長(zhǎng)輸管道對(duì)接焊縫超聲波檢測(cè)缺陷判析

劉增 史海寧 吳恒威 崔亞強(qiáng)

摘要：本文著重論述了執(zhí)行SY/T4109-2013《石油天然氣鋼質(zhì)管道無(wú)損檢測(cè)》標(biāo)準(zhǔn)對(duì)長(zhǎng)輸油氣管道對(duì)接焊縫進(jìn)行超聲波檢測(cè)的實(shí)際應(yīng)用，介紹了作者長(zhǎng)期從事長(zhǎng)輸油氣管道焊縫超聲波檢測(cè)的一些實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)見(jiàn)解，通過(guò)實(shí)踐應(yīng)用，文中針對(duì)長(zhǎng)輸油氣管道對(duì)接焊縫常見(jiàn)缺陷的產(chǎn)生原因、多發(fā)部位、波形的判斷分析和評(píng)判的注意事項(xiàng)進(jìn)行了詳細(xì)論述。

關(guān)鍵詞：長(zhǎng)輸管道；超聲波檢測(cè)；檢測(cè)技術(shù)；缺欠評(píng)定；應(yīng)用

長(zhǎng)輸管道是目前國(guó)內(nèi)原油、成品油運(yùn)輸?shù)闹饕绞?，一般以薄壁管采用下向焊的焊接方式焊接而成，超聲波檢測(cè)是其對(duì)接焊縫的主要檢測(cè)手段。受近場(chǎng)區(qū)、曲率半徑以及焊接方式和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)條件的影響，檢測(cè)過(guò)程中缺陷的判斷和定性干擾因素較多，容易引起誤判，造成不必要的返修。筆者在檢測(cè)過(guò)程中積累了一些實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，提高了長(zhǎng)輸管道渡劫焊縫超聲波檢測(cè)的可靠性?，F(xiàn)以日照-濮陽(yáng)-洛陽(yáng)原油管道工程（管徑762mm，管道壁厚11.9/12.7/15.9mm）的管道為例，對(duì)管道焊接中常見(jiàn)缺陷的判斷、定性和影響因素進(jìn)行分析。

1.影響管道對(duì)接焊縫超聲波檢測(cè)的因素及解決方法

1.1 曲率半徑和散射作用的影響

由sinα/sinβ=c1/c2（c表示介質(zhì)中超聲波聲速）可知，當(dāng)聲束進(jìn)入有機(jī)玻璃/鋼界面時(shí)會(huì)產(chǎn)生折射，隨著晶片尺寸的增大，折射角亦增大，折射角越大，散射現(xiàn)象越嚴(yán)重；同時(shí)由于管道曲率半徑的影響，為保證探頭與檢測(cè)面緊密接觸，選擇較小的晶片尺寸，一般控制在8mm。

1.2 近場(chǎng)區(qū)的影響

管道的管徑較薄為提高定位的準(zhǔn)確性，應(yīng)盡量在遠(yuǎn)場(chǎng)條件下檢測(cè)。由近場(chǎng)長(zhǎng)度N=D2/4λ可知，當(dāng)頻率?一定時(shí)，D值越小，N值越小，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)場(chǎng)檢測(cè)。

1.3 焊縫表面無(wú)法磨平的影響

檢測(cè)時(shí)，焊縫表面無(wú)法磨平，焊縫的根部檢測(cè)有一定影響，宜小前沿探頭，探頭角度應(yīng)依據(jù)被檢管線(xiàn)壁厚，預(yù)期探測(cè)的缺陷種類(lèi)選擇，盡量使直射波掃查到焊縫根部以上區(qū)域。

1.4檢測(cè)面粗糙度的影響

檢測(cè)面應(yīng)清除焊縫飛濺、鐵屑、油污、以及其他表面雜質(zhì)，探傷表面應(yīng)平整光滑，便于探頭自由掃查，考慮到曲率半徑和表面粗糙度的影響，檢測(cè)時(shí)靈敏度補(bǔ)償4dB，檢測(cè)過(guò)程中每間隔4小時(shí)或檢測(cè)工作結(jié)束后應(yīng)對(duì)時(shí)基掃描線(xiàn)比例和靈敏度進(jìn)行校驗(yàn)，調(diào)節(jié)探頭磨損后的參數(shù)變化。

2、檢測(cè)方法

執(zhí)行SY4065-93《石油天然氣鋼質(zhì)管道對(duì)接焊縫超聲波探傷及質(zhì)量分級(jí)》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，Ⅱ級(jí)合格。儀器選用CUD-2030型數(shù)字超聲波探傷儀。探頭選用5MHz8mm×8mmK2.5方晶斜探頭，前沿距離L均為5mm。為了接近現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)條件，選擇SGB-5型曲面試塊測(cè)定K值和入射點(diǎn)及組合性能。儀器按水平1：1調(diào)節(jié)。使用SGB-5型曲面試塊制作距離-波幅曲線(xiàn)。采用一次波法和一次反射法在焊縫的單面雙側(cè)進(jìn)行檢測(cè)，掃查范圍為2KT+50mm。

聲路圖如下：

D406×6.4管道，厚度為6.4mm，焊縫寬度為10mm。采用一次波法檢測(cè)時(shí)，當(dāng)探頭前端與焊縫余高相接觸無(wú)法向前推進(jìn)時(shí)，主聲束自入射點(diǎn)A出發(fā)與焊縫中心線(xiàn)相交于c，距底面距離為χ，由[ 6.4K-（b/2+L）]/6.4K=χ/6.4 得 χ=2.4mm。探頭向后移動(dòng)，用一次反射法檢測(cè)，可掃查到c點(diǎn)以上區(qū)域。

通過(guò)計(jì)算以上方法可以?huà)卟榈胶缚p的整個(gè)截面。探頭在焊縫兩側(cè)正對(duì)焊縫做鋸齒狀掃查，相鄰兩次掃查至少有10%重疊，掃查速度小于150mm/s。為區(qū)分缺陷真?zhèn)位虼_定缺陷位置和方向，還可以采用前后、左右、轉(zhuǎn)角等多種掃查方式。

3、缺陷的判定

檢測(cè)時(shí)，用一次波法探測(cè)焊縫下部缺陷，用一次反射法探測(cè)焊縫中上部缺陷。掃查時(shí)，最高反射波的水平定位距離≥（6.4-2.4）K =10mm時(shí)方為缺陷波?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)，一般根據(jù)反射波的水平位置來(lái)判別缺陷。

反射波水平定位不到焊縫中心線(xiàn)，在靠近探頭一側(cè)的焊縫區(qū)或熱影響區(qū)，該反射波為缺陷波。

一側(cè)掃查，反射波水平定位在焊縫中心線(xiàn)上，且另一側(cè)水平定位也在焊縫中心線(xiàn)上，則該反射波為根部缺陷。

僅能從焊縫一側(cè)探測(cè)到，水平定位在焊縫中心線(xiàn)上，該反射波按錯(cuò)邊論處。

反射波的水平位置出現(xiàn)在一、二次波的前面，偏離焊縫中心線(xiàn)，靠近焊縫邊沿，一般為咬邊的反射波。

以上是判定缺陷的方法，檢出缺陷后可根據(jù)反射波副度、游動(dòng)范圍等，結(jié)合缺陷的位置和焊接工藝，對(duì)缺陷的性質(zhì)進(jìn)行綜合判斷。但是到目前為止，還沒(méi)有可靠的方法，只能進(jìn)行估判。下面簡(jiǎn)單介紹長(zhǎng)輸管道對(duì)接焊縫常見(jiàn)缺陷的估判方法。

3.1 未焊透

未焊透是接頭根部母材未熔合在一起的缺陷，一般位于焊縫的中心線(xiàn)上，有一定的長(zhǎng)度，垂直于內(nèi)表面，形成端角反射，回波較強(qiáng)。探頭平移時(shí)，未焊透的波形較穩(wěn)定，從焊縫兩側(cè)探測(cè)，均能得到大致相當(dāng)?shù)姆瓷洳ǚ?，且沿焊縫方向有一定的移動(dòng)范圍。為發(fā)現(xiàn)和比較根部未焊透深度，調(diào)試儀器時(shí)，在SRB試塊上測(cè)定人工矩形槽的反射波幅度，做為檢測(cè)未焊透缺陷的起始靈敏度。

3.2 未熔合

未熔合是焊道與母材之間或焊道與焊道之間，局部未熔化成一體的現(xiàn)象。管道焊接為下向多層焊接，使用纖維素下向焊條，采用V型坡口，未熔合多出現(xiàn)在坡口面和兩層焊道之間。坡口未熔合產(chǎn)生坡口側(cè)壁，有一定的角度，用二次波容易檢出，當(dāng)聲束垂直入射到其表面時(shí)，回波高度大，探頭平移時(shí)，波形較穩(wěn)定。兩側(cè)探測(cè)時(shí)，反射波幅不同，有時(shí)只能從一側(cè)探到。層間未熔合在各層焊道之間，延伸方向平行于焊道，聲束只能傾斜入射到其表面，產(chǎn)生折射，回波高度較小。在厚度方向一般產(chǎn)生在焊縫的中部，且寬度較大，探頭前后移動(dòng)波形穩(wěn)定。在焊縫兩側(cè)均能探測(cè)到，波形大致相當(dāng)。根部未熔合，焊接中不容易出現(xiàn)，用一次波能夠檢測(cè)到，水平定位偏離焊縫中心，在靠近焊縫一側(cè)，反射波幅較高，探頭平移，波幅穩(wěn)定。

3.3 氣孔

氣孔是焊縫中常見(jiàn)的缺陷，它是熔池結(jié)晶過(guò)程中未能逸出而殘留在焊縫金屬中的氣體形成的孔洞。超聲波檢測(cè)時(shí)，單個(gè)氣孔回波較低，波形穩(wěn)定，從各個(gè)方向探測(cè)反射波高大致相同，但稍一移動(dòng)探頭波形就會(huì)消失。密集氣孔的波形為一簇波高隨氣孔大小而不同的反射波，當(dāng)探頭做定點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)此起彼落的現(xiàn)象。

3.4 夾渣

夾渣是焊后殘留在焊縫金屬中的熔渣，長(zhǎng)輸管道是多層焊接，容易因?qū)娱g熔渣清理不夠徹底而產(chǎn)生夾渣。點(diǎn)狀?yuàn)A渣的反射信號(hào)與點(diǎn)狀氣孔相似。條狀?yuàn)A渣的反射波多呈鋸齒狀，因夾渣的表面是不規(guī)則的，反射率低，一般波幅不高，波形常呈樹(shù)枝狀，主峰邊上有小峰。探頭平移時(shí)，波幅有變動(dòng)，從各個(gè)方向探測(cè)，反射波幅不相當(dāng)。

3.5裂紋

長(zhǎng)輸管道的材質(zhì)含碳量低，淬硬傾向小，管壁薄且焊后能夠自由伸縮，正常施焊條件下不會(huì)出現(xiàn)裂紋。在這里不詳細(xì)分析，一般來(lái)說(shuō)，裂紋的回波較高，波幅寬，會(huì)出現(xiàn)多峰。探頭平移時(shí)，反射波連續(xù)出現(xiàn)，波幅有變動(dòng)；探頭轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，波峰有上下錯(cuò)動(dòng)的現(xiàn)象。

4、成形不良的檢測(cè)

焊接過(guò)程中，由于焊接規(guī)范不當(dāng)或焊接操作不良，會(huì)造成焊縫成形不良的缺陷，管道焊接常見(jiàn)的成形不良有咬邊、錯(cuò)口等缺陷。這些缺陷的反射波容易和未焊透、未熔合等缺陷相混淆，影響檢測(cè)的質(zhì)量評(píng)定，造成不必要的返修。

咬邊是在母材金屬上沿焊趾產(chǎn)生的溝槽，其一定出現(xiàn)在焊縫區(qū)的兩側(cè)，由于采用下向焊接，咬邊一般有一定的長(zhǎng)度。焊縫外表面的咬邊，用肉眼可直接觀(guān)察到，其反射波一定出現(xiàn)在二次波的前面，水平位置在焊縫的邊緣。如不能判定，可將探頭移到出現(xiàn)最高反射信號(hào)處固定探頭，適當(dāng)降低儀器靈敏度。用手指沾油輕輕敲打焊縫邊緣咬邊處，觀(guān)察反射波是否有明顯的跳動(dòng)現(xiàn)象。若反射波跳動(dòng)，則證明是咬邊信號(hào)。焊縫內(nèi)表面咬邊的反射信號(hào)，一定出現(xiàn)在一次波的前面，波幅較高，波形窄，探頭垂直焊縫向前稍一移動(dòng)，反射波就會(huì)消失，探頭平移，波形有波動(dòng)。測(cè)量水平距離，反射波的水平位置在焊縫的邊緣，靠近探頭一側(cè)。

由于現(xiàn)場(chǎng)施工條件和管材質(zhì)量的限制，管道焊縫經(jīng)常出現(xiàn)錯(cuò)口現(xiàn)象。錯(cuò)口使焊縫兩側(cè)母材偏離，可直接觀(guān)察到，一般不會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果造成影響。

5、應(yīng)用

按此方法在中石化承建的日照-濮陽(yáng)-洛陽(yáng)原油管道工程中進(jìn)行了大量的應(yīng)用實(shí)踐，檢測(cè)長(zhǎng)度達(dá)89多公里，共2600道焊口。在總公司的大檢查中，檢查人員用射線(xiàn)照相抽檢100道焊口，90%為Ⅰ級(jí)底片，其余為Ⅱ級(jí)底片。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 中國(guó)特種設(shè)備檢驗(yàn)協(xié)會(huì)編寫(xiě) 主編：強(qiáng)天棚 《射線(xiàn)檢測(cè)》 中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社 2007年