CN101629912A - 一种钛钢复合板设备钛焊缝可靠性测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钛钢复合板设备钛焊缝可靠性测定方法，用了一组无损检测方法，包括常规的外观检验、铁污染试验、肥皂泡检验、氦渗漏检验、渗透探伤、耐压试验以及热气循环试验等7种，其中外观检验、铁污染试验、肥皂泡检验可以目视检测较大的焊接缺陷；渗透探伤、氦渗漏检验可以检测微小的贯穿性气孔、裂纹及未熔合等缺陷；热气循环试验可以模拟设备的工作状态，检测钛焊缝在高温下可靠性；耐压试验用于评定钛焊缝的强度，可以发现焊缝的泄露，将上述方法结合在一起对钛钢复合板设备钛焊缝进行评价可以有效保证设备在工作温度和工作压力下安全使用。
Description
技术领域
一种钛钢复合板设备钛焊缝可靠性测定方法，涉及一种评价钛钢复合板压力容器在工作温度和工作压力下运行时钛焊缝可靠性的方法。
背景技术
钛钢复合板是采用爆炸复合的方法，将钛板和钢板焊接在一起，充分发挥了钛材在酸、碱、及盐类介质中所具有的优良耐腐蚀性能，以及钢材价格低廉、强度较高等特点，在石油、化工、冶金、电力、制药等行业的强腐蚀场合具有广泛用途，常用于制造反应器、结晶器、塔器、换热器等核心设备。
由于钛和钢不能直接采用熔焊的方法进行焊接，所以钛钢复合板的焊接结构和不锈钢复合板、镍钢复合板等存在较大差别，通常采用的方法是先将焊缝边缘15mm范围内的钛复层去掉，然后焊接钢基层，钢焊缝经过检验合格后，用钛盖板覆盖在钢焊缝上面，钛盖板的两侧位于钛复层上，采用氩弧焊将钛盖板和钛复层焊接在一起。
在钛钢复合板设备中，钛焊缝是一个薄弱环节，很容易发生开裂，此时容器中的强腐蚀介质会穿过钛焊缝到达钛盖板下面的钢焊缝表面，通常情况下这种强腐蚀介质会在几天甚至数小时之内将钢基层或钢焊缝腐蚀穿孔，给钛钢复合板压力容器带来严重的安全隐患，如不及时发现，将会发生爆炸等事故。所以钛焊缝的可靠性是钛钢复合板设备一项重要的技术指标。
影响钛焊缝可靠性的因素有焊缝中的气孔、裂纹、硬化区等焊接缺陷，目前常规的评价钛焊缝的方法有外观检验、渗透探伤、氦检漏、压力试验等几种。但外观检验和渗透探伤只能检验焊缝表面缺陷，无法检测焊缝内部以及焊缝背面的有害缺陷；压力试验只能检验焊缝在常温下的耐压能力，不能表征设备在高温下运行的状况，因此这些评价方法无法准确判定钛焊缝在实际工作情况下的安全性。
钛焊缝和钢及其他金属焊缝的重要区别之一在于钛焊缝上硬化区的存在会使焊缝开裂的敏感性大大增加。造成钛焊缝硬化的主要因素有焊接过程中油污、灰尘等杂质所产生的污染，以及焊接过程中其他金属如铁、铝、铜等污染焊缝，即使微量的铁都可以导致焊缝的硬度成倍上升，塑性大幅下降，焊缝性能大大降低。目前的评价方法无法对硬化区的性能进行判断。
另一个区别是钛钢复合板设备在高温下工作时，由于钛和钢的膨胀系数差异较大，因此在工作温度下钛和钢产生的膨胀量不同，其中钢的膨胀大一些，会在钛焊缝上产生一个附加拉应力，称之为热应力，此应力与工作压力所产生的应力的和就是焊缝在工作温度(高温)下的实际应力，所以实际应力的大小不仅取决于焊接接头的实际结构如焊缝的形状、根部熔合状况、焊缝缺陷的数目和性质等几何形状，而且取决于焊缝热应力的大小、焊缝硬化程度等内在因素。目前的评价方法只能检验焊缝在常温下的可靠性，无法评价热应力对焊缝的影响。
因为以上评价方法的不足，常会出现在常温下检验合格的钛钢复合板设备，在高温高压下工作时屡屡发生钛焊缝开裂等事故，因此还应采用热气循环等特殊的检验方法评定钛焊缝在高温下的可靠性。
发明内容
本发明的目的就是针对上述已有技术存在的不足，提供一种有效评价钛钢复合板压力容器在工作温度和工作压力下运行时钛钢复合板设备钛焊缝可靠性测定方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种钛钢复合板设备钛焊缝可靠性测定方法，其特征在于其测定步骤包括：
(1)对焊缝外观进行检测；
(2)用蘸有铁氰化钾+硝酸+水溶液的滤纸贴于被检测的表面，对焊缝表面进行铁污染试验；
(3)从位于钢焊缝上的检漏孔中通入压缩空气，将压缩空气的压力控制在0.4-0.6MPa范围内，用毛刷在钛焊缝表面涂上肥皂水检测焊缝存在的贯穿性气孔、裂纹、未熔合缺陷；
(4)从位于钢焊缝上的检漏孔中通入氦气，将氦气的压力控制在0.07MPa，保压30分钟，用探测器的探头检测钛焊缝表面；
(5)采用渗透探伤方法检测钛焊缝表面，检测焊缝上的未熔合、气孔、裂纹缺陷；
(6)将钛钢复合板设备上的所有开孔用盲板封闭，在其中一个盲板上焊接一个管道引至加热炉外，接管上装压力表和安全阀；将钛钢复合板设备装入电炉内加热；加热时先打开阀门，将钛钢复合板设备内的压力放空，加热速度不超过40℃/h，升温至设备的工作温度。然后通过加压管道向设备内注入氮气，压力应缓慢上升，在2小时以上达到工作压力，保压1小时后开始降温，炉内温度以每小时不超过40℃的速度下降至室温，当容器和炉内温度降至室温后，再泄放容器内的压力到大气压；将以上热气循环试验重复一次；
在室温下重新向容器内注入氮气和氦气的混合气体，加压至0.07MPa，在检漏孔外部用氦质谱仪检查，检查检漏孔是否存在泄露；
(7)在常温下进行液压试验，在设备内充满水，将所有开口封闭，当容器壁温与水温接近时，用试压泵加压缓慢升至设计压力，确认无泄露后继续升压到规定的试验压力，保压30分钟，然后降至规定试验压力的80％，保压进行检查，检验后，即可判定钛焊缝在工作温度和工作压力下的可靠性。
一种钛钢复合板设备钛焊缝可靠性测定方法，其特征在于所述的检漏孔是在反应器环焊缝处，钻透钢板层形成检漏口，在反应器钢板检漏口处固定联接上与检漏口相通的管状接头孔管。
本发明的方法采用渗透探伤、外观检验等方法，检测焊缝的表面缺陷如气孔、咬边、氧化、裂纹等缺陷。气孔和咬边会产生应力集中，降低焊缝的强度；发生氧化时，往往伴随焊缝硬度升高、塑性下降；出现裂纹时焊缝往往发生了严重的污染，焊缝中存在脆性金属间化合物，因此氧化和裂纹的存在是焊缝发生硬化的外在表现。采用铁污染试验检验，检测钛焊缝表面是否存在铁离子，进而判定焊缝遭受铁污染的程度。通过在钢焊缝上开设的检漏孔，通入压缩空气，采用肥皂泡检漏方法检测钛焊缝的是否存在贯穿性气孔、裂纹等缺陷。通过在钢焊缝上开设的检漏孔，通入氦气，采用氦检漏方法检测钛焊缝的致密性，判定焊缝是否泄露。采用热气循环试验，将整体设备加热到工作温度，同时加压到工作压力，将此过程反复进行2-3次，检验钛焊缝承受热应力的能力。采用压力试验，在室温下加压到规定的耐压试验压力，检测钛焊缝及钢基体的耐压能力。
本发明的方法采用了一组无损检测方法，包括常规的外观检验、铁污染试验、肥皂泡检验、氦渗漏检验、渗透探伤、耐压试验以及热气循环试验等7种，其中外观检验、铁污染试验、肥皂泡检验可以目视检测较大的焊接缺陷；渗透探伤、氦渗漏检验可以检测微小的贯穿性气孔、裂纹及未熔合等缺陷；热气循环试验可以模拟设备的工作状态，检测钛焊缝在高温下可靠性；耐压试验用于评定钛焊缝的强度，可以发现焊缝的泄露，将上述方法结合在一起对钛钢复合板设备钛焊缝进行评价可以有效保证设备在工作温度和工作压力下安全使用。
附图说明
图1为本发明的方法中检漏孔的结构示意图。
图中1为钛钢复合板钢基层板、2为钛复合板、3为钛复层板焊缝、4为钛盖板、5为衬板、6为检漏孔、7检漏孔管状接头孔管、8为钢基层焊缝。
具体实施方式
一种钛钢复合板设备钛焊缝可靠性测定方法，是通过一组无损检测方法，评定复合板钛复层焊缝的可靠性，其步骤包括：
(1)对焊缝外观进行检测，检验焊缝的颜色、表面气孔、裂纹、咬边等缺陷。焊缝颜色应为银白色或者淡黄色，不允许出现蓝色及灰色；焊缝表面不允许出现气孔和裂纹；焊缝的咬边深度不应大于板厚的6％，且不允许大于0.5mm，咬边连续长度不应大于100mm，焊缝两侧咬边的总长不应超过该焊缝总长的10％。
(2)对焊缝表面进行铁污染试验，用蘸有铁氰化钾+硝酸+水溶液的滤纸贴于被检测的表面，使滤纸与被接触表面接触良好，如试验颜色没有明显的变色则说明焊缝未受到铁离子的污染，如果滤纸立刻呈现蓝色或绿色，则说明该表面存在铁离子污染。
(3)从位于钢焊缝上的检漏孔中通入压缩空气，将压缩空气的压力控制在0.4-0.6MPa范围内，用毛刷在钛焊缝表面涂上肥皂水，如果焊缝存在贯穿性气孔、裂纹、未熔合等缺陷时，泄露的压缩空气会产生肥皂泡。
(4)从位于钢焊缝上的检漏孔中通入氦气，将氦气的压力控制在0.07MPa，保压30分钟，用探测器的探头检测钛焊缝表面，漏率小于等于1×10-6Pa.m3/s为合格。
(5)采用渗透探伤方法检测钛焊缝表面，焊缝上的未熔合、气孔、裂纹等缺陷可以直观地显示出来。
(6)将钛钢复合板设备上的所有开孔用盲板封闭，在其中一个盲板上焊接一个管道引至加热炉外，接管上装压力表和安全阀。将钛钢复合板设备装入电炉内加热。加热时先打开阀门，将钛钢复合板设备内的压力放空，加热速度不超过40℃/h，升温至设备的工作温度。然后通过加压管道向设备内注入氮气，压力应缓慢上升，在2小时以上达到工作压力，保压1小时后开始降温，炉内温度以每小时不超过40℃的速度下降至室温(压力应保持不变)，当容器和炉内温度降至室温后，再泄放容器内的压力到大气压。将以上热气循环试验重复一次。
在室温下重新向容器内注入氮气和氦气的混合气体，加压至0.07MPa，在检漏孔外部用氦质谱仪检查，检查检漏孔是否存在泄露。
(7)在常温下进行液压试验，在设备内充满水，将所有开口封闭，当容器壁温与水温接近时，用试压泵加压缓慢升至设计压力，确认无泄露后继续升压到规定的试验压力，保压30分钟，然后降至规定试验压力的80％，保压足够的时间进行检查，不允许出现变形、异常响声、泄露等情况。
本发明的一种钛钢复合板设备钛焊缝可靠性评价方法，按以上步骤对钛复层焊缝进行检验后，可以判定钛焊缝在工作温度和工作压力下的可靠性。
实施例
以钛钢复合板反应器为例：
钛钢复合板反应器的工作压力为2.5Mpa，设计压力3.0Mpa，工作温度为280℃。在反应器环焊缝和纵焊缝上每隔2m左右开设一个检漏孔(图1)，使检漏孔和钛盖板下的通道连通，如果钛焊缝泄露，容器中的介质可以通过此通道及检漏孔释放到容器外侧。
按照JB/T4745标准，在焊缝和热影响区表面用10倍放大镜进行100％检查，不应有裂纹、未熔合、气孔、飞溅物等缺陷。观察原始焊缝表面及热影响区的颜色，银白色或者淡黄色是合格的，出现灰色时应进行返修。焊缝表面的单个气孔可以通过重熔工艺修复，密集的成堆气孔必须将焊缝铲除重新焊接。裂纹是焊缝脆化的结果，可能因氧化、其他金属杂质污染等因素引起，此处的焊缝发生了严重的脆化，必须用机械方法彻底铲除焊缝金属，重新进行焊接。对超标咬边缺陷可以采取直接补焊形式进行焊接。
在反应器加工、焊接过程中产生的铁污染可以用铁氰化钾+硝酸+水溶液进行检验，将蘸有此溶液的滤纸贴于被检测的表面，观察试纸的颜色是否发生变化，如试验颜色没有明显的变色则说明焊缝未受到铁离子的污染，如果滤纸立刻呈现蓝色或绿色，则说明该表面存在铁离子污染。对发生铁污染的区域进行分析鉴别，如果仅是焊缝表面发生污染，可采用硝酸进行酸洗去除铁或铁离子；如果焊缝金属和铁发生了反应，则应铲除被污染的区域重新焊接。
完成外观检验和铁污染试验后，进行肥皂泡检漏试验。从一个检漏孔中通入压缩空气，同时将其他检漏孔用螺纹塞封闭。保持压缩空气的压力为0.5MPa，用毛刷在钛焊缝表面涂上肥皂水，边涂边观察肥皂水中是否有气泡产生。不产生气泡为合格；如果发现有气泡产生，说明焊缝存在存在泄露现象，需要进一步采取措施确定泄露缺陷的性质，分别采取相应的返修措施。返修后的焊缝应重新进行肥皂泡检漏试验直至合格。
进行氦气检漏试验，从检漏孔中通入氦气，将氦气的压力控制在0.07MPa，保压30分钟，用探测器的探头检测钛焊缝表面，探测器的探头与被探焊缝间的距离应≤3mm，漏率小于等于1×10-6Pa.m3/s为合格。
采用渗透探伤检测钛焊缝表面缺陷，先用清洗剂将焊缝表面的油污、灰尘及其他异物清洗干净，在焊缝表面均匀红色喷涂渗透剂，保持5-10分钟，将渗透剂清洗掉，喷涂白色显像剂，焊缝上的未熔合、气孔、裂纹等缺陷存在的地方显示红色，没有缺陷的地方不变色。
进行热气循环试验，在反应器上的其中一个接管上连接安装压力表和安全阀的管道，并引至加热炉外。其他开孔用盲板封闭。将设备装入电炉内加热。加热时先打开阀门，将压力放空，加热速度不超过40℃/h，将设备加温至280℃。然后通过加压管道向设备内注入氮气，压力应缓慢上升，在2小时以上达到2.5Mpa，保压1小时后开始降温，炉内温度以每小时不超过40℃的速度下降至室温(压力应保持不变)，当容器和炉内温度降至室温后，再泄放容器内的压力到大气压。将以上热气循环试验重复一次。在室温下重新向容器内注入氮气和氦气的混合气体，加压至0.07MPa，在检漏孔外部用氦质谱仪检查，检查检漏孔是否存在泄露，漏率小于等于1×10-6Pa.m3/s为合格。
进行耐压试验，在设备内充满水，将所有开口封闭，当容器壁温与水温接近时，用试压泵加压缓慢升至3.0Mpa，确认无泄露后继续升压到规定的试验压力7.5Mpa，保压30分钟，然后降至6.0Mpa，保压足够的时间进行检查，不允许出现变形、异常响声、泄露等情况。
Claims (2)
1.一种钛钢复合板设备钛焊缝可靠性测定方法，其特征在于其测定步骤包括：
(1)对焊缝外观进行检测；
(2)用蘸有铁氰化钾+硝酸+水溶液的滤纸贴于被检测的表面，对焊缝表面进行铁污染试验；
(3)从位于钢焊缝上的检漏孔中通入压缩空气，将压缩空气的压力控制在0.4-0.6MPa范围内，用毛刷在钛焊缝表面涂上肥皂水检测焊缝存在的贯穿性气孔、裂纹、未熔合缺陷；
(4)从位于钢焊缝上的检漏孔中通入氦气，将氦气的压力控制在0.07MPa，保压30分钟，用探测器的探头检测钛焊缝表面；
(5)采用渗透探伤方法检测钛焊缝表面，检测焊缝上的未熔合、气孔、裂纹缺陷；
(6)将钛钢复合板设备上的所有开孔用盲板封闭，在其中一个盲板上焊接一个管道引至加热炉外，接管上装压力表和安全阀；将钛钢复合板设备装入电炉内加热；加热时先打开阀门，将钛钢复合板设备内的压力放空，加热速度不超过40℃/h，升温至设备的工作温度；然后通过加压管道向设备内注入氮气，压力应缓慢上升，在2小时以上达到工作压力，保压1小时后开始降温，炉内温度以每小时不超过40℃的速度下降至室温，当容器和炉内温度降至室温后，再泄放容器内的压力到大气压；将以上热气循环试验重复一次；
在室温下重新向容器内注入氮气和氦气的混合气体，加压至0.07MPa，在检漏孔外部用氦质谱仪检查，检查检漏孔是否存在泄露；
(7)在常温下进行液压试验，在设备内充满水，将所有开口封闭，当容器壁温与水温接近时，用试压泵加压缓慢升至设计压力，确认无泄露后继续升压到规定的试验压力，保压30分钟，然后降至规定试验压力的80％，保压进行检查，检验后，即可判定钛焊缝在工作温度和工作压力下的可靠性。
2.根据权利要求1所述的一种钛钢复合板设备钛焊缝可靠性测定方法，其特征在于所述的检漏孔是在反应器环焊缝处，钻透钢板层形成检漏口，在反应器钢板检漏口处固定联接上与检漏口相通的管状接头孔管。
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| PB01 | Publication | ||
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20100120 |