角焊缝裂纹（通用9篇）
角焊缝裂纹 篇1
1焊缝裂纹容易产生的位置和其所具有的特点
某热电厂锅炉过热器集箱管座角焊缝发生泄漏, 初步降压后, 对所有的可见泄漏点进行记录和标识, 待锅炉完全泄压以及放水之后, 按照之前的记录和相关的标识, 对所发现的泄漏点的焊缝进行表面探伤检验, 共发现管座角焊缝裂纹三十多处, 其数量可以说不算少了。
接下来为了对这些裂纹情况做进一步的分析, 以便下一步对其进行修补, 技术人员对所标记的管座角焊缝裂纹都用磨光机进行打磨, 一边打磨一边对这些打磨部位进行PT检测, 以便对这些裂缝进行跟踪和检验, 对所有的裂纹大约进行了六次打磨处理和PT检验, 发现这些裂纹都有一个特点, 就是裂缝的部位无一例外的都延伸到焊缝的根部, 而且在这些角焊缝的根部, 均存在不同程度的夹渣, 气孔, 以及未焊透和收头弧坑等严重的焊接缺陷问题。如果是从焊缝的外表角度进行观察, 这些裂纹所出现的位置无一例外的都产生在焊缝的收头位置。
2产生裂纹原因分析
2.1焊缝的根部所夹渣的没有焊透情况对裂纹产生的影响
在对裂缝进行磨除的过程中, 通过观察可以发现, 所有的裂纹从其开始的位置到焊缝的根部, 或者是接近它的根部, 都存在不同程度夹渣或气孔等焊接缺陷, 这些都是有待解决的过热器集箱管座角焊缝根部缺陷。
通过对这些裂纹的分析可以发现, 它们的根部大都是采用了手工的电弧焊的焊接工艺, 而且还进行了多层的多道焊接, 对每一层以及每一道的焊接收弧位置都集中在了一个位置上, 这种方式不仅会让根部的电弧焊带有太多的夹渣, 而且它们的根部也基本上都没有得到焊透。通过以上的分析研究发现, 发生裂缝的根本原因就是焊接的工艺不当所造成的。
此外, 经过分析得出, 焊接产生的应力对裂纹的产生也有着重大的影响。焊接产生的残余应力计算公式为T=Q/Lδ, 算式中的T表示焊缝在焊接中所承受的切应力, 而Q则表示接头位置所承受的剪切应力, 而δ表示在焊接接头的位置, 它的薄板的厚度, 单位是毫米。L在算式中则代表了焊缝的具体长度。除此之外, 还要考虑焊接过程中缝隙塑性的变化情况, 因为其如果受热, 表面肯定会有一些变化, 同时也会影响裂纹的产生, 缝隙塑性变化计算公式为 (&1-&2) + (&2-&3) + (&3-&4) =2&n.这里面的&代表了裂纹的等效应力。通过这个公式就可以计算出裂纹的塑性变化量。过大的塑性变化量将导致裂纹的进一步扩展。
3对焊缝裂纹的处理方法
我国自己研发出并已广泛使用的钢材12Cr Mo VG, 也被称之为低合金的珠光体耐热钢, 在焊接领域中的应用效果是非常好的。这种低合金的珠光体耐热钢在国产高温高压电站锅炉机组上的应用更是非常普及, 尤其是在锅炉的受热面、高温高压管道和集箱。就目前而言, 这种材料所展示出的效果是非常好的。
经过这些年的发展, 这种钢材的焊接工艺, 以及它的预热、焊后热处理工艺等均已经表现的非常成熟了。但是在厚壁的集箱上进行开孔, 或者是插管焊接, 业内人士对预热以及热处理的施工技术就一直存在一些争议, 特别是插入式管座角焊缝的焊接工艺、预热以及热处理, 双方的争议非常突出。主要是因为如果使用插入式的焊接方式, 那么一些人会认为这样所带来的应力非常大, 所以很容易在焊接后形成裂纹, 即使在施工阶段没有形成裂纹, 但是在锅炉投入运行之后, 在运行过程中工况稍有波动也容易引发管座发生裂纹的问题。下面就对其具体的处理工艺进行详细的分析和探讨。
3.1对焊缝产生裂纹的清除工作
在清除裂缝的时候, 采用的是角向磨光机磨除的方法, 这样可以把裂纹之间的残渣给彻底的磨除干净。为了确保裂纹及残渣等缺陷已经彻底清除, 通常采用PT对其进行检测。通过PT检查, 确定裂纹及残渣等缺陷等缺陷已经消除, 然后才可以按照既定的焊接工艺进行补焊。
3.2对处理后的缺陷部位进行修整
对磨除的裂纹及残渣等缺陷部位进行一定程度的修整, 主要是对磨除的位置进行圆滑和过渡处理, 这样可以有效的规避在焊接的过程, 这个位置出现窄小的夹角, 从而发生新的缺陷问题, 以此来保证修补焊接的质量。
3.3焊接以及补焊的方法
为了避免补焊焊缝根部产生夹渣、微裂纹等缺陷的产生, 通常采用氩弧焊打底手工电弧焊盖面的焊接工艺。具体是先氩弧焊打底, 然后用磨光机对其进行打磨清根, 在检查确认没有其他缺陷之后, 再进行手工电弧焊盖面补焊。在手工电弧焊填充道的焊接中, 严格按照操作流程进行, 并且每焊接完成一层盖面, 都要进行PT检测, 确保没有焊接缺陷之后再进行另一层焊道盖面焊接作业。
4总结
通过以上的方法, 对所管座角焊缝出现的裂纹进行有针对性的, 并且是有效的处理, 可以发现, 其操作上还是比较便捷的。在对过热器集箱所有的管座角焊缝裂纹都处理之后, 最终对修复的管座角焊缝进行PT检测, 都没有发现所补焊修复的焊缝及其周围有其他的缺陷性问题出现, 而且对所补焊修复的焊缝进行硬度检测, 从结果上看, 这些都满足了相关的法规和标准的要求。
摘要：在企业实际的生产当中, 过热器发生裂缝, 尤其是集箱管座的角焊缝部位产生裂纹的问题是非常常见的, 那么在产生裂缝后, 对这些角焊缝的裂纹如何妥善处理, 就是摆在技术人员面前的首要问题了。而从本质上来说, 想要妥善解决这方面的问题, 那么首先就要对产生问题的原因进行分析, 然后针对裂纹产生的根本原因, 才能制定出有针对性的预防措施, 下面就对这些进行分析和处理。
关键词：过热器,集箱管座,角焊缝裂纹
参考文献
[1]侯世勇.火电厂承压部件管座角焊缝损坏原因分析及焊接工艺探讨[J].焊接技术, 2003, 32 (04) .74-75.
[2]张锁江, 袁晓亮.用醇胺羧酸盐离子液体吸收SO2气体的方法:中国, 1698928A[P].2005, 05 (09) .275-276.
[3]李学良, 席俊松.一种绿色高效可循环的SO2气体吸收剂及其制备方法:中国, 101264414A[P].2008, 04 (23) .277.
角焊缝连接设计的分析 篇2
【关键词】角焊缝；焊脚尺寸；计算公式
0.引言
焊接在整个钢结构的制造和安装作业中的工作量占有很大的比重，对钢结构工程的建造工期和工程成本有着重大的影响。目前在角焊缝连接设计计算中,并未如钢构件那样具有较全面和深入的分析研究，角焊缝设计与计算大都是在假设的基础上进行的，这样的设计计算与实际状况难免出现较大偏差，这在钢结构连接设计中应引起充分的重视。
1.角焊缝的焊脚尺寸选大还是选小
角焊缝的强度与其焊脚尺hf成正比，而熔敷金属量则是随焊缝截面的加大而以焊脚尺寸增大倍数的平方数增加。如焊脚尺寸为12mm的角焊缝，其强度是焊脚尺寸为6mm的2倍，但前者的熔敷金属量却是后者的4倍。通过对角焊缝的破坏强度的试验值可知，小焊脚尺寸角焊缝的破坏强度相对要大于大焊脚尺寸角焊缝，这是因为熔深参与受力的原因。对与须多层焊的大焊脚尺寸焊缝以第一层焊缝的影响最大，对小焊脚尺寸的焊缝其熔深与焊脚尺寸之比要大于大焊脚尺寸焊缝，故其破坏强度也相对较高。
一般情况下，焊脚尺寸在6mm～8mm以下时能一次焊成，超过时则需多层焊，故增加了焊接时间，也使焊接速度降低，成本增高。另一方面，焊缝施焊后冷却收缩引起的残余应力随焊缝增大而加大，故焊脚尺寸也不宜过大。
2.角焊缝连接设计计算公式选用的误区
角焊缝根据其受力方向的不同分为正面角焊缝（端缝）和侧面角焊缝（侧缝），正面角焊缝（垂直于外力作用方向）的破坏强度要比侧面角焊缝（平行与外力作用方向）的高35%～55%。在计算中采用强度增大系数来表示端缝的强度增大效应。根据《钢结构设计规范》（B50017-2003）7.1.3条规定：对承受静力荷载和间接承受动力荷载的结构，正面角焊缝的强度设计值增大系数为βf=1.22；对直接承受动力荷载的结构，正面角焊缝的强度设计值增大系数为βf=1.0。如何考虑端缝的强度增大效应，应根据焊缝的受力情况和焊缝的组合情况具体分析，否则在设计中可能出现承载能力不满足设计要求的问题。下面用常见的一个角焊缝设计实例来进行说明。
图1所示为采用拼接板的角焊缝连接，主板截面为14mm×400mm，承受轴心拉力设计值N=920kN（静力荷载），钢材为Q235，采用E43系列型焊条，手工焊。试采用三面围焊形成设计角焊缝连接。
图1 双面盖板角焊缝连接示意
解：根据拼接板承载能力不低于主板承载能力的设计原则，且为便于侧缝施焊，取每块接板的横载面面积为8mm×360mm，按焊缝构造要求，取焊脚尺寸hf=6mm。
正面角焊缝承受的轴心力为：N3=0.7hf∑Lw3βfffw=590kN
侧面角焊缝承受余下轴心力所需的实际长度为：Lw1= Lw2=（N-N3）/（4×0.7hfffw）+6=129mm
现在采用实例所设计的角焊缝连接，反过来验算角焊缝的强度是否满足要求。
大多数人均认为在轴心力作用下，无论是正面角焊缝，还是侧面角焊缝，其有效载面上的应力是均匀分布的，则正面角焊缝和侧面角焊缝有效载面上的应力为：
σf=ζf=N/（0.7hf∑Lw）=180.1MPa （3）
将式（3）结果代入“规范”的正面角焊缝和侧面角焊缝的强度计算公式，分别有：
σf=180.1MPa＜βfffw=1.22×160=195.2MPa 满足要求。
ζf=180.1MPa＞ffw=160MPa 不满足要求。
现在问题明显凸现：通常按设计考虑，正面角焊缝的焊缝长度是确定的，先按其强度极限承受荷载，余下荷载再由两侧面角焊缝承受，进而计算出侧面角焊缝所需的长度，三条角焊缝当然满足承载能力的要求；而按验算分析，在轴心力作用下，三条角焊缝在有效载面上应力应该平均分布，将设计所考虑的正面角焊缝强度增大部分承受的荷载按三条角焊缝的效载面来平均承受，使得两条铡面角焊缝不满足承载能力的要求。问题出在哪里？哪一种分析是正确的呢？要解决这个问题，关键是要分析出在轴心力作用下，三条焊缝组成的焊缝群在有效载面上应力是如何分布的。
首先需说明一下，不能用材料屈服时应力重分布的概念来解释设计考虑是正确的，即在弹性阶段，三条角焊缝应力是平均分布的，当两条侧面角焊缝进入塑性屈服后所承荷载不能再增加，继续增加的荷载由下面角焊缝承受，直到该焊缝也达到弹性极限。原因有二：一是在钢结构连接设计中，只考虑钢材的弹性极限承载能力；二是焊缝材料构件母材的塑性差，焊缝是否有足够的塑性变形能力来完成应力的生分布，本身就是问题。
3.三面围焊焊缝的应力分析
角焊缝的应力分布非常复杂，很难有解析解，用有限元方法进行数值计算较为理想。用ANSYS程序对图1所示的三面围焊点进行了角焊缝的弹性应力分析。选择焊缝有效载面的形心连线作为代表路径，图2给出了该路径上平均应力的变化曲线。
图2 有效截面上应力沿焊缝形心路径的变化
从图2可知，焊缝应力分布是极不均匀的，正面角焊缝应力中间大，两端小；侧面角焊缝在距正面角焊缝远处应力大，而靠近处应力小，侧面角焊缝应力很不均匀。“规范”规定有效焊缝长度为实际焊缝长度减去起落弧的影响长度，这种处理方法很合理。
就缝长平均应力而言：σv端=174.43MPa，σv侧=176.89MPa
即侧面角焊缝的平均应力是端面角焊缝的1.014倍，说明在弹性阶段，角焊缝有效载面上的应力分布应是均匀的。
4.结论
综上所述，可以看出实例所作的三面围焊角焊缝设计是与焊缝受力的实际情况不相符的，在轴心力作用下，无论是正面角焊缝或是侧面角焊缝，其有效截面上的应力呈均匀分布，广而言之，不只是三面围焊连接，只要是由正面角焊缝和侧面角焊缝组成的焊缝群，应力在有效载面都是均匀的，在角焊缝设计中应给予重视。
正面角焊缝强度稍大于侧面角焊缝的强度，但并未达到1.22倍，根据实例对正面角焊缝在其真实破坏面上的应力分析，正面角焊缝强度为侧面角焊缝的1.132倍。按“规范”规定：在直接动力荷载的作用下，考虑到正面与侧面组合1.22的情况下，正面1.22的强度增大部分并不一定能得到发挥，为保证设计安全的设计简便，本人认为在角焊缝的设计计算中，无论是动荷载作用或是静荷作用，都不宜考虑正面角焊缝的强度增大效应，建议角焊缝强度按下式计算。
σf2+ζf2=（ffw）2
同时合理选用焊缝的焊脚尺寸，降低焊接材料的消耗和焊接速度、焊接残余应力。当焊件的焊接长度较富余，在满足最大焊缝长度的要求下，采用小而长的焊缝比采用大而短的焊缝要好。对构造角焊缝，更宜按构造要求规定的最小焊脚尺寸选用。
【参考文献】
［１］钢结构设计规范（B50017-2003）.
环形焊缝裂纹返修技术应用实例 篇3
1 裂纹产生的原因
经分析,裂纹的形成原因可能主要有以下几方面:安装施工时焊接工作并没有严格按照焊接程序进行;焊工水平有差异,导致焊接质量参差不齐;栈桥使用频繁,在外激励作用下,易产生裂纹;海水潮气常年对焊缝的腐蚀。以上只是工程层面上的一些分析,要想更深层的了解裂纹产生的原因,还有待材料力学方面的研究。
2 焊接工艺
2.1 相关设备
对于整个焊道裂纹返修主要使用碳弧气刨设备,打磨设备,砂轮机,手工电弧焊,探伤设备等一系列设备。其中电弧焊设备采用的是日本Panasonic公司的直流电焊机。焊接设备由焊接电源,焊接机头,机头控制系统等部分组成。
2.2 焊接管材
1)栈桥底座的材质为Q345 D,直径2 070 mm,壁厚20 mm。其化学成分要求列于表1[1]。
(%)
2)Q345 D抗拉强度σb为470～630 MPa,厚度小于等于16 mm时屈服点σs不小于345 MPa,厚度大于16 mm小于35 mm时σs不小于325 MPa,厚度大于35 mm小于50 mm时σs不小于295 MPa,厚度大于50 mm小于100 mm时σs不小于275 MPa;Q345 D伸长率δs不小于22%,并在-20℃情况下冲击功Akv(纵向)不小于34 J;当Q345 D刚才厚度小于等于16 mm时,d=2 a,当厚度大于16 mm小于100 mm时,d=3 a(d为弯心直径,a为试样厚度)[1]。
2.3 焊接材料
管材的具体焊接方法为SMAW。打底焊接材料采用日本神钢的LB-52U,填充和盖面采用CHE58-1焊条来完成。
2.4 坡口形式
焊接坡口采用管外侧单边斜削45°坡口,先由碳弧气刨吹出大致坡口形状后,再使用砂轮机将坡口打磨成形。工程开始时准备采用K形坡口,经实际操作后,发现根部间隙过大,封底作业很难完成,且焊后出现冷裂,由于一半工作量是焊工在栈桥底座内部进行的,内部的回声噪音,无法扩散的焊接气体,对焊工的实际操作水平都有很大的影响,且焊后的焊缝质量很差。管外侧单边斜削45°坡口的使用,焊缝金属填充量少,缩短了焊接时间,既节省焊材又保证焊接质量及焊接速度。
2.5 焊接顺序
完成现场准备工作后,施工人员将进行栈桥缺陷维修,由于栈桥焊缝为连续的长焊缝,长度达6 500 mm,如果不按照一定次序进行焊接的话,栈桥会有倾倒的可能,会对工程造成不可估量的损失。因此在进行栈桥未熔透缺陷维修时,将整个环形焊缝等分为8个工作区域,按顺序进行维修,每段长度为812 mm。完成了一个区域的焊接后要在其对角区域进行下一区域的焊接,见图1。
3 焊接工艺评定试验
1)实验依据和焊接参数。本项目主要依据AWS D1.1标准和业主提供的技术文件要求。焊接参数见表2。
2)力学性能试验。力学性能试验包括全焊缝拉伸试验、减截面拉伸试验和弯曲试验,取样方法、部位及数量和位置均按照AWS D1.1标准的要求,见表3。
(N/mm2)
4 返修程序
4.1 缺陷确定
按照无损检验要求清理金属表面,应用磁粉和超声波检验确定缺陷的位置,大小和深度。
4.2 缺陷清除
焊接金属或部分母材的去除可通过打磨或碳弧气刨来完成。浅表面或表面缺陷可以通过打磨来去除。深部缺陷可以通过碳弧气刨或打磨来去除。使用电弧气刨后,坡口边缘和坡口面都应打磨,确保碳化层完全去除,打磨后坡口尺寸应满足外形要求并清理干净。不允许使用火焰气刨。气刨时,应先在缺陷两端无缺陷处刨开一段,以防止缺陷在气刨时延伸。在进行栈桥未熔透缺陷维修时,当返修长度超过300 mm时,应加焊两个固定马排,用以防止焊缝因受重力间隙减小。返修长度每增加300 mm另外增加一个固定马排减小焊缝受力,返修长度不应超过900 mm,以防止焊缝受力过大,见图2。
4.3 坡口准备
焊接坡口采用单边斜削45°坡口,先由碳弧气刨吹出大致形状后,再使用砂轮机将单V形坡口打磨成形。使用单边斜削45°坡口,焊缝金属填充量少,缩短了焊接时间,既节省焊材又保证焊接质量及焊接速度[2]。
4.4 预热
焊接返修前必须预热,最低预热温度不低于30℃。预热区域绝对不能小于整个修理区域周围150 mm,并且在厚度方向也要预热透。预热温度应保持到返修完成。预热可以通过电加热器或火焰加热器来实施,用测温仪进行测量[3]。
4.5 焊接
焊接返修是按照焊接程序来严格执行的,根据返修深度和长度选择了合适的焊接参数,焊接返修采用直径3.2 mm焊条,摆动的最大宽度为2.5倍焊丝直径,最大层间温度不能超过焊接程序规格书的规定。
即使缺陷不大,返修的长度最少为50.8 mm。在任何情况下在缺陷的任何一端外的25 mm无缺陷金属都要去掉。针孔状气孔缺陷或其他缺陷不允许用点焊进行返修,气刨和打磨后要用磁粉检验来确定是否将缺陷彻底去除。再次焊接前要清理磁粉检验残余物,裂纹通过碳弧气刨或打磨去掉(裂纹的每一端加上50.8 mm的金属都应去除)并通过磁粉检验确定已露出无缺陷金属,在焊道或母材上裂纹的去除和返修要经过业主或其代表的批准和现场监督。
对接焊时,如果根部间隙超过AWS D1.1—2004美国钢结构焊接规范中的允许或焊接程序中规定的数值,但是没有超过较薄部件厚度的2倍或20 mm(取较小者),过大的间隙可在组对之前通过焊接修正到可以接受的尺寸,咬边要通过打磨或碳弧气刨去掉。
外观检验后,要按照与焊接原焊道相同的焊接工艺进行补焊。如果出现加强高过高,多余的加强高可以通过打磨去掉以达到可以接受的尺寸,最终加强高的外型应平滑,引弧应该在坡口面内。所有的焊接都要使用临时性挡板,遮掩物,防水油布(能防火)来保护,以免风雨或其他不利条件的影响。所有的焊接都应当是连续进行的。如果焊接过程中有干扰发生,要对焊接区域采取保温措施施以缓冷。
在恢复焊接之前,要检查焊接区域有无裂纹出现。如果出现温度低于最低预热温度,再焊接之前要重新预热;返修完的表面要有平滑完整的轮廓并且和母材平滑的融合在一起。焊道的轮廓要符合AWS D1.1—2004美国钢结构焊接规范的要求,焊缝接点的同一位置可返修两次。所有缺陷的细节及随后的返修都要形成文档归入项目检验报告中。
4.6 无损检验
焊接返修应进行100%的无损检验,其检验方法根据原检验方法根据现场情况采取外观检验后,采用MT(磁粉探伤检验)检测焊缝表面是否有裂纹,最后使用UT(超声波检验)无损检验方法对焊缝进行检验。检验和无损检验要在返修完成48小时以后进行。焊接返修处应使用同型号的油漆进行修补。
5 结论
在曹妃甸CFD11-2 FPSO裂纹返修施工中,共检测到八处焊缝裂纹及未熔透,气孔等缺陷,其中包括一条长约6 500 mm的缺陷需焊接返修,经过焊接返修和无损检验后证明焊缝全部合格,返修成功率达100%。该裂纹返修技术经过一段时间的运用,现在已经可以成熟的应用于环形焊缝裂纹返修的多个项目中,并取得了一定的应用成果。随着越来越多平台,FPSO等海上设施的使用年限到期,类似的返修工作量也会随之增加,相信在今后的返修项目中这种技术必将得到进一步的应用与完善。
参考文献
[1]中国机械工程学会焊接学会.焊接手册[S].北京:机械工业出版社,2001.
[2]张文钺.焊接物理冶金[M].天津:天津大学出版社,1991.
角焊缝裂纹 篇4
关键词：电站锅炉管座角焊缝无损检测
0引言
电站高压锅炉中，熔化焊接管座角焊缝占有很大的比例，对这些角焊缝进行有效的检测是质量控制的重要环节，现行的技术规范、标准对接管座熔化焊角焊缝的无损检测都给出了要求。如《蒸汽锅炉安全技术监察规程》规定：对pw≥3.82MPa的锅炉，集中下降管角焊缝应做100％射线探伤或超声波探伤；每个锅筒和集箱上的其他管接头角焊缝及其打底焊缝，至少应做10％的无损检测。其中，就涉及到如何选择检测样本和选择何种无损检测方法以最合理地反映出受检总体的质量状况的问题。目前，在实际检测过程中，选择抽查样本及检测方法时还普遍存在较大的随意性。为了改善目前的这种状况，我们在这方面进行了积极有效的尝试。
1检验样本的选取
对管座角焊缝按要求进行一定比例的无损检测，选择抽查样本时通常做法是基于如下几方面因素的综合考虑，即：宏观检查的初步结果；机组运行期间的运行状况对部件安全的影响；等等。这种选取样本的方法存在最大的问题就是只有当部件中的缺陷发展到一定程度从而存在宏观表征的管座角焊缝才可能被选中以做进一步的检验，缺陷已初步形成而未有宏观表征的管座角焊缝很可能漏检。为了解决这一现实问题，我们将金属磁记忆检测(MMMT)的方法引入管座角焊缝的检验。
电站锅炉中大量使用的金属一般都为铁磁性材料。此类材料中存在缺陷或其他原因引起局部应力集中时，会产生很高的应力能。在应力能的作用下，其内部磁畴在地球磁场中产生畴壁的位移甚至不可逆的重新排列，产生磁弹性以抵消应力能的增加，从而在应力集中区形成微弱的“漏磁场”，表现为金属的磁记忆特性。经过对采集信号的放大、处理后，可显示出材料中的应力集中部位及强弱，从而方便地查找出可能存在缺陷的部位。这就是我们应用金属磁记忆检测选择管座角焊缝抽查样本的物理基础。
利用金属磁记忆仪对角焊缝进行检测时，只要参数选择得当，在没有应力集中的部位，屏幕上的磁记忆信号应该有周期性且均匀显示，当存在一定程度的应力集中时，仪器屏幕上会出现明显的有一定宽度的突变信号。根据现场检验实际经验，建议对管座抽查选择的样本应该包含所有存在明显磁记忆突变信号的角焊缝。
2管座角焊缝的表面质量无损检测
对管座角焊缝表面缺陷进行探测主要采用的方法有渗透和磁粉探伤两种，并且，应尽可能优先选择磁粉探伤。
磁粉探伤时，为排除伪缺陷的干扰，保证探伤仪与工件表面的良好接触，探测前应磨掉角焊缝及其边缘的氧化皮、油漆、锈蚀等直至出现金属光泽，并将咬边等表面宏观缺陷修磨干净。
电站高压锅炉熔化焊角焊缝所连接的材料很多时候为异种钢材，由于材料成分相差较大，特别是当Cr与Mo元素含量相差较大时，磁粉探伤过程中磁痕往往易偏向显示于某一侧的熔合线上。此时，可应用渗透探伤对熔合线上磁痕的真伪进行辨别。如渗透探伤没有显示，则可以排除缺陷的存在。如果渗透探伤仍有缺陷显示，则需进一步以超声波或射线探伤方法予以确认。
3管座角焊缝内部质量无损检测
电站高压锅炉存在大量规格φl33mm和φ108mm接管的安放式管座角焊缝，对于管径大于或等于这两种外径的接管座角焊缝可以采用射线探伤或超声波探伤方法检测。接管外径小于上述尺寸的管座角焊缝一直是无损检测的难点，一般用超声波探伤进行检测。
3.1接管外径大于或等于108mm的管座角焊缝内部质量无损检测对于接管外径大于或等于108mm的管座角焊缝进行射线探伤，主要目的是为了检测出角焊缝中是否存在坡口未熔合、根部未焊透等缺陷。
射线探伤时，由于焊缝长度、宽度范围内透照厚度变化较大，必须采取适当的方法进行补偿，通常采用的方法是异速双片法：为了保证坡口未熔合、根部未焊透等缺陷的最佳检出效果，在进行探伤前，应充分了解焊缝结构特点，并有针对性地选择透照方向；角焊缝透照周向位置一般采用“钟点”定位法定位，工件上12点位置应打上低应力钢印，以便分析缺陷位置、性质并做出适当的处理，同时，评定底片时要注意影像畸变、位移对缺陷显示的影响。
目前，有关管接头角焊缝射线透照方法与验收条件在我国还未有自己的标准，实际应用中一般可参考英国BS及德国DIN等标准的相关内容。
电站锅炉中接管外径大于或等于108mm的管座角焊缝进行超声波探伤通常可参考JB4—73 0—1994《压力容器无损检测》的有关规定，共有5种探测方式，可根据工件的实际状况选择其中一种或几种方式实施检测。但始终应坚持如下原则：以直探头检测为主，直探头检测不到的区域，采用斜探头检测；检测时必须充分考虑角焊缝中可能存在的各类缺陷，并使主声束尽可能垂直于焊缝中的危险缺陷，以保证危险缺陷能被检查出来。
3.2接管外径小于108mm的管座角焊缝内部质量无损检测由于下述三方面因素的存在，接管外径小于108mm的管座角焊缝的超声波探伤一直是检测的难点，这些因素包括：管径小，探伤面曲率大，容易造成声束扩散使得灵敏度降低；管壁薄，声程短，近场干扰较大；为保证尽可能大的扫查范围，探头折射角大，从而容易产生变形波。
经过实验室研究和现场验证，对于接管外径不大于108mm的管座角焊缝，超声波探伤时我们选择小晶片、小前沿探头(晶片尺寸6mm×6mm较为合适，探头前沿长度10≤5mm)，探头频率选择5MHz，此时最小可检出缺陷尺寸约为0.6mm。检测时必须使用至少两种不同折射角的探头：为检出角焊缝上部区域的缺陷，一般选用K=2.5～2.7；但检查根部缺陷时，考虑到端角反射问题，选用K=0.7～1.5，以提高根部缺陷检出能力。检测前为保证探头与工件的充分耦合，探头底面应修磨成圆弧面。
扫描速度调整、DAC曲线的制作所采用的试块选取DL/T820—2002标准的DL—1试块。
探测焊缝层间缺陷与根部缺陷的灵敏度选择依据不同的基准。探测焊缝层间缺陷时，以DL—1试块中由1mm×15mm的通孔为基准。对于接管壁厚为8mm的管座角焊缝，其探伤灵敏度一般选择为φ1mm×15mm，—12dB。探测根部缺陷以相同规格管内部1.5mm深沟槽作为启始灵敏度。
检测过程中，一次波标记点前出现的反射波均为缺陷波。如果二次波在内壁上的转折点在焊缝外侧，反射点位于焊缝中，该反射波可判为缺陷波；如果二次波在内壁上的转折点在焊缝里面，该反射波不能判为缺陷波。
4结束语
角焊缝裂纹 篇5
压力容器安全运行是一项十分重要的安全工作,因此,加强压力容器焊缝及其附近微裂纹的检测就显得尤为重要。压力容器焊缝及其附近区域产生的微裂纹大多数属于延迟性冷裂纹,虽然裂纹很微小,但是能够到压力容器造成极大的危害,产生破裂、泄露、爆炸等诸多严重后果。尽管压力容器出厂或者在使用单位现场组焊过程中会特别关注到压力容器焊缝及其附近微裂纹,但因为这些微裂纹都具有“延迟”性,当时没有检测出来,而是在使用一年多之后,才能被大量发现。本文不探讨因为热处理不及时或者局部应力集中等原因所造成的裂纹,而只在这里对那种及其微小、又不一定完全暴露在工件表面,但是产生于压力容器焊缝及其附近区域的微裂纹的检测方法进行研讨。这种微裂纹一般都不能被肉眼所观察到,而要借助于无损检测仪器才能够得以观察。由于压力容器焊缝及其附近区域本来就是极易出现应力集中的地方,也是特别容易出现事故的地方。而这区域类的微裂纹无疑起到了加速危害的作用,它不但可以降低焊缝强度,引起新的应力集中,而且还能够导致压力容器构件破坏。所以我们可以看出,这些微裂纹往往比宏观裂纹更有危险性。对压力容器中,特别是在役压力容器的检验中,如何有效快速高效地检测出压力容器焊缝及其附近区域产生的微裂纹,提高检测的准确性,这是摆在我们面前、值得大家思考的一个很现实的问题。对于压力容器焊缝及其附近微裂纹检测的探讨,无疑可以加强检测检验把关,保证容器的安全运行。本文就压力容器焊缝及其附近微裂纹的检测进行探讨。
1 常用的无损检测方法及应用
无损检测是以不损害被检对象未来用途和功能为前提,为探测、定位、测量和评价缺陷,评估完整性、性能和成分,测量几何特征,而对材料和零(部)件进行的检测。常规无损检测技术主要有:射线检测、超声波检测、渗透检测、涡流检测、磁粉检测。
第一种射线探伤法(RT),能比较直观地对缺陷定性和定量,底片可长期保存。此方法已广泛应用于锅炉压力容器压力管道的检验。但对于微裂纹检测,却受到微裂纹本身取向及其宽度和深度的影响,加之透照、暗室处理等诸多环节因素,其过程处理稍有不当,结果将事倍功半,检测灵敏度降低,甚至无法检出。
第二种超声波探伤法(UT),利用超声波在不同的介质中传播时,将产生反射、折射、散射、绕射和衰减等现象,使我们由接收换能器上接收的超声波信号的声时、振幅、波形或频率发生了相应的变化,测定这些变化就可以判定建筑材料的某些方面的性质和结构内部构造的情况达到测试的目的。
第三种是渗透探伤法(PT),能有效检测非多孔性材料的表面开口裂纹,但对于不开口的近表面缺陷却无能为力,加之成本较高,焊缝的后清洗困难。用于压力容器焊缝及热影响区的大面积检测,是一种低效高耗、不经济、不可取的方法。
第四种是涡流检测,给一个线圈通入交流电,在一定条件下通过的电流是不变的。如果把线圈靠近被测工件,像船在水中那样,工件内会感应出涡流,受涡流影响,线圈电流会发生变化。由于涡流的大小随工件内有没有缺陷而不同,所以线圈电流变化的大小能反映有无缺陷。涡流检测时线圈不需与被测物直接接触,可进行高速检测,易于实现自动化,但不适用于形状复杂的零件,而且只能检测导电材料的表面和近表面缺陷,检测结果也易于受到材料本身及其他因素的干扰。
第五种是磁粉探伤法(MT),它能有效地检测铁磁性材料表面和近表面裂纹,但对于压力容器上的人孔、支柱、接管角焊缝,其探伤作用受到了一定的限制。
2 压力容器焊缝及其附近微裂纹检测特点及步骤
为了保证压力容器制造质量和使用安全,根据《压力容器安全技术监察规程》中的规定,对其焊接的焊缝质量采用无损检测方法进行检查显得极为必要。
2.1 压力容器焊缝及其附近微裂纹检测特点
1)大型的焊接构件
与一般工件区别的是,压力容器属较大型的焊接构件,其体积、重量都很大,有较多的对接、角接和搭接焊缝,磁粉检测时只能进行局部磁化,要求选用的检测设备与器材能适应局部磁化的同时,又具备较高的检测效率。
2)特种设备
很多压力容器是在高温高压的介质环境下使用,一旦发生爆破事故,将对国家财产和人民的生命安全带来重大损失,因此不允许焊缝存在裂纹之类的危害性缺陷,要求采用的检测工艺和操作方法具有较高检测效率的同时,又必须具有较高的综合检测灵敏度;以确保检出危害性缺陷,保证其运行安全。
3)恶劣的现场检测条件
有些待检测的压力容器属于在役状态,被检焊缝的表面结构复杂且不可移动和转动,被检测焊缝部位大多数处于立面和仰面,有的要处于高空或阴暗的环境下操作。要求检测设备器材必须轻便耐用,检测工艺和操作方法能适应在恶劣的现场。
2.2 压力容器焊缝及其附近微裂纹检测步骤
压力容器焊缝及其附近微裂纹的检测主要是检验焊缝的外观成型质量,检验内容一般为焊脚高度,咬边,焊接变形,焊瘤,弧坑,焊缝直度等当然还有焊缝的内在质量,如夹渣,气孔,未焊透,裂纹,未熔合等。
压力容器焊缝及其附近微裂纹检测步骤主要是以下一些方面。
1)对有压力容器内外表面和焊缝及热影响区用肉眼普查一遍,大致对哪些地方存在裂纹有一定的了解,对检测人员有怀疑的部位用进行仔细观察,必要时可以采用放大镜,发现确实可能出现微裂纹的地方,应该加以标志做好记录。
2)由于压力容器被检表面状态对缺陷检出灵敏度影响很大,清洁的工件表面是检测取得成效的前提。从诸多容器发生破坏事故的教训表明,使用中产生的危险性缺陷大多位于与介质接触的内表面,因此容器内部的介质污迹、锈蚀和氧化皮必须清理干净并经检测人员检查合格。待检查合格之后,就可以对压力容器焊缝及其附近微裂纹进行无损检测,例如我们可以采用百分之百磁粉探伤的方法,由于容器内外表面需检测的焊缝部位分别处于平、横、立、仰的全位置状态,检测前须用A1-30/100型标准试片校验仪器及磁粉的系统灵敏度,试片应贴于操作条件最为恶劣、对检测灵敏度影响最不利的仰立部位(如球形容器内上极板焊缝,卧式容器内表面顶端焊缝)来校核综合性能灵敏度,才能保证不会发生缺陷漏检。值得注意的是:对一般介质的容器焊缝磁粉检测,通常选用磁膏配制的水基磁悬液,磁粉颜色须与被检表面有较大反差。用磁膏配制水基磁悬液时必须注意:先把磁膏与少量的水混合研磨成糊状,再按规定加入规定量的水剂,这样配置的磁悬液浓度比较均匀,悬液中磁粉不结团,检测灵敏度较高。在对盛装油性介质的容器磁粉检测,如果被检内表面焊缝的油膜难以处理干净、或者作水断试验不合格时,则必须选用油基磁悬液,即使用高闪点、低浓度的无臭味煤油载液配制的油基磁悬液,亦可选用50%煤油+50%变压器油配制。用磁膏配制油基磁悬液时也同样注意先把磁膏与少量的油混合研磨成糊状,再按规定加入规定量的油剂。对比较光滑的被检表面或是位于仰立部位焊缝的检测,宜用粘性较大的油载液(比如用30%煤油+70%机油)来配制磁悬液,以防止磁化检测时,磁悬液流淌速度太快造成磁粉无法在缺陷表面聚积而发生漏检。
同时,我们知道,压力容器出现问题的地方通常是在人孔、支柱、接管角的焊缝区,在这些关键地方我们要进行着色探伤。重点是我们第一步通过肉眼观察确定可能出现裂纹的地方。
3)对压力容器对接焊缝进行百分之百的超声探伤或者百分之百渗透探伤等方法。
4)对前面利用百分之百磁粉探伤、着色探伤、百分之百的超声探伤或者百分之百渗透探伤等方法发现出现问题的地方(压力容器焊缝及其附近微裂纹区域内),再次利用射线探伤复查,以保证检测结果的准确性。我们在检测中要树立一个思想,就是对于任何一种检测方法所发现的可疑裂纹,要持慎重的态度,不要急于下结论,而是采用会诊的方式,利用各种检测方法再进行重点复查,我们还可以为了保证更加准确,可以让检测人员畅所欲言、对检测结果发表意见。通过这些工作,我们就可以确定压力容器微裂纹的位置、走向、埋藏深度,从而确定修复方案,确保压力容器安全运行。
3 结束语
总之,在前面的探讨中,我们可以发现,只采用一种无损检测方法来检测压力容器焊缝及其附近微裂纹,无论那种检测方法如何的先进,如何的高效,进检测结果必然会存在很多局限和疏漏,容易造成漏检。我们认为:压力容器焊缝及其附近微裂纹的检测应该综合运用各种无损检测方法,相互取长补短,做到合理科学地结合检测的压力容器实际情况来运用各种检测手段,确保压力容器安全运行。
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角焊缝裂纹 篇6
一、压力管道焊缝产生裂纹的原因
1.“水锤”现象导致裂缝产生
在实际操作中每次送汽都没有按操作规程去做, 而是直接将送汽阀很快打开而且未将所有的疏水阀打开, 直接把蒸汽送到用汽设备, 这样就造成送汽管路上经常发生水击即“水锤”现象。高温蒸汽200℃多的新蒸汽快速与管道内凝结的冷凝水相遇, 蒸汽被冷却, 体积缩小, 局部形成真空, 汽与水发生了高速冲击, 高速流动的水突然被截止, 具有很大惯性力水, 撞击了管道及其焊缝, 同时伴随巨大的震动和噪声, 这就是“水锤”现象。由于“水锤”的发生造成压力管道焊缝开裂, 同时管道蒸汽温度经常变化, 有时送汽有时停送, 由于温度的变化, 焊缝承受了交变应力, 这又加速了焊缝开裂的可能性。
2. 焊缝裂纹修补工艺不当导致再次泄漏
正确的焊缝维修工艺:应该将原开裂的焊缝用角向磨全部清除, 并打出V型30°坡口间距2mm, 焊缝两侧20~30mm处范围内要清除油污、锈蚀漆片并露出金属光泽, 施焊前对焊口要进行预热至150℃, 施焊由持有合格证焊工采用E5015准3.2mm焊条, 该焊条脱氢性能好, 有利于提高焊缝金属的塑性, 防止冷裂缝的产生。焊条使用前, 应按规定在250~350℃温度下烘焙, 烘焙时间1~2h, 焊机使用直流焊机反接法, 焊接电压为380V, 采用120~140A的电流进行施焊。焊完后要进行100%的自检, 然后对称加热至暗红色, 用粗石棉绳包扎, 消除焊接的热应力, 提高焊缝的韧性, 防止管道产生裂纹。
二、预防压力管道焊缝开裂泄漏的措施
1. 严格执行锅炉运行规程
每次向车间送汽时一定要按锅炉运行操作规程进行操作, 在送汽时一定要先将各处的疏水阀打开, 然后缓慢将送汽阀打开, 进行暖管, 这时要检查管道及设备有无异常, 如果有震动就可能发生“水锤”, 就要停止送汽, 消除震动后才能送汽, 同时要注意锅炉汽压水位的变化, 及时进行调整。
2. 加强对压力管道的检验, 如有问题及时处理
在停送汽期间要全面仔细对管道焊缝、膨胀节、支吊架、弹簧法兰、螺栓、垫片等按特检中心要求进行检验。1年做一次水压测验, 发现问题, 及时处理。在处理缺陷时, 应按维修工艺技术规程进行工作, 才能达到预期的效果。
三、结束语
到目前为止, 按照上述工艺修复的压力管道已安全运行540天, 未出现任何异常现象, 确保了企业设备的安全运行, 为企业创造了较好的效益。
摘要：分析了锅炉压力管道焊缝开裂的原因, 经采取有效措施, 确保了压力管道的安全稳定运行, 取得了较好效益。
角焊缝裂纹 篇7
无损检测方法的选择, 由制造单位根据设计图样、《容规》和有关标准的规定确定。GB150将无损检测方法的选择权交给设计单位, 由其在设计图样上确定。对于, 一般的压力容器对焊接接头采用射线探伤≥20%, 根据相关标准, 经过局部射线的焊接接头, 若在检测部位发现超标缺陷时, 则应进行不少于该条焊接接头长度10%的补充局部检测;如仍不合格, 则应对该条焊接接头全部检测。
1 问题的提出
在压力容器的产品制造中, 焊接接头中的裂纹一般是最为严重的缺陷, 是不允许存在的。在实际监督检验工作中, 发现垫板接头处的主体焊缝特别容易出现横向裂纹, 严重的基本上横向贯穿整条焊缝, 深度也达焊缝厚度的一半左右。
对于压力容器筒体内无法焊接的焊缝, 或筒体内径小于600mm, 只能单面焊且有全焊透要求的环向焊缝, 为了保证焊接质量, 在制造中经常会采用内衬垫板的办法。在使用垫板时, 环焊缝垫板至少会有一个垫板接头。若垫板接头处理不好, 往往会造成主体焊缝在垫板接头处出现裂纹, 而该部位又未进行射线检测的话 (许多容器的焊接接头只需不小于20%射线检测, 且此处并非必检部位, 因此很可能未检测) , 则会对压力容器的安全使用产生相当大的危害。
2 裂纹的产生
我市的一些压力容器制造厂在遇到有垫板的焊缝时, 一般在垫板接头处先行焊接, 基本上没有在此处的主体焊缝上发现横向裂纹。但由于先在垫板接头处进行焊接, 由此也产生了一个比较难以处理的问题:在拍片时, 经常在此处发现有超标缺陷 (主要为非裂纹性缺陷, 如圆形缺陷、条状缺陷等) , 但由于难以确定此超标缺陷是在主体焊缝内还是在垫板接头焊缝内 (实际上大部分的超标缺陷是在垫板接头的焊缝内) , 而往往造成此处主体焊缝不必要的返修, 从而影响了制造质量, 增加了制造成本, 造成了不必要的浪费。
为了避免垫板接头焊缝内焊接缺陷引起的以上混淆, 一些压力容器制造厂便决定对垫板的接头不进行焊接, 以减少不必要的返修。采用这一制造工艺后, 垫板接头处主体焊缝不必要的返修是消除了, 但随之也出现了另一个严重的问题:当垫板接头处垫板的装配间隙过大时, 主体焊缝便很容易在此处出现横向裂纹 (装配间隙在1.5mm以内, 则基本无此现象) 。见示意图 (图1、图2) 。
由于垫板接头不进行焊接, 在垫板接头装配间隙较大的情况下, 主体焊缝施焊时, 在此处便产生熔敷金属下垂的情况 (见图2) 。在此种情况下, 垫板及熔敷金属在冷却收缩时, 便极易将下垂处熔敷金属拉裂而出现横向裂纹。据不完全统计, 出现此种裂纹的比例占此处射线底片量的10%左右。经返修确认, 大部分裂纹的位置在熔敷金属的下垂处, 但也有少数裂纹已扩展至主体焊缝金属内, 最严重的达主体焊缝金属厚度的一半, 横向 (宽度方向) 已基本上贯穿焊缝。
对于此种情况, 部分制造厂的无损检测人员认为下垂处的熔敷金属已在主体焊缝金属厚度之外, 因此对此处的裂纹未作任何处理, 射线检测判断为合格。监检人员在抽查底片时发现了这一问题, 认为裂纹是延伸性缺陷, 虽在主体焊缝之外, 但很可能会在受力后延伸扩展而造成事故, 故要求其作返修处理, 经射线检测合格后才予认可。
3 采取的措施
鉴于垫板接头处主体焊缝上出现的上述问题, 本人认为可以采取以下措施予以解决 (经过实践试验, 效果良好) :
1) 垫板装配后, 其接头处应进行焊接处理 (若能保证垫板的装配质量, 控制垫板接头装配间隙在1.5mm以内, 则也可不必对垫板接头进行焊接) , 并且按照主体焊缝的焊接工艺要求, 严格执行, 认真焊接, 以尽可能减少垫板接头焊缝中超标缺陷特别是裂纹的产生。
2) 垫板接头焊接后, 对垫板接头的焊接部位进行工艺性射线检测。只要没有发现裂纹, 均予以认可。如发现焊接处有裂纹, 则必须将裂纹消除后才能进行下一步工作。
3) 主体焊缝施焊结束后, 如所拍底片在垫板接头处有超标缺陷, 则将主体焊缝底片与原垫板接头底片进行对比。只要是垫板接头焊缝上原有的缺陷, 便可确定主体焊缝是合格的, 不需返修。若出现原垫板接头底片上没有的超标缺陷, 则必须返修。
总结, 经按上述要求处理后, 既杜绝了垫板接头不焊接的情况下主体焊缝容易出现的横向裂纹, 也解决了垫板接头焊接后主体焊缝的一些不必要的返修。因此, 既提高了压力容器的安全性能, 也取得了良好的效益。
参考文献
[1]GB150-2011压力容器.
[2]TSGR0004-2009固定式压力容器安全技术监察规程.
角焊缝裂纹 篇8
在现代的工业制造领域中，焊接是一种被广泛应用于的基础工艺方法，而焊缝的质量直接决定了未来工件的使用周期。因此检测工作者最急切关心的问题是如何准确可靠的对焊缝进行检测和评价。目前针对焊缝的常规检测方法中，磁粉检测凭借具有高灵敏度、检验速度快、成本低、工艺简单等诸多优点，在检测焊缝方面起着重要的作用[1]。但是现行使用中仍然采用人工目测进行焊缝的缺陷识别，容易导致工作人员的劳动强度大、漏检率高。为了提高检测结果的可靠性，减少人工评定差异。本文提出了一种焊缝裂纹缺陷的磁粉检测自动识别方法。
在实验室条件下，建立了焊缝的磁痕图像采集系统，应用现代图像处理技术开展了焊缝的磁痕图像复原、裂纹缺陷的筛选和识别的算法研究，理论上可以对焊缝的缺陷位置、数量和长度的可视化，实现焊缝缺陷的自动识别。
1 焊缝磁痕图像采集系统
焊缝的磁痕图像采集系统分别由交叉磁轭、磁悬液喷淋结构、照明和CCD相机构成。图像采集系统流程图，如图1所示。
在实验室的条件下，将试件放入焊缝的磁痕图像采集系统工作台中。焊缝上的缺陷方向常常无规律，为了防止磁化不完整而出现的漏检，我们采用交叉磁轭方法旋转磁场将工件表面的磁化[2]。由于磁场会在工件表面的缺陷处溢出，磁粉会在溢出磁场处形成缺陷状磁痕，所以设计了磁悬液喷淋结构，让缺陷的形态特征在试件上显现出来。通过高分辨率CCD摄像机、图像采集卡等将已经处理的试件摄影拍片，使其转换为数字图像在计算机上存储显示，以方便于更好的数据记录和后期的图像处理[3]。采集后的图片，如图2所示。
2 焊缝磁痕图像复原研究
图像复原是主要目的是改善图像的质量，尽可能提高与真实图像的逼近度。它的中心思想是分析图像退化的原因，根据相应的退化模型修复模糊图像，提高图像的清晰度。在实际检测时，由于工况复杂常常伴随采集系统与焊缝之间的抖动造成了图像模糊，而我们需要较为清晰的、质量高的缺陷图像[4]为后续的缺陷识别研究打下良好的基础。
本文针对焊缝的磁痕模糊图像，建立了图像匀速直线运动退化模型，通过系统的辨识方法对磁痕图像的运动模糊方向和尺度进行鉴别，估计出点扩散函数（点扩散函数的精确度直接影响着图像复原的效果）。然后根据图像退化的逆过程，采取Richardson-Luey迭代非线性恢复算法复原出与原始图像相近的图像，并且随着迭代次数的增多，磁痕图像能够获得相对较好的结果。焊缝的磁痕恢复图像，如图3所示。
3 焊缝的裂纹缺陷提取
形态学主要目的是研究图像形态的几何特征。它的基本思想是用具有一定形态的结构元素去度量和提取图像中的对应形状以达到对图像分析和识别的目的[5]。图像分割是按照一定的原则将一幅图像或景物分为若干个特定的、具有独特性质的部分或子集，依据图像亮度值的不连续性和相似性，将图像中感兴趣的目标提取出来。在本文中，首先要把采集到的裂纹磁痕图像进行图像预处理，然后采用类似形态学梯度运算，能够很好的保留裂纹缺陷基本的形状特性并除去不相干的结构。再利用阈值分割将缺陷与背景区分出来。
本文借鉴了灰度形态学梯度的思想，采用了类似形态学梯度的运算方法，能够把焊缝缺陷的形态特征完整的保留下来。经过形态学的梯度运算，得到运算结果，可以避免整幅图像因灰度不均造成的目标亮暗不均的问题。我们常常把裂纹缺陷作为局部亮灰度值像素聚集成的线条，因此选取合适的结构元素，可以很好的兼顾了裂纹形态特征。实现了将焊缝图片中与裂纹缺陷无关的部分进行消减或去除掉，如图4所示。
为便于分析，将灰度形态学梯度的核心运算记为F:
类似形态学梯度的核心运算记为F':
其中：f为缺陷预处理后的灰度图像；
b为选取的结构元素。
本文采用ostu自适应阈值算法，用于分割裂纹缺陷和背景，采用此方法提取的裂纹缺陷，计算简单，缺陷边缘具有一定的连续性，保存了更多的裂纹缺陷的原始细节，并且可以方便了后续的缺陷特征提取工作[6]，如图5所示。
4 焊缝的裂纹缺陷筛选
本文的裂纹缺陷筛选是根据缺陷的形态特征，提取出一组能够识别裂纹缺陷的特征参数。通过这组参数来对图像区域进行比对筛选，并最终得到裂纹缺陷图像。
观察工件表面图像，裂纹缺陷具有形状如下特点：
1）在局部范围内亮度较高，即灰度值较大；
2）呈细条状，长宽比较大；
3）一般不会表现为直线状，有一定的弯曲度；
4）平滑性较好，具有自然的连续性[7]。
判断一个连通域是否为裂纹缺陷，一般首先从形状做出判断，通过应用不同的特征参数对焊缝上的裂纹的形状特征进行描述区分。本文采用了裂纹的圆形度、长度、长宽比、平均宽度四个特征参数来描述裂纹的形状，统计图像中的所有连通域的这四组特征参数，将不符合裂纹特征的连通域定义为伪裂纹区域，应用这种方式将裂纹和伪裂纹进行区分并将伪裂纹进行清除，如图6所示。
将裂纹的圆形度、长宽比、平均宽度分别记为R、T、D:
式中，S为连通域的面积；
L为连通域的周长；
l为连通域长度；
a为连通域内像素点个数。
5 裂纹缺陷的识别研究
经过前期的图像预处理，图像分割和裂纹筛选等过程，完成了焊缝裂纹的缺陷提取。但在实验中发现，图像在缺陷提取中进行大量的数学运算必然存在信息的损失，并且在数字空间中进行的形态学变换运算与连续空间中的变换处理可能存在着某些图像边缘畸变现象，造成缺陷信息的损失。本文采用形态学修复的方法，先去除可能存在的噪声干扰，再利用区域生长的方法修复裂纹的边缘，使裂纹缺陷图像与焊缝裂纹原始样貌更为贴近，如图7所示。
最后将修复后的缺陷图像送入缺陷识别系统中，系统对焊缝的缺陷进行标记，并且在图像上对每个连通域用红色数字标注并显现出来。针对裂纹的缺陷特点，采用了8连通判别方法对图像中的连通域分配相应标号[8]，这种方法能将所有的缺陷用不同数标标记，并且能够记录下每条裂纹缺陷的所在位置信息，如图8所示。然后统计出每条裂纹相对长度，如表1所示，并进行在线记录存档。通过标记后的裂纹缺陷图像和相应信息表格使工作人员能够快速直观的识别裂纹缺陷、了解工件表面及近表面的缺陷状况，方便了数据的存储和记录，加快检测速度，提高工作效率。
本文研究的识别方法可以直接观测缺陷图像中裂纹形态，并对每条裂纹缺陷的状况和形态等的信息进行记录和存档，方便工作人员统计。
6 结论
本文针对焊缝裂纹缺陷尝试性开展了焊缝裂纹磁粉检测缺陷识别方法研究，得出了以下四个方面的结论：
1）建立了焊缝的磁痕图像采集系统，将焊缝上的磁痕转换为计算机识别的数字图像；
2）针对焊缝的磁痕模糊图像进行了复原研究，为后续的缺陷识别研究打下良好的基础；
3）提出了基于数学形态学的图像分割算法，采用类似形态学梯度的方法和ostu自适应阈值分割提取出焊缝上的裂纹缺陷。同时依据裂纹的缺陷形态特征，对焊缝裂纹缺陷图像进行了比对筛选；
4）采用了8连通判别方法对裂纹缺陷进行标记，记录下每条缺陷的所在位置信息，统计出每个连通域的长度等有效信息并进行在线记录存档。实现了焊缝裂纹缺陷的自动识别。
摘要：磁粉检测的评价依据是缺陷处形成的磁痕。目前的焊缝磁粉检测主要依靠人工目测,因此经常会出现漏检、误检等情况。提出了一种焊缝裂纹缺陷的磁粉检测识别方法。在实验室条件下,建立了焊缝的磁痕图像采集系统,应用现代图像处理技术,分别开展了焊缝的磁痕图像恢复、裂纹缺陷提取和缺陷的识别统计等方面研究,实现了焊缝裂纹缺陷的自动识别。
关键词：磁粉检测,焊缝,图像处理,裂纹提取,识别
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角焊缝裂纹 篇9
主蒸汽管道从锅炉高温过热器出口集箱引出, 引出管为Φ610×90mm, 材质A335P91, 经大小头变径为Φ450×41mm, 材质A335P91。在距离第一个弯头垂直焊口约1 500mm处的水平段管子上安装有放空气管 (管径Φ42×5.5mm, 材质12Cr1MoVG) 。
再热蒸汽热段管道分两路从锅炉高温再热器出口集箱引出, 引出管均为Φ557.6×24.8mm, 材质A335P22, 经三通汇合后, 管径变为Φ747.5×34mm, 材质A335P22。三通出口焊口至第一个弯头焊口之间水平段管子长度为2450mm, 在距离第一个弯头焊口约500mm处的水平段管子上安装有放空气管 (管径Φ28×2.5mm, 材质12Cr1MoVG) 。再热蒸汽热段管道母材及放空气管道角焊缝出现大量裂纹的位置, 就发生在长度为2 450mm, 且距离第一个弯头焊口约1 000mm范围内的水平段管子上 (见图1) 。
1事件经过
2010年初, 新密电厂#1锅炉再热蒸汽热段管道放空气管 (管径Φ28×2.5mm, 材质12Cr1MoVG) 焊缝根部出现漏汽现象, 泄漏量很小, 属于轻微飘汽, 经研究后决定继续观察、监护运行。当时机组正常运行, 并无检修作业和操作工作, 排除人为干扰造成漏汽, 初步分析原因可能是放空气管与管座根部对接焊缝出现裂纹或由原始焊接缺陷造成的。
2查出问题
2010年上半年, 新密电厂利用#1机组调停检修和#2机组大修机会, 委托河南电力试验研究院对#1锅炉再热蒸汽热段管道放空气管角焊缝处漏汽原因进行分析, 在查清泄漏原因的基础上, 对#1、2锅炉主蒸汽管道、再热蒸汽热段管道放空气管焊缝及母管进行了全面探伤检验。检验结果如下:
1) #1锅炉主蒸汽管放空气管焊缝及筒体:超声波检验未发现可记录缺陷;2) #1锅炉再热蒸汽热段放空气管焊缝周围及筒体:超声波检验发现从放空气管管座沿气流方向至弯头焊缝长约250mm、周向宽度150mm范围有大量裂纹, 裂纹最深已延伸至外壁 (即内外贯穿) 。这也是#1锅炉再热蒸汽热段管道放空气管焊缝根部出现漏汽的主要原因 (图2) ;3) #2锅炉主蒸汽管放空气管焊缝及筒体:超声波检验未发现可记录缺陷;4) #2锅炉再热蒸汽热段放空气管焊缝及筒体:超声波检验发现空气管孔四周多处缺陷信号, 管座沿气流方向至弯头焊缝筒体内壁有多处缺陷信号 (图3) ;5) #2锅炉再热蒸汽热段放空气管焊缝探伤:磁粉探伤检查放空气管与管座对接焊缝发现焊缝下沿熔合线裂纹类缺陷磁痕, 长约80mm (见图4) 。
经磁粉探伤检查, 认定#1、2锅炉主蒸汽管筒体 (管径Φ450×41mm, 材质A335P91) 及放空气管焊缝超声波检验均未发现可记录缺陷。
#1锅炉再热蒸汽热段筒体 (管径Φ747.5×34mm, 材质A335P22) 及放空气管 (管径Φ28×2.5mm, 材质12Cr1MoVG) 焊缝周围:超声波检验发现从放空气管管座沿气流方向至弯头焊缝长约250mm、周向宽度150mm范围有大量裂纹, 裂纹最深已延伸至外壁。
#2锅炉再热蒸汽热段筒体 (管径Φ747.5×34mm, 材质A335P22) 及放空气管 (管径Φ28×2.5mm, 材质12Cr1MoVG) 焊缝:超声波检验发现空气管孔四周多处缺陷信号, 管座沿气流方向至弯头焊缝筒体内壁有多处缺陷信号。
3原因分析
再热蒸汽热段放空气管有较长的垂直管段和水平段, 且外部保温效果较差, 在机组停机时, 由于管子内外温差较大, 这样两者之间就形成强烈的热交换, 使放空气管内距离再热热段管道较远的蒸汽冷凝, 且距离再热热段管道越远, 蒸汽冷凝越快。当冷凝水量达到一定量时, 就会顺着放空气管回流到再热热段管道内壁上, 而此时再热热段管道内壁温度较高, 于是在放空气管口再热管道的内壁就会产生较高的热应力。在此交变热应力的反复作用下造成母管及放空气管管座产生大量的热疲劳裂纹。
4采取措施
1) 金属材料的疲劳强度对各种外在因素和内在因素都极为敏感, 应从各种工艺和结构上合理优化, 从而预防和减少金属部件损伤和失效;2) 对发现有裂纹的#1、2锅炉再热蒸汽热段管道进行更换, 为安全起见, 裂纹管段两端各加长500mm母管进行更换。
(1) 再热蒸汽热段管道对接焊接坡口如图5所示;热段管道和放空气管座焊接坡口如图6所示; (2) 坡口加工采用机械加工的方法进行加工, 热段管道对接前对现场管道坡口处进行磁粉探伤检查, 确保无裂纹缺陷。预热前在坡口内设置定位块, 定位块三个位置点固, 点固块要求等距离布置在坡口圆周内侧, 待预热结束并开始电焊焊接时, 除去“定位块”, 且除去“定位块”时, 不得损伤母材, 并将其残留焊疤清除干净, 确认该处无裂纹等缺陷后, 方可继续施焊; (3) 由于P22钢材的淬透性和淬硬性都很大, 焊接过程中在焊缝及热影响区易产生脆硬的马氏体组织, 在焊缝内部形成较大的内应力, 为此应做好焊前预热和焊后热处理措施;
(4) 焊材选取见下表
(5) 焊接工艺:热段管道对接焊口、热段管道与放空气管角焊缝采用氩弧焊打底电焊填充及盖面的方法进行焊接。放空气管采用全氩弧焊的焊接方法进行焊接。放空气管对接不用预热及焊后热处理, 其余焊接采用焊前预热200℃~300℃, 焊后进行720℃~750℃恒温1.5小时的焊后热处理工艺;
(6) 为了减少焊接应力与变形, 宜采用两人对称焊接。水平固定管焊至平焊位置, 不得两人同时在一处收弧, 避免温度过高, 引起局部过热。
3) 对#1、2锅炉再热蒸汽热段放空气管进行改造, 将放空气管垂直段加长200mm, 使放空气管水平段“前高后低”, 留足疏水坡度, 防止凝结水回流到再热蒸汽管道;4) 对放空气管做好保温, 尽量不使放空气管内蒸汽过早、过快冷凝;5) 在放空气管出口200mm处加装隔离门进行隔离, 该阀门运行过程中处于常开状态, 在机组停机时关闭, 机组开启正常后打开该阀门通汽。
5结论
建议其他同容量同参数, 使用相同材质的发电企业, 加强对300mW机组锅炉再热蒸汽热段管道 (材质A335P22) 及放空气管 (材质12Cr1MoVG) 的关注, 利用机组停检机会, 对上述材料及部位进行检查, 及时消除设备隐患, 确保发电机组安全稳定经济运行。
摘要：本文通过介绍300MW机组锅炉再热蒸汽热段管道母材及放空气管道角焊缝, 出现大量裂纹的案例, 提出再热蒸汽热段放空气管焊缝裂纹的处理方法、防治措施, 对同容量同参数, 使用相同材质的发电机组检修维护具有一定的参考价值。
关键词：300MW锅炉,再热热段,裂纹,防治措施
参考文献
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