincial Inspection and Testing Center,Taiyuan,Shanxi 030012)Abstract:During magnetic particle(MT)testing of the Q370R oxygen spherical tank in a certain steel plant,multiple transverse cracks were found on the upper circumferential weld seam.The formation of these cracks is due to a combination of factors such as hydrogen diffusion,insufficient temperature control before and after welding,residual stress,and service load.Although there is still residual inorganic zinc rich anti-corrosion coating on the surface of the weld after polishing,there will stillbe a lot of false defects displayed during the testing process,so the inspector needs to be cautious in distinguishing.This articlewill delve into the magnetic particle testing technology for Q370R oxygen spherical tanks,in order to provide more effectivetechnical support for quality testing of oxygen tanks.Key words:Q370R oxygen spherical tank;magnetic particle testing;technical exploration作者简介：张景祺，男，30岁，硕士，工程师，山西省检验检测中心。E-mail：引言钢铁冶金企业生产中冶炼工艺耗氧量较大，其中顶吹电炉的需氧量在9000 m3/h19000 m3/h，氧气纯度要求在 99%以上。为满足冶炼需要的氧气消耗，企业中配备制氧车间，将净化后的空气通过增压，冷却和精馏，得到经压缩的产品氧气，部分被输送到氧气球罐，经调压后送至炼钢车间1。然而，氧气球罐如存在质量问题或充装使用不当等情况，容易引起事故，危害人身财产安全。因此定期检验很有必要。在定期检验中，表面缺陷检测是非常重要的项目。对于铁磁性钢材制造的球罐，通过MT磁粉检测能发现其内壁表面微米级宽度的小缺陷，找出风险点从而及时处理2。Q370R为近十年来新开发的低合金钢，具有优良的强度和韧性，其中的微量元素Nb、V、Ti与C、N形成碳化物、氮化物能够细化晶粒，并降低其脆性转变温度，近些年来被广泛用于球罐等压力容器的制造。大容积的球罐多为现场组建，易受到天气变化的影响，且因空间限制制造自动化程度低，难免出现焊接缺陷。综合考虑板厚、扩散氢以及合金元素含量等因素评定Q370R板材焊件的冷裂纹敏感性指数在0.330.42之间，相比于临界值0.25较大，因此 Q370R焊件存在一定的发生冷裂纹的可能性3。研究Q370R制造的大型球罐焊缝处裂纹的成因和相应的无损检测技术对于安全生产具有十分重要的意义。1检测某钢铁企业制氧厂内的大型氧气球罐投入使用后于2019年首次定期检验，在磁粉检测项目中发现2条裂纹超标，暂停使用。直到2020年经过返修后检验合格，投入使用，球罐的有关技术参数见表1。此次的磁粉检测属于2023年球罐定期检验中的项目，目的在于监控球罐表面质量。磁粉检测采用交流磁98新疆钢铁总第169期2024年第1期轭 纵 向 磁 化 法，使 用 便 携 式 磁 粉 探 伤 仪 ZCM-WD1502-DV进行检测，磁轭提升力不小于45 N，配套采用荧光磁粉悬液喷洒于检测面，其浓度控制在3g/L。检测部位为手工焊对接接头，双V坡口对应的球罐内壁面一侧。球罐的焊接顺序为先焊纵向拼板焊缝，再焊环向焊缝；环向焊缝先焊接赤道带、极带方环，后焊赤道带与极带的大环缝；以上工艺顺序使最后连接球罐赤道带和上极带的上大环环焊缝的焊接残余应力水平较高，上次定检主要在此处发现了裂纹，此处是本次检测的重点位置4。2结果与分析2.1检测结果MT检测在上大环环焊缝发现了10处横向裂纹，部分裂纹长度超过焊缝宽度的1/2，且经过打磨后发现裂纹埋藏较深，具有一定的宽度，甚至在打磨3 mm深后在白光下肉眼可见，如图1，裂纹走向基本垂直于焊缝轴线。其在球罐上整体的分布位置见图2。裂纹在A6、A7两条纵缝之间的环缝上有较密集的分布。(a)发现裂纹1(b)打磨裂纹后的表面1(c)发现裂纹2(d)打磨裂纹后的表面2图1 典型球罐内表面横向裂纹分析认为，由于上极板大环焊缝的焊接顺序靠后，受拘束大，焊缝金属内存在较大的焊接残余拉应力，Q370R焊接的温控不到位，就会在接头形成淬硬组织。同时，如果空气中的水分被焊条吸收，焊接前金属表面不洁净等都会使氢原子扩散进入焊缝使其韧性下降，厚板多层焊中，随着焊接层数的增加，焊缝中扩散氢也会逐渐聚集，在焊接残余应力及使用载荷的作用下发生滞后开裂。图2 裂纹在上半球的分布（展开）2.2检测过程分析氧气球罐内表面涂有无机富锌材料制备的涂层，其作用是防止球罐内表面的氧化腐蚀。由于其在喷涂前对金属基层喷砂处理的要求较高（Sa2.5级），并对表面粗糙度有要求，因此漆层固化后有较高的附着力。这加大了对球罐容器磁粉检测前内表面打磨准备工作的难度，特别是存在余高的焊缝区域，其表面存在不规则的高低起伏明显，常规的打磨操作很难完全打磨至表面完全露出金属表面，仍存在着锌盐痕迹。对内壁焊缝表面有锌盐防腐涂层痕迹的氧气球罐进行磁粉检测，检测过程中时常会观察到伪缺陷，如图3所示，在白光下，银白色发亮处为金属，灰色处为无机富锌涂层。磁悬液内所携带的磁粉被阻隔在锌涂层痕迹边缘处，聚集形成磁痕，表现为伪缺陷显示。伪缺陷在荧光下观察和裂纹类似，呈现出线状，容易误记入缺陷总数当中，影响到无损检测结果的准确性，应当注意和分别。(a)伪缺陷显示1(b)引起伪缺陷的锌涂层痕迹1(c)伪缺陷显示2(d)引起伪缺陷的锌涂层痕迹2图3 MT检测中出现的伪缺陷设备名称1000 m3氧气球罐工作压力MPa3.0工作温度-1535主体材质Q370R球壳板厚度/mm54容器内径/mm12300设计使用年限15投入使用时间2016年12月表1 制氧厂球罐技术参数992024年第1期新疆钢铁总第169期3讨论3.1横向裂纹的预防与处理对于常规的焊接制造容器，横向裂纹属于危害较大且出现较少的缺陷，它的出现是由多种因素综合造成的，其返修难度较大。因此，应该及早预防横向裂纹的出现，具体预防方式有以下几点：首先，焊后热处理不仅可以降低焊接残余应力，也可促使氢扩散向外溢出，对于保证厚板焊接的球罐质量很有必要。球罐的整体热处理过程中，容易出现各部位温度不均匀的情况，某处温度低则应力消除效果不明显，而温度过高则会导致晶粒粗化，降低材料的强度和韧性。因此对于拘束应力最高的上大环焊缝应当严格控制此处的实际加热温度在合理范围。其次，焊缝中的氢元素可以通过焊前预热和缓冷消除，但户外现场施工，受天气影响大，天气潮湿，焊缝中难免会残留氢。因此保证现场作业环境的干燥是很有必要的，建议外部架构全封闭式的工棚，内部配备干燥除湿的器材设备，同时要定期监控球罐内各处的湿度，烘烤容易吸湿的材料。再次，球罐由多块板组装按一定顺序焊接而成，越到焊接后期，结构自由变形的余地越少，因此如果球罐板本身尺寸精度不够或没有留出足够焊接变形余量，产生的残余应力就会增大。对于双V型坡口的内外焊缝，考虑分段内外交替进行焊接，可以避免焊接残余应力集中于内侧壁面。最后，由于Q370R焊后裂纹的产生需要一段时间，在制造完成的初期，即使进行无损检测也不易发现缺陷。而投入使用后，在载荷波动的工况下，焊缝的氢会沿着晶界或薄弱部位逐渐扩散，从而形成延迟裂纹。因此，在条件满足的情况下，考虑缩短进行无损检测的周期，尽早发现缺陷有利于降低安全风险。3.2伪显示的辨别现场焊缝的打磨多为人工手持角磨机利用电动高速旋转的砂轮对焊接接头作业，其打磨效果受到表面硬度、设备工艺参数、操作者的经验手法、施加的压力等因素的影响，有时打磨后的表面并不完全满足检测员要求的光滑平整状态，因此在进行 MT检测时，为了能更准确的辨别伪显示，要注意以下几点：首先，磁悬液的浓度过高会增强背景，使不连续难以分辨，这在检测表面不够光滑的情况下更会加大分辨难度。湿法检测所用的磁粉如果粒度过小，细小磁粉容易在凹凸不平处粘结聚集，另外磁粉的总体形状如果偏向于条状而球状不足，也会造成磁粉流动性不足，磁场的强度无法带动全体磁粉克服涂层痕迹的阻力，从而在痕迹处形成伪显示。总之应考虑到实际检测的表面状态选择合适性能的磁粉配置磁悬液进行检测。其次，对焊接接头表面存在锌盐涂层残留物的焊缝区进行磁粉检测时，要注意对比观察白光下的焊缝表面涂层痕迹分布和荧光下的焊缝上的磁粉显示，可初步剔除痕迹滞留型磁痕。也可考虑在保持相应磁场存在的状态下，用水或油对该处进行冲洗，再在荧光下观察磁痕，若仍对磁痕显示存疑，可对该部位进行轻微打磨至光滑后再进行MT检测。4结论Q370R 制造的氧气球罐有出现延迟裂纹的可能，裂纹是具有发展性的危险缺陷，可能导致球罐的泄漏甚至爆炸。因此在球罐的制造过程中要做好焊接质量控制。在投入使用后，要重视球罐的年度检查和定期检验，通过高质量的MT检测工作尽早发现球罐表面萌生的裂纹，对缺陷进行全面返修消除，从而保障企业的安全生产。参考文献1 徐铁燕.氧气球罐的低循环疲劳问题 J.压力容器，2000（04）：30-33+0.2 宋志哲.磁粉检测 M.北京：中国劳动社会保障出版社，2007.3 房务农，王剑，冯伟.大型球罐裂纹分析及修复要点 J.焊接，2018（05）：56-60+68.4 张绍昆，牛帅，叶家言等.Q370R球罐裂纹成因分析及预防措施 J.西部特种设备，2022，5（04）：53-58.5 孟多南，邢卓，凤桐等.氮气储罐用钢Q370R的焊接工艺J.管道技术与设备，2016（05）：34-37.6 郭亮亮，刘晓强，朱亚君等.核电站用无机富锌漆的施工工艺研究 J.涂层与防护，2021，42（03）：37-41.100