孟慶軍，唐彥林，任 勇，李曉敏

（1.中油寶世順（秦皇島）鋼管有限公司，河北 秦皇島066206；2.寶雞石油鋼管有限責(zé)任公司 西安石油專用管分公司，西安710201）

在直縫埋弧焊鋼管的生產(chǎn)檢測過程中，焊縫附近母材缺欠的檢測甚為棘手，原因有以下幾點：①界定不清。相關(guān)的管線標(biāo)準(zhǔn)對此類缺欠的檢測范圍和驗收極限存有歧義；②定位困難。因其存在于焊接接頭內(nèi)，無損檢測方法不易確定缺陷在熔合線內(nèi)外的具體位置；③難以避免。由于原料軋制和剪切工藝的原因，原材料板邊缺欠分布密度較板體高，據(jù)某廠統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，鋼管生產(chǎn)工藝有擴(kuò)大和惡化該缺欠的趨勢；④不易檢測。對于含有該缺欠的原料鋼板，鋼板制造廠還沒有行之有效的檢測手段。

直縫埋弧焊管焊縫附近母材缺欠主要包括：母材分層、母材夾雜（渣）、母材裂紋等。由于焊縫附近母材缺欠處在焊接接頭較為薄弱的熱影響區(qū)，因此，含有該缺陷的鋼管厚度方向的力學(xué)性能容易惡化，導(dǎo)致壁厚方向性能降低，沖擊韌性、抗疲勞能力變?nèi)酰?］，進(jìn)而影響鋼管的使用性能。本研究分析和探討了直縫埋弧焊管焊縫附近母材缺欠無損檢測的相關(guān)問題。

1 管線標(biāo)準(zhǔn)的驗收極限

不同管線鋼管標(biāo)準(zhǔn)對于焊縫附近母材缺欠的驗收極限不盡相同，焊縫兩側(cè)母材缺欠的驗收界定會帶來兩種不同的理解。部分常用管線標(biāo)準(zhǔn)對于焊縫附近母材缺欠的無損檢測要求見表1。

表1 常用管線標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于焊縫附近母材缺欠規(guī)定的對照表

表1中①對于焊縫兩側(cè)1.6 mm寬的母材規(guī)定有兩種理解：一是以熔合線為基準(zhǔn)線，由焊縫金屬向兩側(cè)母材各延伸1.6 mm的區(qū)域；二是以焊趾為基準(zhǔn)做壁厚方向的直線為基準(zhǔn)線，向兩側(cè)母材各延伸1.6mm的區(qū)域。焊接接頭檢測區(qū)域劃分如圖1所示，對大于φ1.6mm豎通孔當(dāng)量而小于φ6.0mm平底孔當(dāng)量的缺欠，若對圖1中（a）區(qū)域進(jìn)行檢測，結(jié)果合格；若對圖1中（b）區(qū)域進(jìn)行檢測，則結(jié)果不合格。

圖1 焊接接頭檢測區(qū)域劃分示意圖

表1中①和②對焊縫兩側(cè)規(guī)定區(qū)域的母材缺欠驗收極限不同。顯而易見，①的驗收極限要嚴(yán)于②的驗收極限，對于板邊大于φ 1.6 mm豎通孔當(dāng)量而小于φ 6.0 mm平底孔當(dāng)量的缺欠，鋼板檢測時合格，但是鋼管驗收卻不合格，如此以來，合格鋼板不一定能夠生產(chǎn)出合格鋼管。

對于以上2個問題，若以①為驗收基準(zhǔn)，即用焊縫的驗收標(biāo)準(zhǔn)檢驗焊縫兩側(cè)的母材，不但給鋼板超聲波檢測提出了更高的要求，而且對鋼板制造廠板邊質(zhì)量的控制提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)；若以②為驗收基準(zhǔn)，雖然超聲波檢驗合格，但鋼管中具有疲勞危害的焊縫附近母材缺欠，卻為鋼管的使用埋下質(zhì)量隱患。

基于同一管線標(biāo)準(zhǔn)對于焊縫附近母材缺欠驗收極限的不一致性，為了更有效地提升鋼管品質(zhì)，避免制管廠與鋼廠的一些質(zhì)量爭議，焊縫附近母材缺欠的無損檢測方法及判定依據(jù)就顯得尤為重要。

2 焊縫附近母材缺欠的無損檢測

2.1 超聲波及金相檢測結(jié)果

在焊管檢驗過程中，壁厚大于16 mm焊管的焊縫附近母材缺欠發(fā)生幾率較高，經(jīng)金相試驗驗證，總結(jié)母材缺欠的大小、位置、性質(zhì)及走向，以便于給以后的無損檢測工作積累經(jīng)驗。

壁厚21 mm焊管母材分層的金相照片及其橫波波形如圖2所示。母材分層缺欠較為普遍，該分層缺欠成片狀分布，分層內(nèi)側(cè)邊界距熔合線1.5 mm，焊管圓周方向分層寬度3.2 mm，深度14.1 mm，缺欠徑向厚度約0.2 mm。超聲波橫波斜探頭檢測出的缺陷波寬而高，底波明顯降低。

圖2 焊管母材分層的金相照片及橫波波形

壁厚27.5 mm焊管母材夾雜的金相照片及其橫波波形如圖3所示。該夾雜呈閃電狀，處于熱影響區(qū)內(nèi)，焊管圓周方向?qū)挾?.6 mm，深度23.4 mm，缺欠自身高度約0.6 mm，壁厚方向有一定延伸。橫波檢測缺陷波堅挺，缺陷波尖呈現(xiàn)清晰的高低雙峰。

壁厚26.2 mm焊管母材夾渣的金相照片及其橫波波形如圖4所示。該夾渣距熔合線0.2 mm，深度22.4 mm，寬度約0.5 mm，非常類似于焊縫中熔合線夾渣。由于母材夾渣壁厚減薄不足0.2 mm，因此射線檢驗根本無法檢測到夾渣影像。但是，因其在焊管中軸向長度超過3 mm，所以超聲波橫波檢測非常明顯，同側(cè)與異側(cè)相比缺陷當(dāng)量相差較大，波尖有毛刺。

圖3 焊管母材夾雜的金相照片及橫波波形

圖4 焊管母材夾渣的金相照片及橫波波形

圖5 焊管母材裂紋的金相照片及其橫波波形

壁厚22 mm焊管母材裂紋的金相照片及其橫波波形如圖5所示。該缺欠為母材徑向裂紋，距熔合線0.8 mm，裂紋開口寬度約0.3 mm，深度17.8 mm，缺欠壁厚方向高度0.5 mm，有延伸趨勢，缺欠波尖成明顯叢狀。

2.2 缺欠的定位

依據(jù)焊縫附近母材缺欠在熔合線內(nèi)外所處的位置，來確定是焊縫缺陷還是板邊母材缺陷。其判定結(jié)果不但直接影響成型和焊接工藝的調(diào)整方向，而且關(guān)系到鋼板廠家的軋制工藝?？梢?，缺欠的準(zhǔn)確定位是非常重要的。

2.2.1 超聲波定位

焊縫自動超聲波檢測后，應(yīng)對缺陷噴標(biāo)處進(jìn)行手動超聲波復(fù)查，對于焊縫附近母材缺欠，超聲波定位可采用橫波和縱波兩種檢測方式。首先采用橫波定位，橫波定位即為通常所說的缺欠最高反射波的水平定位，其檢測靈敏度應(yīng)以φ 1.6 mm豎通孔反射波高的100%為基準(zhǔn)，橫波定位受探頭磨損、儀器差異、缺欠形狀及走向影響存有一定的誤差?？v波深度定位時，檢測靈敏度在原來φ 6.0 mm平底孔基準(zhǔn)增益上再提升6~12 dB，為消除焊縫余高對直探頭耦合的影響，管端缺欠確認(rèn)前應(yīng)修磨去除焊縫余高，方可檢測到部分較寬的焊縫附近母材分層缺欠。

2.2.2 輔助方法

缺欠定位必須結(jié)合成型和焊接工藝、金相試驗、X射線拍片、管端磁粉檢測等輔助手段，分析成型和焊接工藝有助于判斷缺欠在焊接接頭中的走向；通過金相試驗的焊縫截面，為缺欠在焊縫中的位置提供參考；印證X射線拍片結(jié)果，進(jìn)一步排除了焊縫中體積型缺陷的可能性。熔合線附近的焊縫夾渣及其X射線底片如圖6所示，這類焊縫夾渣用超聲波檢測時易于混淆成母材的缺欠；對于延伸到管端端面焊縫附近的母材缺欠，使用磁粉檢測更為便捷準(zhǔn)確。

圖6 熔合線附近焊縫夾渣的金相照片及其X射線底片

考慮到無損檢測過程中，無法準(zhǔn)確確定焊縫中熔合線的曲線模型，因此，采用圖1中的檢測區(qū)域（a）進(jìn)行無損檢測的可操作性不強(qiáng)。實際操作過程中，只能執(zhí)行圖1中以焊趾為基準(zhǔn)線的檢測區(qū)域（b），在利用超聲波確定缺欠在焊縫熔合線內(nèi)外的具體位置時，還必須配合無損檢測以外的方法。

2.3 缺欠的定性

鋼板超聲波檢測設(shè)備驗收標(biāo)準(zhǔn)是φ 6.0 mm平底孔反射波高的100%，若只考慮直探頭的驗收基準(zhǔn)，會造成小于φ 6.0 mm平底孔當(dāng)量的母材缺欠 “漏檢”，從而導(dǎo)致板邊缺欠隨著制管成為焊縫附近的母材缺陷。發(fā)現(xiàn)缺欠并對其定位后，應(yīng)判定是否為焊縫附近母材缺欠，需對其進(jìn)行性質(zhì)估判，定性之后才能對含有該缺陷的焊管進(jìn)行相應(yīng)處理。

2.3.1 利用波形定性

在積累一定數(shù)量母材缺欠超聲波反射波形及金相試驗的基礎(chǔ)上，通過觀察不同缺欠波形，對比已驗證的缺欠波形，可估判出缺欠性質(zhì)。一般而言，由于母材分層或較大夾雜沿鋼板軋制方向分布，焊管中焊縫附近母材缺陷反射波強(qiáng)烈，橫波檢出的缺欠當(dāng)量高于φ 1.6 mm豎通孔反射波幅；在焊管圓周方向呈層狀分布的分層缺欠，橫波水平掃描線顯示的缺欠波的波根較母材夾雜類缺欠寬；底波反射強(qiáng)度受分層遮擋而削弱，示波屏觀察到的底波將明顯低于正常底波的波幅（見圖2）。

在使用橫波檢測時，還可以觀察到缺欠邊界的不平滑度所產(chǎn)生的反射波，波尖呈現(xiàn)出類似裂紋波形的參差不齊狀（見圖5）。斜探頭前進(jìn)或后退過程中，參差的波尖隨之消失或出現(xiàn)，但是，在斜探頭靜態(tài)檢測時，一般不會出現(xiàn)裂紋特有波形自行粘連起伏的情況。

焊管檢測過程中，如再輔以雙晶直探頭縱波檢測，對母材缺陷的定性將更為可靠。

2.3.1 利用X射線拍片定性

焊縫附近母材缺欠中的分層屬于面積型缺欠，母材夾雜內(nèi)部填充物射線衰減系數(shù)與母材相差不大，X射線檢測對于此類缺欠敏感性較低，除外觀缺欠外，母材內(nèi)部缺欠一般情況下不易被X射線檢出。對于橫波檢出的波根較窄的疑似母材缺欠性質(zhì)的估判，使用X射線拍片檢測，能夠做出更為恰當(dāng)?shù)呐袛?，如圖6所示。

3 焊縫兩側(cè)母材缺欠的預(yù)防及處理

通過成型和焊接工藝的調(diào)整無法消除焊縫附近母材的分層及夾雜，為使板邊母材缺欠不至于影響焊接接頭的質(zhì)量，分層的預(yù)防主要集中在鋼板超聲波檢測上。鋼板制造廠應(yīng)承擔(dān)鋼板超聲波檢測的主要責(zé)任，在檢測設(shè)備的板邊10 mm范圍內(nèi)加設(shè)K1橫波斜探頭，用于檢測板邊大于φ 1.6 mm豎通孔當(dāng)量的分層或夾雜類缺欠。

自動超聲波連探設(shè)備在使用N5刻槽校驗設(shè)備檢測范圍時，為檢測出焊縫兩側(cè)1.6 mm范圍內(nèi)的母材缺陷，N5刻槽應(yīng)位于距焊趾2~3 mm的母材上，以滿足標(biāo)準(zhǔn)對此區(qū)域的檢測要求。手動超聲波復(fù)查過程中，按從嚴(yán)驗收的原則，依照上文所述進(jìn)行無損檢測。

針對無損檢測發(fā)現(xiàn)的焊縫附近母材缺欠，遵照執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行相應(yīng)處理：焊接接頭區(qū)域按焊縫修補(bǔ)規(guī)定處理，對PSL2焊管，補(bǔ)焊凹坑邊緣擴(kuò)展到母材金屬的距離不應(yīng)超過3.2 mm［2］，超出該區(qū)域的母材缺陷只能切除或拒收。

4 結(jié) 語

直縫埋弧焊管焊縫附近母材缺欠屬于比較普遍的現(xiàn)象，并且難以避免。筆者首先就常用管線標(biāo)準(zhǔn)驗收極限的矛盾點提出問題，之后結(jié)合該缺陷的特點和檢驗結(jié)果，簡述了該缺陷的無損檢測方法，為處理此類問題的提供了實際可行的途徑，最后，期待相關(guān)管線標(biāo)準(zhǔn)能夠關(guān)注并盡早處理技術(shù)文件的問題，為焊管的生產(chǎn)制造提供一個可靠的判定依據(jù)。

［1］李為繆.鋼中非金屬夾雜物［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1998．

［2］API SPEC 5L：2012，管線鋼管規(guī)范（45 版）［S］.

［3］GB/T 9711—2011，石油天然氣工業(yè)管線輸送系統(tǒng)用鋼管［S］.

［4］CDP-S-NGP-PL-006—2011-2，天然氣管道工程鋼管通用技術(shù)條件［S］.

［5］CDP-S-COP-PL-007—2011-2，原油管道工程鋼管通用技術(shù)條件［S］.

［6］CDP-S-OGP-PL-017—2011-2，油氣管道工程感應(yīng)加熱彎管母管通用技術(shù)條件［S］.

［7］汪超，馬立立，張 航.超聲波檢測對直縫埋弧焊鋼管的質(zhì)量控制［J］.無損探傷，2010，34（06）：14-17.

［8］胡天明.超聲探傷［M］.武漢：武漢測繪科技大學(xué)出版社，1994.

［9］汪超，熊偉，李雅可.鋼管超聲波檢測時缺陷波形的識別［J］.無損檢測，2011，35（04）：78-81

［10］張學(xué)成，雷嘯，楊龍榮.管道環(huán)向?qū)雍附咏宇^超聲檢測用對比試塊的討論［J］.無損探傷，2010，34（07）：41-43，48.