淺析大口徑直縫鋼管無損檢測方法及技術(shù)應(yīng)用

蘇志，魯傳林，魏克同，陶愛蓮，汪超

（渤海裝備江蘇鋼管公司，江蘇 南京 210061）

在大口徑直縫鋼管制造和使用過程中，為了保證鋼管質(zhì)量，無損檢測是重要的質(zhì)量檢測手段，也是質(zhì)量管理體系的一個重要支持過程。鋼管常用的無損檢測手段有：鋼管原材料鋼板和焊縫的在線超聲波檢測、焊縫射線檢測、管端射線拍片以及管端磁粉檢測。本文將通過對大口徑直縫雙面埋弧焊鋼管檢測標(biāo)準(zhǔn)API SPEC 5L（第46 版）《管線鋼管規(guī)范》，結(jié)合鋼管生產(chǎn)經(jīng)驗以及鋼管常用的無損檢測原理與技術(shù)，并對其優(yōu)缺點進(jìn)行分析比較。

1 鋼板超聲波檢測控制

鋼板超聲波檢測可有效地檢測出鋼板內(nèi)在分層、夾雜物等缺陷，從而確保鋼管原材料質(zhì)量，也是鋼管在成材之前的首道檢測工序之一。根據(jù)API SPEC 5L（第46 版）標(biāo)準(zhǔn)，要求對天然氣輸送管道用焊接鋼管進(jìn)行鋼板或管體超聲波檢測。

1.1 鋼板超聲波檢測設(shè)備要求

采用的超聲波頻率要高于20kHz。不同頻率和波形的超聲波，從材料返回的波形是不同的。超聲波檢測時檢測探頭必須與被測工件接觸，并且在探頭和被測工件之間要有一種能使超聲波進(jìn)入工件里面的傳輸介質(zhì)，在鋼板的超聲波探傷中，一般用水作為這種傳輸介質(zhì)，即所謂“耦合水”。探頭探傷參數(shù)的設(shè)置：在探傷時，將儀器和探頭調(diào)試到最佳位置，在試塊上的人工缺陷回波最強(qiáng)且雜波波高不超過20%的波幅。

1.2 鋼板超聲波檢測敏度要求

對于鋼板分層檢測，CDP-S-NGP-PL-013 標(biāo)準(zhǔn)要求采用對比試塊人工缺陷尺寸為：平底孔直徑?60+0.35mm，平底孔深度包括t/2、t/4 和3t/4；條形刻槽寬度：60+0.35mm mm，深度包括t/2、t/4 和3t/4。通過靜態(tài)校準(zhǔn)檢測儀器，以人工缺陷產(chǎn)生的信號回波100%幅度作為設(shè)定設(shè)備的報警閘門。

1.3 鋼板超聲波檢測的應(yīng)用

鋼板超聲波檢測主要是針對鋼板內(nèi)部的分層、夾雜物等缺陷的檢測。

2 鋼管焊縫超聲波檢測

2.1 焊縫超聲波檢測設(shè)備要求

圖2 鋼管超聲波對比樣管示意圖

鋼管焊縫超聲檢測設(shè)備探頭布置如圖1（探頭固定導(dǎo)向系統(tǒng)），該探頭固定導(dǎo)向系統(tǒng)從左到右由縱傷、橫傷、分層、串列來排列。超聲波檢測系統(tǒng)目的是檢測直縫埋弧鋼管焊縫和焊縫兩側(cè)25mm 的母材。E11554L/2Q/4D/8TL 型系統(tǒng)與配備7 組探頭架，其中，兩套縱向檢測系統(tǒng)（4 個探頭）獨立檢測焊縫區(qū)以及焊縫熱影響區(qū)域的內(nèi)部和外部的縱向缺陷；一套橫向檢測系統(tǒng)（2 個探頭）檢測焊縫和熱影響區(qū)域內(nèi)部和外部的橫向缺陷；兩套測厚檢測系統(tǒng)（4 個探頭）通過噴水耦合檢測焊縫兩側(cè)30mm 范圍內(nèi)的母材分層缺陷；兩套串聯(lián)檢測系統(tǒng)（8 個探頭）主要檢測焊縫中部未焊透缺陷，每組探頭距離可根據(jù)鋼管的壁厚以及管徑進(jìn)行反射角調(diào)整。

圖1 探頭固定導(dǎo)向系統(tǒng)

2.2 焊縫超聲波探傷標(biāo)準(zhǔn)要求

超聲波自動檢測是對直縫埋弧焊鋼管的焊縫、熱影響區(qū)以及焊縫兩側(cè)30mm 的焊接和母材缺陷檢測，鋼管管端檢測盲區(qū)可以通過探傷系統(tǒng)設(shè)置，一般將鋼管管端檢測盲區(qū)小于150mm，鋼管超聲波自動檢測對比樣管應(yīng)具有6 個縱向N5 刻槽和2 個橫向N5 刻槽。如圖2 鋼管超聲波對比樣管示意圖。

2.3 焊縫超聲波檢測的應(yīng)用

鋼管焊縫超聲波檢測主要是針對鋼管在焊接過程中產(chǎn)生的面積性缺陷，例如，夾渣、氣孔、裂紋、未焊透等缺陷的檢測。

3 鋼管焊縫X 射線檢測

目前，鋼管焊縫射線檢測技術(shù)大致可以分為：X 射線膠片成像和數(shù)字成像等。

3.1 X 射線檢測設(shè)備要求

鋼管焊縫射線檢測是X 射線直接透過焊縫材料，在射線檢驗?zāi)z片上或者數(shù)字成像介質(zhì)上產(chǎn)生適合的影像。射線底片的黑度不低于2.0（焊縫黑度不低于1.5）；X 射線使用ISO規(guī)定的象質(zhì)計，象質(zhì)計選用與透照厚度相對應(yīng)，X 射線拍片靈敏度優(yōu)于2%，工業(yè)電視動態(tài)靈敏度優(yōu)于4%。

3.2 X 射線檢測技術(shù)要求

（1）評片室應(yīng)整潔、安靜、溫度適宜，光線應(yīng)暗且柔和。

（2）檢測環(huán)境要保持一定的溫度和濕度。

（3）為了保證底片質(zhì)量，要嚴(yán)格按照要求保證顯影和定影工作質(zhì)量以及膠片的質(zhì)量和有效期。

（4）暗室安全照射要定期進(jìn)行確定。

3.3 X 射線檢測的應(yīng)用

鋼管焊縫X 射線檢測主要是針對鋼管在焊接過程中產(chǎn)生的體積性缺陷，例如，未熔合、夾珠、氣孔、裂紋、未焊透、夾鎢等缺陷。

4 鋼管管端磁粉探傷

管端磁粉檢測是指鋼管金屬材料被磁化后，使鋼管內(nèi)外表面和近表面的材質(zhì)不一致而在鋼管表面形成的漏磁場，通過漏磁場顯示磁痕通過外觀發(fā)現(xiàn)缺陷的無損檢測技術(shù)。鋼管磁粉檢測利用便攜式電磁軛磁粉探傷儀主要檢測管端焊縫、母材、坡口面以及補(bǔ)焊焊縫等表面和近表面缺陷。

4.1 磁粉檢測設(shè)備要求

儀器各項性能指標(biāo)均應(yīng)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求，儀器應(yīng)經(jīng)計量周期鑒定合格，保證設(shè)備在有效使用周期之內(nèi)。磁軛法磁化時要按照相關(guān)規(guī)定要求進(jìn)行。

4.2 磁粉檢測靈敏度試片使用要求

使用A 型靈敏度試片時，應(yīng)將試片有“十”字刻槽的面與鋼管外壁緊貼。為使靈敏度試片與被檢面接觸良好，可用透明膠帶將其平整粘貼在鋼管檢面上，并注意膠帶不能覆蓋試片的“十”字刻槽。

4.3 磁粉檢測的應(yīng)用

鋼管管端磁粉檢測主要是針對鋼管表面和坡口上存在的裂紋、折疊、疏松、分層等缺陷的檢測，對鋼管表面及近表面缺陷能更好地通過磁痕顯示出缺陷的形狀、大小和位置。

5 結(jié)語

（1）超聲波檢測具有檢測范圍廣、穿透力強(qiáng)、缺陷定位定量準(zhǔn)確、成本低、檢測方便等特征，但是，在實際檢查過程中，需要利用耦合劑才能檢測（一般用水作為耦合劑），對缺陷的定性也不直觀，檢測結(jié)果的評定對操作人員的技術(shù)水平要求較高。

（2）X 射線檢測技術(shù)主要優(yōu)點：①拍片結(jié)果可以通過底片直接看出缺陷的大小和形狀；②檢測結(jié)果可以通過底片長期保存；③最適合檢驗體積形缺陷，即對射線能量衰減較大缺陷的檢測，或者具有一定厚度的缺陷，通過射線底片的黑度差進(jìn)行缺陷的對比。但是，射線檢驗成本較高、檢驗的射線底片為一次性，不能重復(fù)利用，對面積性缺陷受方向性的限制，由于射線探傷存在輻射，為了工作人員安全檢測，工作時必須考慮安全防護(hù)措施。

（3）磁粉檢測靈敏度高，能很好地分辨出鋼管內(nèi)外表面及近表面缺陷，特別是鋼管表面及近表面缺陷能更好地通過磁痕顯示出缺陷的形狀、大小和位置，相對于其他表面，探傷方法成本低、速度快，但對鋼管內(nèi)部缺陷不容易發(fā)現(xiàn)。