刘玉杰，董庆锋

天然气长输管道焊接质量无损检测管理探析

刘玉杰1，董庆锋2

1.河南省发展燃气有限公司（河南郑州450002）
2.安阳中科工程检测有限公司（河南安阳455000）

保证天然气长输管道系统安全性的主要因素在于焊接质量，无损检测是焊接质量控制中非常重要的环节和措施。阐述了无损检测工作流程和常用的检测手段以及检测前、检测中和检测后3个阶段如何加强无损检测质量管理。通过分析某天然气管道项目无损检测的统计结果，指出，天然气长输管线焊缝缺陷大部分是圆形和条形缺陷，缺陷发生位置主要在仰焊位置。要合理选择无损检测方法、检测时机，加强检测过程的质量控制。

长输管道；焊接质量；焊缝缺陷；无损检测；工序

焊接质量是天然气管道安全运营的前提，无损检测是确认焊接质量和取得证据的重要检测方法。无损检测结果的正确性依赖于检测过程的合理性和完备性。提高无损检测置信度的有效方法是将无损检测活动纳入有效的质量管理体系，严格遵循相关要求，使得参与无损检测管理、操作和监督的个人或部门都能为自身的工作质量负责，相互协调工作。

1 无损检测工序流程及常用方法

无损检测是施工过程质量管理的重要监测点。管道组对焊接是其前道工序，管道保温防腐为其后道工序，无损检测要与前后工序紧密衔接以保证施工的顺利进行，因此对无损检测的质量和完成时间要有明确要求。一般工序流程为：①准备检验标准、管理文件及人员资格；②接受监理指令；③准备检测设备器材专用工艺卡（依据工艺卡及相关标准对设备进行调校）；④现场检测（记录检测过程数据及操作人员情况）；⑤评定检测结果；⑥签发检测报告、检测评定反馈单；⑦对检测资料进行归档整理；⑧对检测位置及质量情况、返修位置、缺陷情况进行统计；⑨收到反馈单后监理人员通知机组对不合格的焊缝进行返修；⑩扩探以及复探指令的下发。

常用的无损检测手段有：X射线检测、超声检查、磁粉检测、渗透检测。现在随着新兴项目的成熟和发展，TOFD（衍射时差法超声检测）也在管道检测中发挥着越来越大的作用[1-2]。

1.1X射线检测

X射线检测是利用X射线能穿透可见光不能穿透的物质、能使胶片感光、穿过物质时会衰减三大特性进行的一项检测方法。

能力范围：能检出焊接接头中的未焊透、气孔、夹渣、裂纹、坡口未熔合等缺陷；能检测出铸件中的缩孔、夹渣、气孔、疏松等；能确定缺陷的平面位置、大小及性质。穿透的厚度范围主要由射线能量确定。

局限性：较难检测出厚锻件、管材中存在的缺陷；较难检测出T型接头、堆焊层中的缺陷；较难检测出焊接接头中的细小裂纹和层间未熔合；较难确定缺陷深度位置及自身高度。

1.2超声检测

超声检测（脉冲反射法超声检测）是利用超声波遇到界面会被全部或部分反射的原理进行的一项检测方法。

能力范围：能检出原材料（板材、复合板、管材、锻件）和零件中的缺陷；能检测出焊接接头内部存在的缺陷（面积型缺陷检出率高）；能确定缺陷的位置和相对尺寸（包括深度、自身高度）；穿透能力强，可用于大厚度（100 mm以上）原材料和焊接接头检测。

局限性：较难检测粗晶材料焊接接头中存在的缺陷；缺陷位置取向和形状对检测结果有一定影响；A型显示检测数据不直观，记录信息少；较难确定缺陷性质。

1.3磁粉检测

磁粉检测是利用工件被磁化后，若内部有缺陷，磁力道的分布会发生变化，从而在表面形成漏磁场的特性而进行检测的一种方法。

能力范围：能检出铁磁性材料中表面开口缺陷和近表面缺陷。

局限性：难以检测几何结构复杂的工件；不能检测非铁磁性材料工件。

1.4渗透检测

渗透检测是利用毛细管现象，使渗透剂渗入表面开口型缺陷，经清洗使表面多余的渗透剂去除，再利用显像剂的毛细管现象吸附出缺陷内的余留渗透剂，从而达到发现表面细小缺陷的目的。

能力范围：能检出金属材料中表面开口缺陷如气孔、夹渣、裂纹等。

局限性：难以检测多孔性的材料。

1.5TOFD衍射时差法超声检测

能力范围：能检出焊接接头中存在的未焊透、气孔、夹渣、裂纹、坡口未熔合等缺陷且检出率较高；能确定缺陷的深度长度及自身高度；厚壁工件缺陷检测灵敏度高；检测结果较直观，数据可记录和存储，还可进行远距离传输。

局限性：较难检测出扫查面表面和近表面缺陷（存在表面盲区）；较难检测出粗晶焊接接头中存在的缺陷；较难检测复杂结构工件的焊接接头；较难确定缺陷的性质。

由于每一种无损检测方法都有其特点和局限性，所以应根据工件加工的过程特点，针对每一道工序及其可能出现的缺陷选择最合适的无损检测方法以及检测时机。

2 无损检测质量控制

2.1检测要素质量控制

1）检测人员的控制。严格审定拟参与检测人员的资格，要求具有符合国家标准规定的人员进行检测。检测人员只准在许可的项目范围内作业。检测人员应具有一定的工作经验，对工程适用的标准应十分熟悉，能熟练操作检测仪器并能对检测数据做出准确判断。

2）设备的控制。检测设备应是国家认可的仪器厂家生产的正规产品，而且设备的使用应保证在规定的检定周期内；设备的检定记录应完整保存；需要检测前按工艺卡进行调试的设备应有调试记录；调试后的检测灵敏度应符合国家标准的要求。

3）检测工艺的控制。应编写各种检测方法的工艺规程及专用工艺卡，内容应符合相关标准，包含检测工作范围，能指导作业人员按相关标准完成检测任务。工艺规程及工艺卡应由具有相应资质的人员编写、审核、批准并签字认可。

4）检测过程的控制。检测过程的控制实际上就是对工艺卡要求在实际工作中实施情况的检查。现场检测人员应按工艺卡上的工作参数进行检测；现场情况与工艺卡不符时应及时反映情况；工艺偏离情况应做好记录，并经技术负责人认可；检测人员应按规定做好检测记录并应对记录数据的真实性负责；监理单位应不定期的对现场检测过程记录进行巡查。

2.2检测流程质量控制

2.2.1 检测前的质量控制[3]

法律法规标准的熟悉：参加检测的人员应对工程使用的标准进行学习交流，做到对标准熟练掌握。

工程交底：技术负责人在开工前应对参加检测人员进行技术交底，使检测人员对工程施工特点、焊接方法及易出现的缺陷类型有个初步的认识，充分了解施工现场可能会遇到的情况。

人员资质及培训情况：保证检测人员是持证上岗，证件应在有效期内；根据工程现场的具体情况应进行针对性的培训，使检测人员尽快适应本工程的特点。

仪器设备的校验校准：仪器设备应按工艺卡要求进行校准。

使用器材的准备：应经常检查其他辅助器材的质量。

工艺文件的准备及验证：工艺规程和工艺卡应由技术负责人签字并发放，首次使用的工艺应按规定进行工艺认证。

2.2.2 检测中的过程控制

无损检测质保文件中详细规定了检测人员对每项操作的要求。检测过程控制即确保检测人员正确理解工艺要求，认真按工艺文件执行。所以检测过程控制既要有检测人员的自我控制，也应有相应的检查监督，以确保检测工作的顺利进行。其中检测人员的责任心和自身技术水平对检测过程控制影响较大，所以监督检查主要是控制检测人员严格执行工艺纪律。技术负责人、监理人员应对无损检测程序的执行情况进行监督，有效控制检测的整个过程。

2.2.3 检测后的质量控制及监督

对检测结果评定及缺陷判断的准确度控制，对射线可以选取一定量的底片复评，检查是否存在漏评、误评、错评现象；应对底片评定的准确性进行统计；对超声检测可选取现场一定量焊口跟踪检测，对缺陷位置、分布、大小的准确性进行统计。必要时进行复检。

3 质量统计及技术分析

3.1质量统计

无损检测要定期统计检测数据，包括指令号、焊口编号、缺陷位置、缺陷类型、检测方法、拍片时间、返修数量等，并对统计结果进行分析。缺陷类型一般分为圆形缺陷、条型缺陷、内凹、未焊透、深孔、内咬、烧穿、未溶等[4]。一般将管道截面分为8个缺陷位置，最上面刻度为1，最下面刻度为5，分为（1-2）、（2-3）、（3-4）、（4-5）、（5-6）、（6-7）、（7-8）和（8-1）。

这里以ZX天然气管道工程无损检测的统计结果来探讨怎样提高焊接质量。ZX天然气管道工程全长103.5 km，管径Φ711 mm，压力6.3 MPa。管道对焊缝进行100%超声波探伤和100%射线照相检测。超声波探伤达到SY/T 4109—2005《石油天然气钢质管道无损检测》标准Ⅰ级为合格；射线照相检测达到SY/T 4109—2005标准Ⅱ级为合格。焊接一次合格率标准定为96%。采用纤维素焊条向下焊打底，自动保护药芯焊丝半自动填充盖面。无损检测总体统计结果见表1。

表1 ZX天然气管道项目焊口缺陷类型、位置统计结果

3.2焊接质量技术分析

3.2.1 缺陷类型和产生原因

1）气孔（圆形）。共发生114处，占总缺陷数的63%。主要是盖面焊时熔池过热，焊条长期暴露在潮湿的空气中，易受潮等。避免措施可以通过运条控制熔池温度防止过热，烘干焊条或对焊条进行封存防止受潮。

2）夹渣（条形）。共发生30处，占总缺陷数的16.6%。主要是焊接电流太小、焊接速度过大、熔池金属凝固过快、运条不正确、铁水和熔渣分离不好。避免措施是打底焊时打磨干净，调整焊接电流焊接速度。

3）内咬边。共发生11处，占总缺陷数的6%。电流过大，焊接速度过快，电弧过大，焊条角度不当。

4）内凹。共发生11处，占总缺陷数的6%。组队间隙过大，焊接时熔孔过大，根焊时焊条进入深度不够。热焊时仰焊位置运条过慢或电流过大。

5）烧穿。共发生5处，占总缺陷数的2.8%。电流过大，焊接速度过慢。熔池击穿了打底焊缝。

6）未焊透。共发生5处,占总缺陷数的2.8%。焊接速度过快，电流过小，焊条角度不当，间隙过小。

7）深孔。共发生3处，占总缺陷的1.7%。

8）未熔。共发生2处，占总缺陷数的1.1%。焊接速度过快，电流过小，焊条角度不对。

虽然把圆形缺陷都记为气孔，条形缺陷都记为夹渣，有些不准确，但气孔、夹渣两种缺陷占总数80%足以说明焊接质量的主要问题。因此在焊接过程中对焊工的焊接手法、运条速度以及电弧的长度等工艺参数进行精细管理，是减少两种主要缺陷的关键。

3.2.2 缺陷的位置及产生原因

1）平焊位置。平焊包括（1-2）和（8-1）2个位置，其中（1-2）位置产生缺陷12处，（8-1）位置产生缺陷7处。共有缺陷19处，占总缺陷数的10.5%。

平焊是焊条电弧焊的基础。平焊的特点：焊接时熔化金属主要靠重力过渡，焊接技术容易掌握，除打底焊外其他各层可选用较大电流进行焊接，表面成型容易控制。但打底焊时若操作不当易产生未焊透，缩孔，焊瘤。连弧焊单面焊双面成型并非易事。

2）仰焊位置。仰焊包括（4-5）和（5-6）2个位置，其中（4-5）位置产生缺陷39处，（5-6）位置产生缺陷75处。共有缺陷114处，占总缺陷数的63%。

仰焊是所有位置中最难焊的。一般来说能完成仰焊的焊工基本可以胜任各种位置的焊接。技术要求高，体力要求高，焊接时有时要躺着焊，运条不便，角度不易保持，难度很大，质量不易保证。

仰焊时由于熔池金属倒悬在焊件下面，没有固定的金属承接，所以焊缝成型困难。施焊时常发生熔渣越前的现象。仰焊必须保证用最短的电弧长度，以使熔滴在很短时间内过渡到熔池中。在表面张力作用下熔池液体金属熔合，促使焊缝成型。若电流或焊条直径过大，会至使熔池体积过大，容易产生熔池金属下落。若电流过小，根部不易焊透，易产生夹渣、未焊透和焊缝成型不良。

3）立焊位置。立焊包括（2-3）、（3-4）、（6-7）和（7-8）共4个位置，其中（2-3）位置产生缺陷6处，（3-4）位置产生缺陷8处，（6-7）位置产生缺陷22处，（7-8）位置产生缺陷12处。共有缺陷48处，占总缺陷数的26.5%。

立焊时熔池金属受重力作用具有下坠趋势，容易产生焊瘤和未熔合。但由于熔点低，流动性强，熔池金属和熔渣容易分离，操作不当时易产生气孔。

从焊接位置来看，仰焊是管道焊接的重中之重。如何控制仰焊质量（比如改进焊接工艺，为焊工提供更好的焊接环境，创造更好的焊接体位，减少仰焊劳动强度）就显得非常重要。

3.2.3 关于保证焊接质量的几点建议

焊接质量的控制涉及到全面质量管理的五大要素：人、机、料、法、环[5]。

1）“人”：焊工。焊工要进行专项的培训，一般分为打底焊焊工、填充焊焊工、盖面焊焊工。打底焊技术难度最大，一定要选打底焊单项成绩最好的焊工，而不是水平最高、综合能力最强的来担任。

进行职业道德培训，培养焊工的责任心。80%的缺陷焊工在焊接时通过熔池的观察是可以觉察到的，只是存在侥幸心理，认为不一定超标。

对焊工进行一定的体能训练。焊接是一个高强度的体力活。特别是仰焊，没有好的体能焊接时的手法稳定性是没有保障的。

同时还要进行针对性的狭窄地方的模拟训练，全方位的提高焊工的素质。

2）“机”：焊机。焊机的性能越好，有效作用力就越好，稳定性就越强。

3）“料”：焊接材料。焊条、焊丝使用前严禁受潮气、雨水、雪霜及油类侵蚀。应在干燥通风的室内保存。纤维素型焊条在包装不好或受潮情况下应进行烘干。烘干温度应为70～80℃，不得超过100℃，恒温时间0.5～1 h。出现药皮裂纹、脱落的焊条不得用于管道焊接。

同时还包括管材的管理，外径相同但壁厚不同的管道错边量会很大，建议采用以内径为标准的管件，同时配合使用内对口器，以内口为基准对齐。

4）“法”：焊接方法。严格按焊接工艺规定的条件施焊。焊接工艺虽然对焊接电流、焊接层数、焊速、电压、焊条型号、焊丝直径等做了比较详细的规定，但焊接手法是不可能在工艺中体现的，每个焊工的焊接手法可能都不一样。通过总结好的方法，实际操作时可以在项目上对具体操作手法进行硬性规定，使焊接过程趋于标准化，焊接质量的稳定性更好。

5）“环”：施焊环境。管墩高度要在400～500 mm之间，坡口间隙要合理一致，工作坑管口处作业空间应不小于500 mm，尽量为焊工提供好的焊接条件。

4 结语

天然气长输管线焊缝缺陷大部分是圆形和条形缺陷，缺陷发生位置主要在仰焊位置。要根据具体的施工特点，强化焊接质量管理，合理选择无损检测方法、检测时机，加强检测过程的质量控制，能有效地保证无损检测结果的准确性、可靠性，从而使整个工程的管道焊接质量得到提升。

[1]宋小春,黄松岭,赵伟.天然气管道裂纹的无损检测方法[J].天然气工业,2006,26（7）:103-105.

[2]梁海滨.新无损检测技术在长输管道工程的应用及发展趋势[J].广东科技,2012,21(5):196-197.

[3]曹智.长输管道焊接质量控制[J].石化技术,2016,23(3): 201.

[4]刘洋.长输管道焊接施工常见的焊接缺陷及防止要点[J].智能城市,2016(1):163-164.

[5]刘保平,周生来.长输管道焊缝无损检测监督要点[J].石油工程建设,2013,39（2）:57-58.

The main factor to ensure the safety of long-distance natural gas pipeline system is the welding quality,and nondestructive testing is a very important link and measures in the welding quality control.This paper describes the working process of nondestructive testing,the commonly used detection methods and how to strengthen the quality management of nondestructive testing before,in and after nondestructive testing.By analyzing the nondestructive testing results of a natural gas pipeline project,it is pointed out that the weld defects of long distance natural gas pipelines are mostly circular and strip defects,and they appear mainly in overhead welding positions.It is necessary to choose the reasonable nondestructive testing method and testing time to strengthen the quality control of the testing process.

long-distance pipeline；welding quality；weld defect;nondestructive testing；working procedure

贾强

2017-01-19

刘玉杰（1970-），男，博士，高级工程师，研究方向是天然气长输管道建设管理。