螺旋埋弧焊管焊縫邊沿母材缺陷探傷分析

馬朝輝，屈利華，席少鵬，王旭鵬，強(qiáng)會(huì)明，陳立濤，張偉鋒

（寶雞石油鋼管有限責(zé)任公司，陜西 寶雞721008）

在螺旋埋弧焊管無損檢驗(yàn)中，18 mm 以上大壁厚鋼管焊縫邊沿母材缺陷較為突出，多存在于螺旋焊縫兩邊25 mm 范圍內(nèi)。 在螺旋焊管超聲波自動(dòng)探傷設(shè)備中，按照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)有焊縫邊沿25 mm 熱影響區(qū)分層探傷探頭布置，沒有非分層缺陷探傷探頭。 一般情況下，焊縫邊沿非分層缺陷探傷采用X 射線和超聲波探傷綜合檢驗(yàn)判定，檢驗(yàn)難度較大，效率較低。因此，本研究針對(duì)焊縫邊沿缺陷的無損檢驗(yàn)進(jìn)行了研究分析。

1 焊縫邊沿母材缺陷的類型

螺旋埋弧焊管焊縫邊沿母材缺陷的類型分為分層缺陷和非分層缺陷。 分層缺陷屬于鋼帶中常規(guī)缺陷，超聲波檢驗(yàn)非常直觀； 非分層缺陷種類繁雜，一般大多為非金屬夾雜、 折疊和邊裂。

1.1 分層缺陷

對(duì)焊縫邊沿母材使用雙晶直探頭檢測(cè)時(shí)，缺陷反射回波高度較高，標(biāo)準(zhǔn)中使用Φ6.0 mm 平底孔100%基準(zhǔn)波高判定分層缺陷是否超標(biāo)，在超聲波檢驗(yàn)中較為容易檢出。 含分層缺陷的試樣截面宏觀照片如圖1 所示。

圖1 含分層缺陷的試樣截面宏觀照片

1.2 非金屬夾雜物

這種缺陷在鋼管焊縫邊沿檢驗(yàn)中較為常見、也是最難檢測(cè)和最難判定的缺陷，此種缺陷的大小及在鋼帶中位置分布無規(guī)律性，有些通過簡(jiǎn)單的酸洗就能夠清晰顯示出來 （如圖2 所示），有些則需通過金相分析才能夠看見 （如圖3 所示）。 這種缺陷對(duì)超聲波探傷工作的影響很大。

圖2 含缺陷試樣截面酸洗后宏觀照片

圖3 含缺陷試樣截面的金相分析圖片

1.3 母材折疊

母材鋼板表面有局部互相折合的雙層金屬稱為折疊，其外形與裂紋形似，深淺不一，在橫截面上一般呈現(xiàn)銳角，通常可通過目視檢查，進(jìn)行修磨處理并測(cè)量剩余厚度。 母材折疊缺陷宏觀照片如圖4 所示。

圖4 母材折疊缺陷宏觀照片

1.4 母材邊裂

鋼管母材鋼帶邊部裂紋簡(jiǎn)稱邊裂，引起鋼帶邊裂的原因有夾雜物、 鋼板邊部嚴(yán)重脫碳、 橫向冷卻不均勻和氣泡聚集。 母材邊裂一般可通過目視測(cè)出，但有些極其細(xì)小的邊裂肉眼無法檢出，可通過超聲波橫波掃查檢出，如圖5 所示。

圖5 母材邊裂缺陷宏觀

2 焊縫邊沿母材缺陷的探傷檢測(cè)

2.1 分層缺陷探傷

分層缺陷一般平行于鋼板表面，無厚度，鋼板的厚度也沒有減少。 分層缺陷無法通過X射線檢出，而是要采用超聲波探傷檢測(cè)，在鋼管檢驗(yàn)中通常使用5 MHz 雙晶直探頭檢測(cè)，這種檢測(cè)方法還能定位缺陷的深度。 對(duì)分層缺陷的判定一般按照標(biāo)準(zhǔn)中面積及任意長度要求進(jìn)行判級(jí)，天然氣管線一般要求鋼管焊縫兩側(cè)25 mm范圍內(nèi)不允許存在沿焊縫長度超過6.4 mm、 且面積大于100 mm2的分層缺陷。 采用直探頭檢測(cè)焊縫邊沿的分層缺陷，典型的分層缺陷波形如圖6 所示。

圖6 典型分層缺陷超聲波探傷波形圖

2.2 非分層缺陷探傷

在數(shù)字X 射線 （DR） 檢驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)焊縫邊沿母材上存在灰度減小的帶狀區(qū)域 （如圖7 所示），說明此處母材厚度減小或者母材中存在密度小于鋼密度的夾雜物。 通過對(duì)鋼管此處內(nèi)外壁檢查發(fā)現(xiàn)，該帶狀區(qū)域位于母材內(nèi)部，進(jìn)一步超聲波探傷檢驗(yàn)，具有分層缺陷波形特征，再進(jìn)行取樣分析，定性該缺陷為非金屬夾雜物。

圖7 非金屬夾雜物的數(shù)字X 射線 （DR） 檢驗(yàn)圖

圖7 所示的非金屬夾雜物占用板材內(nèi)部的空間較大，可以很直觀的通過X 射線看到。 但如果缺陷體積很小，只能通過金相放大100 倍才能看清缺陷的形狀結(jié)構(gòu)，進(jìn)而判定是母材折疊缺陷或邊裂缺陷等。 焊縫邊沿母材非分層缺陷超聲波探傷波形如圖8 所示。 在焊縫探傷過程中，這類非分層缺陷只有使用橫波斜探頭才能顯示出超標(biāo)缺陷。

圖8 焊縫邊沿母材非分層缺陷超聲波探傷波形圖

3 焊縫邊沿母材缺陷探傷結(jié)果分析

3.1 分層缺陷判定

國內(nèi)天然氣管道用螺旋焊管生產(chǎn)中，大多執(zhí)行 API SPEC 5L、 GB/T 9711 及管線技術(shù)要求，分層缺陷檢驗(yàn)以Φ6.0 mm 平底孔反射波高的100%為基準(zhǔn)靈敏度，判定標(biāo)準(zhǔn)為： 鋼管焊縫兩側(cè)25 mm范圍內(nèi)不允許存在沿焊縫長度超過6.4 mm、 且面積大于100 mm2的分層； 管端25 mm 范圍內(nèi)不允許存在沿圓周方向長度超過6.4 mm、 且面積大于100 mm2的分層。 有上述分層缺陷的鋼管應(yīng)切除，直至除去這種分層。 任何方向不允許存在長度超過 50 mm 的分層； 長度在 30～50 mm 的分層相互間距應(yīng)大于500 mm； 長度小于30 mm、 相互間距小于板厚的若干小分層構(gòu)成連串性分層，該連串性分層中所有小分層長度總和不得大于80 mm。焊縫邊沿母材分層缺陷嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)判定，若缺陷在管端，可進(jìn)行切除處理，若切除后無法滿足標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鋼管長度要求，此根鋼管作降級(jí)處理。

3.2 非分層缺陷測(cè)定

焊縫邊沿母材非分層缺陷主要為非金屬夾雜物，這類缺陷位置不確定，有些位于焊縫熱影響區(qū)，離焊縫熔合線較近，在焊縫超聲波探傷中很容易檢出，但位置比較難確定。 就熱影響區(qū)缺陷位置測(cè)定舉例說明，對(duì)壁厚為21.4 mm 螺旋鋼管進(jìn)行焊縫探傷時(shí)，使用斜探頭探傷，始波距缺陷波水平距離L1=18 mm、 距焊縫余高波水平距離L2=42 mm，得出缺陷波距余高波水平距離L3=24 mm，大于內(nèi)焊縫寬度 （內(nèi)焊縫寬度測(cè)量為18 mm），則判定此缺陷為焊縫邊沿母材缺陷。 缺陷位置測(cè)量及波形如圖9 所示。

圖9 焊縫熱影響區(qū)母材缺陷位置測(cè)量及波形圖

3.3 非分層缺陷判定

目前，對(duì)于焊縫邊沿母材非分層缺陷探傷檢驗(yàn)及判定，標(biāo)準(zhǔn)及管線技術(shù)要求中沒有明確規(guī)定。 在超聲波探傷中，根據(jù)疑似缺陷位置分別進(jìn)行判定。 一般情況下，母材非分層缺陷有一定面積，使用雙晶直探頭可以檢出，按照分層缺陷檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判定。 如果母材非分層缺陷位于焊縫熔合區(qū)、 焊縫兩側(cè)1.6 mm 范圍，按照焊縫標(biāo)準(zhǔn)使用Φ1.6 mm 豎通孔100%基準(zhǔn)波高進(jìn)行判定。其他情況根據(jù)缺陷超聲波探傷波形、 射線檢驗(yàn)圖片、 檢驗(yàn)人員經(jīng)驗(yàn)及宏觀金相測(cè)定區(qū)別對(duì)待。

4 結(jié) 論

（1） 在螺旋管焊縫邊沿母材缺陷探傷中，分層缺陷可通過超聲波自動(dòng)探傷設(shè)備布置的熱影響區(qū)母材探頭檢出，再經(jīng)過超聲波人工探傷按照標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行處理。 母材非分層缺陷盡可能采用超聲波和射線兩種檢測(cè)方法進(jìn)行檢驗(yàn)，有條件情況下使用金相宏觀配合檢驗(yàn)，進(jìn)行綜合判定。

（2） 國家重點(diǎn)天然氣管線無損檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求很高，焊縫邊沿母材非分層缺陷主要依靠人工探傷檢出，這對(duì)無損檢驗(yàn)設(shè)備及人員水平要求較高，需要在鋼管檢驗(yàn)中加強(qiáng)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)習(xí)和對(duì)檢測(cè)人員的技能培訓(xùn)。