李根強,吳勝強

(1.勞氏船級社(中國)有限公司, 上海 200001;2.浙江久立特材科技股份有限公司, 湖州 313012)

不銹鋼管等離子弧焊接焊縫射線檢測中偽缺陷的評判與分析

李根強1,吳勝強2

(1.勞氏船級社(中國)有限公司, 上海 200001;2.浙江久立特材科技股份有限公司, 湖州 313012)

液化氣船舶的管系系統(tǒng)的焊接質(zhì)量至關重要，在對其不銹鋼管射線檢測的評片過程中，發(fā)現(xiàn)等離子焊接焊縫的射線底片上存在一類疑似缺陷的顯示。對顯示的成因進行分析，證實該顯示為偽缺陷顯示，并且針對性地對切割工藝和焊接工藝提出了改進措施，以為同行提供參考。

管系系統(tǒng)；等離子弧焊；偽缺陷；未熔合

能源消費和化工生產(chǎn)所需的大宗液化氣運輸通常由液化氣船來承擔。在運輸?shù)倪^程中，石油氣通常在相對較高的溫度下，采用加壓、機械制冷等方式進行液化。而承載液-氣交換的管系系統(tǒng)的質(zhì)量尤其重要，對此類管系系統(tǒng)，相關規(guī)范通常要求對焊縫進行100%的射線檢測，以此保證系統(tǒng)的安全運行。

在對某管系系統(tǒng)的例行射線檢查評片過程中， 發(fā)現(xiàn)在規(guī)格為(外徑×壁厚)φ219 mm×3.76 mm、φ323 mm×4.57 mm、φ273 mm×4.19 mm的鋼管的底片上,存在疑似未熔合的危害性缺陷,黑度較大。此類疑似顯示多發(fā)生在鋼管制造廠制作的薄壁管縱縫端，其特征多成線性，位于焊縫和母材熔合線區(qū)域。同時通過目視、滲透觀察比對，發(fā)現(xiàn)其不屬于咬邊類型的缺陷。由于未熔合屬于危害性缺陷，會嚴重影響到系統(tǒng)使用的安全性，因此需要對此類疑似未熔合顯示[1]進行判斷確認。

圖1 發(fā)現(xiàn)疑似缺陷的某不銹鋼管焊縫射線底片

發(fā)現(xiàn)疑似缺陷的某不銹鋼管焊縫射線底片如圖1所示。對此焊縫打磨平滑后進行滲透檢測,未發(fā)現(xiàn)線狀痕跡顯示。對其重新拍片,從射線底片(見圖2)可看出類似的陰影線部分已消除，可判斷疑似陰影線的位置位于表面或近表面。

圖2 焊縫(對應圖1)打磨后的射線底片

1 原因分析

1.1 從原材料切割方面分析

鋼管的卷管加工,采用的是對不銹鋼鋼板或鋼帶，進行冷剪切切割的加工方式[2]，切割示意如圖3所示(A截面放大示意見圖4)。

圖3 鋼管的切割示意

由于不銹鋼的塑性好，延伸率大，故在冷剪切割過程中，鋼帶的兩邊會形成一條壓痕，而在鋼帶切斷面形成一個變薄量，通常在0.1～0.2 mm間,如圖4所示。

圖4 縱剪后鋼帶的邊部及現(xiàn)場結(jié)構(gòu)裝配實例

1.2 從焊接方面分析

圖5 對接焊縫結(jié)構(gòu)裝配示意

由于此類管系的質(zhì)量要求高、管壁薄，鋼管制作廠一般采用全自動單面焊雙面成型的等離子弧焊的焊接方式(見圖5)。等離子弧焊[3]采用高熱輸出量的方式，能量集中，對厚度小于8 mm的不銹鋼單面焊雙面成型，不需要開坡口；因此具有焊接速度快、熱影響區(qū)小、焊接變形小、焊接穩(wěn)定、缺陷少的特點，能有效地提高焊管的產(chǎn)量。但由于該焊接方式線能量大，焊管厚度薄，容易造成內(nèi)焊縫余高窄而高；當壓痕線位于管內(nèi)壁時，焊接區(qū)從而與母材變薄區(qū)形成尖銳的焊趾缺口。在射線拍片過程中，容易形成此類焊縫的“焊趾線”陰影，造成射線底片的誤判，對接焊縫剖面示意如圖6所示。

圖6 對接焊縫剖面示意

2 試驗驗證

2.1 未熔合缺陷和疑似缺陷射線底片比對

未熔合缺陷和疑似缺陷射線底片，如圖7和圖8所示。

圖7 帶有未熔合缺陷的射線底片

圖8 疑似缺陷的射線底片

全自動等離子弧焊為成熟的焊接工藝， 焊接質(zhì)量的可靠性較高。從底片上看，未熔合缺陷的產(chǎn)生具有隨機性，而疑似缺陷顯示多出現(xiàn)在焊縫兩側(cè)，且有一定的長度，具有一定的連續(xù)性和規(guī)律性。同時，通過對不同射線透照角度底片的比對，可發(fā)現(xiàn)：未熔合的底片影像一般是在焊縫兩側(cè)邊緣，位于焊縫寬度約3/4處，多呈月牙形，靠近母材側(cè)呈直線狀，底片上缺陷顯示的中心黑度大，邊緣逐漸變淺。而由焊趾線形成的陰影線的影像變化主要是由于內(nèi)焊縫余高與母材縱剪面厚度差引起檢測底片上黑度顯示較大。

2.2 試樣的力學性能對比及金相分析

(1) 彎曲、拉伸試驗

對底片陰影線區(qū)的試件進行取樣，然后對其進行拉伸和彎曲試驗，結(jié)果見圖9,可見在形成影陰線部位區(qū)未發(fā)現(xiàn)表面開口或裂紋類缺陷。

圖9 拉伸、彎曲試驗結(jié)果的試樣

(2) 金相低倍檢驗

對(1)中試樣進行金相低倍檢驗(1 000倍)，結(jié)果未發(fā)現(xiàn)焊接裂紋、未熔合、未焊透等缺陷。

圖10 試樣低倍組織圖

綜上所述，通過進一步的試驗，驗證了原因分析的可靠性，此類疑似缺陷顯示是由于生產(chǎn)工藝、加工的不完善造成的工藝性虛假缺陷。

3 改進措施

結(jié)合生產(chǎn)設備以及生產(chǎn)狀況，提出以下改進措施[4]:① 原材料切割時，優(yōu)化切割工藝參數(shù)，降低板材厚度的變薄量， 減少裝配錯邊量；② 焊接時，優(yōu)化焊接工藝參數(shù)，在保證能夠熔透的前提下，降低焊接線能量，使電弧電流、焊接速度等參數(shù)合理匹配。做到以上兩點，可從根源上避免此類虛假影像的產(chǎn)生，減少射線底片缺陷影像的誤判。

4 結(jié)語

在對液化氣船舶管系系統(tǒng)中的不銹鋼管的射線評片過程中，發(fā)現(xiàn)等離子焊接焊縫的底片上存在一類疑似缺陷的顯示。對顯示的成因進行了分析，證實該顯示為偽缺陷顯示，并且針對性地提出了優(yōu)化切割、焊接工藝參數(shù)的改進措施，以為同行提供參考。

[1] 劉書強，張濤， 陳立剛，等 工業(yè)射線膠片常見偽缺陷簡析[J]. 影像技術，2001(3)：22-24.

[2] 樊立奎. 小直徑薄壁不銹鋼焊管生產(chǎn)工藝與應用[J]. 鋼管， 2001,30(2)：20-26.

[3] 章海源.不銹鋼等離子弧焊接質(zhì)量的控制[J].機械工人，1996(7):6-7.

[4] 夏克.無損檢測用X光片偽缺陷的產(chǎn)生及防止方法[J].工業(yè)安全與環(huán)保, 2005，31(4)：59-60.

Assessment and Analysis on Suspected Indications in Radiographic Inspection ofPlasma Arc Welds of Stainless Steel Pipes

LI Genqiang1, WU Shengqiang2

(1.Lloyd′s Register Classification Society (China) Co., Ltd., Shanghai 200001, China;2.Zhejiang Jiu Li Hi-tech Metals Co., Ltd., Huzhou 313012, China)

The quality of welds is very important on the pipes system of VLGC ship. Suspected indications on the RT films of the welds were found in the process of radiographic evaluation of stainless steel pipes. Research work was done on the basic root cause of suspected indications and it was concluded that the suspected indications were not due to serious defects. Hereafter, some improvement measures for the cutting and welding procedure of stainless steel pipes were put forward.

pipe system; plasma arc welding; suspected indication; lack of fusion

2016-06-28

李根強(1975-),男，工程師，主要從事工程檢測、科研及新技術的研發(fā)與應用工作

李根強，jacky.li@lr.org

10.11973/wsjc201706012

TG115.28

A

1000-6656(2017)06-0053-03