螺旋埋弧焊管焊缝边沿母材缺陷探伤分析

2020-03-21马朝辉屈利华席少鹏王旭鹏强会明陈立涛张伟锋

焊管 2020年2期

马朝辉，屈利华，席少鹏，王旭鹏，强会明，陈立涛，张伟锋

（宝鸡石油钢管有限责任公司，陕西宝鸡721008）

在螺旋埋弧焊管无损检验中，18 mm 以上大壁厚钢管焊缝边沿母材缺陷较为突出，多存在于螺旋焊缝两边25 mm 范围内。在螺旋焊管超声波自动探伤设备中，按照标准设计有焊缝边沿25 mm 热影响区分层探伤探头布置，没有非分层缺陷探伤探头。一般情况下，焊缝边沿非分层缺陷探伤采用X 射线和超声波探伤综合检验判定，检验难度较大，效率较低。因此，本研究针对焊缝边沿缺陷的无损检验进行了研究分析。

1 焊缝边沿母材缺陷的类型

螺旋埋弧焊管焊缝边沿母材缺陷的类型分为分层缺陷和非分层缺陷。分层缺陷属于钢带中常规缺陷，超声波检验非常直观；非分层缺陷种类繁杂，一般大多为非金属夹杂、折叠和边裂。

1.1 分层缺陷

对焊缝边沿母材使用双晶直探头检测时，缺陷反射回波高度较高，标准中使用Φ6.0 mm 平底孔100%基准波高判定分层缺陷是否超标，在超声波检验中较为容易检出。含分层缺陷的试样截面宏观照片如图1 所示。

图1 含分层缺陷的试样截面宏观照片

1.2 非金属夹杂物

这种缺陷在钢管焊缝边沿检验中较为常见、也是最难检测和最难判定的缺陷，此种缺陷的大小及在钢带中位置分布无规律性，有些通过简单的酸洗就能够清晰显示出来（如图2 所示），有些则需通过金相分析才能够看见（如图3 所示）。这种缺陷对超声波探伤工作的影响很大。

图2 含缺陷试样截面酸洗后宏观照片

图3 含缺陷试样截面的金相分析图片

1.3 母材折叠

母材钢板表面有局部互相折合的双层金属称为折叠，其外形与裂纹形似，深浅不一，在横截面上一般呈现锐角，通常可通过目视检查，进行修磨处理并测量剩余厚度。母材折叠缺陷宏观照片如图4 所示。

图4 母材折叠缺陷宏观照片

1.4 母材边裂

钢管母材钢带边部裂纹简称边裂，引起钢带边裂的原因有夹杂物、钢板边部严重脱碳、横向冷却不均匀和气泡聚集。母材边裂一般可通过目视测出，但有些极其细小的边裂肉眼无法检出，可通过超声波横波扫查检出，如图5 所示。

图5 母材边裂缺陷宏观

2 焊缝边沿母材缺陷的探伤检测

2.1 分层缺陷探伤

分层缺陷一般平行于钢板表面，无厚度，钢板的厚度也没有减少。分层缺陷无法通过X射线检出，而是要采用超声波探伤检测，在钢管检验中通常使用5 MHz 双晶直探头检测，这种检测方法还能定位缺陷的深度。对分层缺陷的判定一般按照标准中面积及任意长度要求进行判级，天然气管线一般要求钢管焊缝两侧25 mm范围内不允许存在沿焊缝长度超过6.4 mm、且面积大于100 mm2的分层缺陷。采用直探头检测焊缝边沿的分层缺陷，典型的分层缺陷波形如图6 所示。

图6 典型分层缺陷超声波探伤波形图

2.2 非分层缺陷探伤

在数字X 射线（DR）检验过程中发现焊缝边沿母材上存在灰度减小的带状区域（如图7 所示），说明此处母材厚度减小或者母材中存在密度小于钢密度的夹杂物。通过对钢管此处内外壁检查发现，该带状区域位于母材内部，进一步超声波探伤检验，具有分层缺陷波形特征，再进行取样分析，定性该缺陷为非金属夹杂物。

图7 非金属夹杂物的数字X 射线（DR）检验图

图7 所示的非金属夹杂物占用板材内部的空间较大，可以很直观的通过X 射线看到。但如果缺陷体积很小，只能通过金相放大100 倍才能看清缺陷的形状结构，进而判定是母材折叠缺陷或边裂缺陷等。焊缝边沿母材非分层缺陷超声波探伤波形如图8 所示。在焊缝探伤过程中，这类非分层缺陷只有使用横波斜探头才能显示出超标缺陷。

图8 焊缝边沿母材非分层缺陷超声波探伤波形图

3 焊缝边沿母材缺陷探伤结果分析

3.1 分层缺陷判定

国内天然气管道用螺旋焊管生产中，大多执行 API SPEC 5L、 GB/T 9711 及管线技术要求，分层缺陷检验以Φ6.0 mm 平底孔反射波高的100%为基准灵敏度，判定标准为：钢管焊缝两侧25 mm范围内不允许存在沿焊缝长度超过6.4 mm、且面积大于100 mm2的分层；管端25 mm 范围内不允许存在沿圆周方向长度超过6.4 mm、且面积大于100 mm2的分层。有上述分层缺陷的钢管应切除，直至除去这种分层。任何方向不允许存在长度超过 50 mm 的分层；长度在 30～50 mm 的分层相互间距应大于500 mm；长度小于30 mm、相互间距小于板厚的若干小分层构成连串性分层，该连串性分层中所有小分层长度总和不得大于80 mm。焊缝边沿母材分层缺陷严格按照标准判定，若缺陷在管端，可进行切除处理，若切除后无法满足标准对钢管长度要求，此根钢管作降级处理。

3.2 非分层缺陷测定

焊缝边沿母材非分层缺陷主要为非金属夹杂物，这类缺陷位置不确定，有些位于焊缝热影响区，离焊缝熔合线较近，在焊缝超声波探伤中很容易检出，但位置比较难确定。就热影响区缺陷位置测定举例说明，对壁厚为21.4 mm 螺旋钢管进行焊缝探伤时，使用斜探头探伤，始波距缺陷波水平距离L1=18 mm、距焊缝余高波水平距离L2=42 mm，得出缺陷波距余高波水平距离L3=24 mm，大于内焊缝宽度（内焊缝宽度测量为18 mm），则判定此缺陷为焊缝边沿母材缺陷。缺陷位置测量及波形如图9 所示。

图9 焊缝热影响区母材缺陷位置测量及波形图

3.3 非分层缺陷判定

目前，对于焊缝边沿母材非分层缺陷探伤检验及判定，标准及管线技术要求中没有明确规定。在超声波探伤中，根据疑似缺陷位置分别进行判定。一般情况下，母材非分层缺陷有一定面积，使用双晶直探头可以检出，按照分层缺陷检验标准进行判定。如果母材非分层缺陷位于焊缝熔合区、焊缝两侧1.6 mm 范围，按照焊缝标准使用Φ1.6 mm 竖通孔100%基准波高进行判定。其他情况根据缺陷超声波探伤波形、射线检验图片、检验人员经验及宏观金相测定区别对待。