不銹鋼管等離子弧焊接焊縫射線檢測(cè)中偽缺陷的評(píng)判與分析

李根強(qiáng),吳勝強(qiáng)

(1.勞氏船級(jí)社(中國)有限公司, 上海 200001;2.浙江久立特材科技股份有限公司, 湖州 313012)

不銹鋼管等離子弧焊接焊縫射線檢測(cè)中偽缺陷的評(píng)判與分析

李根強(qiáng)1,吳勝強(qiáng)2

(1.勞氏船級(jí)社(中國)有限公司, 上海 200001;2.浙江久立特材科技股份有限公司, 湖州 313012)

液化氣船舶的管系系統(tǒng)的焊接質(zhì)量至關(guān)重要，在對(duì)其不銹鋼管射線檢測(cè)的評(píng)片過程中，發(fā)現(xiàn)等離子焊接焊縫的射線底片上存在一類疑似缺陷的顯示。對(duì)顯示的成因進(jìn)行分析，證實(shí)該顯示為偽缺陷顯示，并且針對(duì)性地對(duì)切割工藝和焊接工藝提出了改進(jìn)措施，以為同行提供參考。

管系系統(tǒng)；等離子弧焊；偽缺陷；未熔合

能源消費(fèi)和化工生產(chǎn)所需的大宗液化氣運(yùn)輸通常由液化氣船來承擔(dān)。在運(yùn)輸?shù)倪^程中，石油氣通常在相對(duì)較高的溫度下，采用加壓、機(jī)械制冷等方式進(jìn)行液化。而承載液-氣交換的管系系統(tǒng)的質(zhì)量尤其重要，對(duì)此類管系系統(tǒng)，相關(guān)規(guī)范通常要求對(duì)焊縫進(jìn)行100%的射線檢測(cè)，以此保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

在對(duì)某管系系統(tǒng)的例行射線檢查評(píng)片過程中， 發(fā)現(xiàn)在規(guī)格為(外徑×壁厚)φ219 mm×3.76 mm、φ323 mm×4.57 mm、φ273 mm×4.19 mm的鋼管的底片上,存在疑似未熔合的危害性缺陷,黑度較大。此類疑似顯示多發(fā)生在鋼管制造廠制作的薄壁管縱縫端，其特征多成線性，位于焊縫和母材熔合線區(qū)域。同時(shí)通過目視、滲透觀察比對(duì)，發(fā)現(xiàn)其不屬于咬邊類型的缺陷。由于未熔合屬于危害性缺陷，會(huì)嚴(yán)重影響到系統(tǒng)使用的安全性，因此需要對(duì)此類疑似未熔合顯示[1]進(jìn)行判斷確認(rèn)。

圖1 發(fā)現(xiàn)疑似缺陷的某不銹鋼管焊縫射線底片

發(fā)現(xiàn)疑似缺陷的某不銹鋼管焊縫射線底片如圖1所示。對(duì)此焊縫打磨平滑后進(jìn)行滲透檢測(cè),未發(fā)現(xiàn)線狀痕跡顯示。對(duì)其重新拍片,從射線底片(見圖2)可看出類似的陰影線部分已消除，可判斷疑似陰影線的位置位于表面或近表面。

圖2 焊縫(對(duì)應(yīng)圖1)打磨后的射線底片

1 原因分析

1.1 從原材料切割方面分析

鋼管的卷管加工,采用的是對(duì)不銹鋼鋼板或鋼帶，進(jìn)行冷剪切切割的加工方式[2]，切割示意如圖3所示(A截面放大示意見圖4)。

圖3 鋼管的切割示意

由于不銹鋼的塑性好，延伸率大，故在冷剪切割過程中，鋼帶的兩邊會(huì)形成一條壓痕，而在鋼帶切斷面形成一個(gè)變薄量，通常在0.1～0.2 mm間,如圖4所示。

圖4 縱剪后鋼帶的邊部及現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)裝配實(shí)例

1.2 從焊接方面分析

圖5 對(duì)接焊縫結(jié)構(gòu)裝配示意

由于此類管系的質(zhì)量要求高、管壁薄，鋼管制作廠一般采用全自動(dòng)單面焊雙面成型的等離子弧焊的焊接方式(見圖5)。等離子弧焊[3]采用高熱輸出量的方式，能量集中，對(duì)厚度小于8 mm的不銹鋼單面焊雙面成型，不需要開坡口；因此具有焊接速度快、熱影響區(qū)小、焊接變形小、焊接穩(wěn)定、缺陷少的特點(diǎn)，能有效地提高焊管的產(chǎn)量。但由于該焊接方式線能量大，焊管厚度薄，容易造成內(nèi)焊縫余高窄而高；當(dāng)壓痕線位于管內(nèi)壁時(shí)，焊接區(qū)從而與母材變薄區(qū)形成尖銳的焊趾缺口。在射線拍片過程中，容易形成此類焊縫的“焊趾線”陰影，造成射線底片的誤判，對(duì)接焊縫剖面示意如圖6所示。

圖6 對(duì)接焊縫剖面示意

2 試驗(yàn)驗(yàn)證

2.1 未熔合缺陷和疑似缺陷射線底片比對(duì)

未熔合缺陷和疑似缺陷射線底片，如圖7和圖8所示。

圖7 帶有未熔合缺陷的射線底片

圖8 疑似缺陷的射線底片

全自動(dòng)等離子弧焊為成熟的焊接工藝， 焊接質(zhì)量的可靠性較高。從底片上看，未熔合缺陷的產(chǎn)生具有隨機(jī)性，而疑似缺陷顯示多出現(xiàn)在焊縫兩側(cè)，且有一定的長度，具有一定的連續(xù)性和規(guī)律性。同時(shí)，通過對(duì)不同射線透照角度底片的比對(duì)，可發(fā)現(xiàn)：未熔合的底片影像一般是在焊縫兩側(cè)邊緣，位于焊縫寬度約3/4處，多呈月牙形，靠近母材側(cè)呈直線狀，底片上缺陷顯示的中心黑度大，邊緣逐漸變淺。而由焊趾線形成的陰影線的影像變化主要是由于內(nèi)焊縫余高與母材縱剪面厚度差引起檢測(cè)底片上黑度顯示較大。

2.2 試樣的力學(xué)性能對(duì)比及金相分析

(1) 彎曲、拉伸試驗(yàn)

對(duì)底片陰影線區(qū)的試件進(jìn)行取樣，然后對(duì)其進(jìn)行拉伸和彎曲試驗(yàn)，結(jié)果見圖9,可見在形成影陰線部位區(qū)未發(fā)現(xiàn)表面開口或裂紋類缺陷。

圖9 拉伸、彎曲試驗(yàn)結(jié)果的試樣

(2) 金相低倍檢驗(yàn)

對(duì)(1)中試樣進(jìn)行金相低倍檢驗(yàn)(1 000倍)，結(jié)果未發(fā)現(xiàn)焊接裂紋、未熔合、未焊透等缺陷。

圖10 試樣低倍組織圖

綜上所述，通過進(jìn)一步的試驗(yàn)，驗(yàn)證了原因分析的可靠性，此類疑似缺陷顯示是由于生產(chǎn)工藝、加工的不完善造成的工藝性虛假缺陷。

3 改進(jìn)措施

結(jié)合生產(chǎn)設(shè)備以及生產(chǎn)狀況，提出以下改進(jìn)措施[4]:① 原材料切割時(shí)，優(yōu)化切割工藝參數(shù)，降低板材厚度的變薄量， 減少裝配錯(cuò)邊量；② 焊接時(shí)，優(yōu)化焊接工藝參數(shù)，在保證能夠熔透的前提下，降低焊接線能量，使電弧電流、焊接速度等參數(shù)合理匹配。做到以上兩點(diǎn)，可從根源上避免此類虛假影像的產(chǎn)生，減少射線底片缺陷影像的誤判。

4 結(jié)語

在對(duì)液化氣船舶管系系統(tǒng)中的不銹鋼管的射線評(píng)片過程中，發(fā)現(xiàn)等離子焊接焊縫的底片上存在一類疑似缺陷的顯示。對(duì)顯示的成因進(jìn)行了分析，證實(shí)該顯示為偽缺陷顯示，并且針對(duì)性地提出了優(yōu)化切割、焊接工藝參數(shù)的改進(jìn)措施，以為同行提供參考。

[1] 劉書強(qiáng)，張濤， 陳立剛，等 工業(yè)射線膠片常見偽缺陷簡析[J]. 影像技術(shù)，2001(3)：22-24.

[2] 樊立奎. 小直徑薄壁不銹鋼焊管生產(chǎn)工藝與應(yīng)用[J]. 鋼管， 2001,30(2)：20-26.

[3] 章海源.不銹鋼等離子弧焊接質(zhì)量的控制[J].機(jī)械工人，1996(7):6-7.

[4] 夏克.無損檢測(cè)用X光片偽缺陷的產(chǎn)生及防止方法[J].工業(yè)安全與環(huán)保, 2005，31(4)：59-60.

Assessment and Analysis on Suspected Indications in Radiographic Inspection ofPlasma Arc Welds of Stainless Steel Pipes

LI Genqiang1, WU Shengqiang2

(1.Lloyd′s Register Classification Society (China) Co., Ltd., Shanghai 200001, China;2.Zhejiang Jiu Li Hi-tech Metals Co., Ltd., Huzhou 313012, China)

The quality of welds is very important on the pipes system of VLGC ship. Suspected indications on the RT films of the welds were found in the process of radiographic evaluation of stainless steel pipes. Research work was done on the basic root cause of suspected indications and it was concluded that the suspected indications were not due to serious defects. Hereafter, some improvement measures for the cutting and welding procedure of stainless steel pipes were put forward.

pipe system; plasma arc welding; suspected indication; lack of fusion

2016-06-28

李根強(qiáng)(1975-),男，工程師，主要從事工程檢測(cè)、科研及新技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用工作

李根強(qiáng)，jacky.li@lr.org

10.11973/wsjc201706012

TG115.28

A

1000-6656(2017)06-0053-03