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        管線鋼管生產(chǎn)制造過程中無損檢測標準的應(yīng)用分析

        2019-03-04 10:13:04,,,,
        無損檢測 2019年2期
        關(guān)鍵詞:焊縫標準檢測

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        (中國石油集團石油管工程技術(shù)研究院, 西安 710077)

        一般石油管材包括石油管及管件,石油管材在生產(chǎn)制造過程中涉及的標準規(guī)范較多,在標準規(guī)范的應(yīng)用過程中會遇到許多問題,不同用途的管材對應(yīng)的標準規(guī)范要求也不盡相同,目前國際上關(guān)于石油管線管生產(chǎn)執(zhí)行的標準有API SPEC 5L第45版《管線鋼管規(guī)范》、ISO 3183:2012/Amd 1:2017《石油天然氣工業(yè) 管線輸送系統(tǒng)用鋼管》,國內(nèi)有GB/T 9711-2017《石油天然氣工業(yè) 管線輸送系統(tǒng)用鋼管》等。

        管線管在生產(chǎn)過程中涉及多項無損檢測方法,管體及焊縫等的無損檢測國內(nèi)外標準繁多,如何按照產(chǎn)品標準進行無損檢測對產(chǎn)品的質(zhì)量控制至關(guān)重要。筆者對現(xiàn)行非酸性或非海上服役條件鋼制石油管線管生產(chǎn)制造執(zhí)行的API SPEC 5L第45版、GB/T 9711-2017等標準中涉及的無損檢測內(nèi)容進行歸納整理,并對標準使用過程中遇到的問題進行比較說明,以為管線管材生產(chǎn)制造中的無損檢測工藝制定及質(zhì)量控制提供借鑒。

        1 管線管生產(chǎn)制造采用的產(chǎn)品標準

        目前鋼制石油管線管生產(chǎn)執(zhí)行的標準主要有:

        ① API SPEC 5L第45版,2013年7月1日實施,API SPEC 5L第46版,2019年5月1日生效;

        ② ISO 3183:2012/Amd 1:2017,2017年11月生效;

        ③ GB/T 9711-2017標準,2017年12月1日生效。

        API采用ISO 3183作為 API SPEC 5L;GB/T 9711-2017在ISO 3183:2012第3版和API SPEC 5L第45版基礎(chǔ)上編制;API SPEC 5L第46版與第45版相比,主要增加了附錄N《縱向塑性應(yīng)變能力PSL2鋼管的訂購》,其無損檢測采用附錄K《酸性、海上服役條件和/或縱向塑性應(yīng)變能力條件鋼管的無損檢測》,附錄K產(chǎn)品范圍增加了縱向塑性應(yīng)變能力條件鋼管,內(nèi)容無變化。

        2 管線管產(chǎn)品標準中涉及的無損檢測標準

        鋼制石油管線管生產(chǎn)執(zhí)行API SPEC 5L第45版(第46版)、ISO 3183:2012/Amd 1:2017、GB/T 9711-2017標準,在進行無損檢測時,可以按照產(chǎn)品標準規(guī)定的一種標準或與其等效的標準進行。

        按照API SPEC 5L第45版、ISO 3183:2012/Amd 1:2017、GB/T 9711-2017標準的要求,可以采用與其等效的標準進行檢測,例如用GB/T 9711-2017進行電磁(漏磁)檢測,超聲檢測和射線檢測,不僅可以采用ISO系列標準檢測也可采用SY/T系列標準檢測。

        3 產(chǎn)品標準對管線管無損檢測的規(guī)定

        管線管無損檢測主要包括管體無損檢測和管端無損檢測兩部分:無縫管管體指整根鋼管,焊管管體指不包括焊縫和熱影響區(qū)的整個鋼管;管端指不能被自動檢驗系統(tǒng)覆蓋的部分,對于焊管應(yīng)不小于200 mm管端范圍內(nèi),但要注意不同的標準規(guī)范對管端范圍的要求各不相同。

        3.1 管體無損檢測(非酸性或非海上服役條件)

        標準要求對于鋼級≥L210/A(L表示管線管鋼,A表示鋼管等級),直徑≥60.3 mm(2.375 in.)的焊管的焊縫、成品螺旋焊縫鋼管上的鋼帶(卷)/鋼板對頭焊縫應(yīng)按表1的規(guī)定進行100%無損檢測。要求對鋼管焊縫的無損檢測采用一種方法或幾種方法的組合,焊縫類型為SAW(埋弧焊接)和鋼帶(卷)/鋼板對頭的射線檢測可協(xié)商采用射線檢測代替超聲檢測,見表1。

        標準要求所有PSL2無縫(SMLS)管,以及PSL1的鋼級為L245或B級的淬火加回火無縫管,應(yīng)按表2的規(guī)定進行全長(100%)無損檢測。

        對于在重大項目中使用的管線管,制造過程中一般執(zhí)行用戶的技術(shù)條件,如目前正在進行的中俄東線工程按照Q/SYGD 0503.2-2016《中俄東線天然氣管道工程技術(shù)規(guī)范 第2部分:X80級螺旋縫埋弧焊管技術(shù)條件》執(zhí)行,在技術(shù)條件中明確要求鋼管應(yīng)進行焊縫全長X射線檢測,同時應(yīng)在水壓試驗后進行焊縫全長全焊縫區(qū)域縱橫向缺陷超聲檢測。

        表1 鋼管焊縫無損檢測要求

        注:a 要求進行,制造商與購方已協(xié)議用射線檢測代替超聲檢測時除外。

        表2 無縫管管體無損檢測要求

        3.2 管端無損檢測(非酸性或非海上服役條件)

        對于焊管,如果使用自動超聲或自動電磁檢測系統(tǒng)時,對任何不能被該自動檢驗系統(tǒng)覆蓋的鋼管管端焊縫,應(yīng)采用手動或半自動超聲斜角(聲束)法或射線檢測方法(選適用者)檢驗管端焊縫中的缺陷,否則應(yīng)切除未檢驗管端。

        對埋弧焊管和組合焊管,應(yīng)采用射線檢測方法對每根鋼管至少200 mm(8.0 in.)管端范圍內(nèi)的焊縫進行檢查。

        對于無縫管,如果使用自動超聲或自動電磁檢測系統(tǒng)時,對任何不能被該自動檢驗系統(tǒng)覆蓋的鋼管管端,應(yīng)采用手動或半自動超聲斜角(聲束)法或磁粉檢測方法檢驗管端焊縫中的缺陷,否則應(yīng)切除未檢驗管端。

        對于管端檢測,在QSYGD 0503.4-2016《中俄東線天然氣管道工程技術(shù)規(guī)范 第4部分:X80級直縫埋弧焊管技術(shù)條件》中要求至少應(yīng)距管端300 mm范圍內(nèi)采用手動超聲檢測,X數(shù)字射線檢測時如存在盲區(qū),則至少對管端250 mm 焊縫進行拍片檢測;對于焊管,技術(shù)條件要求管端應(yīng)進行磁粉檢測或滲透檢測。

        4 管線管無損檢測方法對比分析

        4.1 射線檢測

        4.1.1 射線檢測技術(shù)

        管線管的射線檢測,按照表3所示的標準方法進行。

        表3 射線檢測技術(shù)標準

        ISO 10893-6:2011適用于直焊縫或螺旋焊縫埋弧自動焊鋼管的X射線膠片照相法檢測,也適用于圓形空心部件的檢測;ASTM E94-17適用于X射線和γ射線膠片照相法檢測;ISO 10893-7:2011適用于計算機射線照相技術(shù)(CR)或使用數(shù)字檢測器陣列檢測直焊縫或螺旋焊縫熔化電弧自動焊鋼管的情況,也適用于圓形空心部件的檢測;ASTM E2698-18適用于使用數(shù)字檢測器陣列(DDA)系統(tǒng)對金屬和非金屬材料的X射線和γ射線檢測;ASTM E2033-17適用于使用穿透輻射發(fā)射光致發(fā)光法進行X射線、γ射線或中子(CR)檢測的情況。

        SY/T 6423.1-2013等同采用ISO 10893-6:2011,SY/T 6423.5-2014等同采用ISO 10893-7:2011。ISO、SY/T標準與ASTM標準相比,ASTM標準適用范圍更大一些,另外標準中管線管的射線檢測只包含射線膠片照相和數(shù)字射線。

        4.1.2 成像介質(zhì)及影像質(zhì)量要求

        要求數(shù)字成像能夠達到標準要求的靈敏度;膠片應(yīng)符合GB/T 19348.1-2014《無損檢測 工業(yè)射線照相膠片 第1部分 工業(yè)射線照相膠片系統(tǒng)的分類》的C4級或C5級或ASTM E1815-08(2013)e1《工業(yè)射線照相膠片系統(tǒng)分類標準測試方法》中的Ⅰ級或Ⅱ級(見表4),且應(yīng)使用鉛增感屏;射線底片的黑度不應(yīng)低于2.0,焊縫的黑度不低于1.5;達到所用膠片類型的最大對比度。標準中黑度給出了下限,上限沒有要求;最大對比度無法量化或測量,很難實現(xiàn)。

        表4 常用膠片的牌號型號

        4.1.3 像質(zhì)計

        按照GB/T 23901.1-2009《無損檢測 射線照相底片像質(zhì) 第1部分:線型像質(zhì)計像質(zhì)指數(shù)的測定》 、ISO 19232-1:2004《無損檢測 射線照相底片像質(zhì) 第1部分:線型像質(zhì)計 像質(zhì)指數(shù)的測定》或ASTM E747-04(2010)《射線檢驗用線型像質(zhì)計(IQI)的設(shè)計、制造和材料組分類標準作法》選用ISO或ASTM線型像質(zhì)計(IQIS),如果使用其他標準的像質(zhì)計,其靈敏度應(yīng)與線型像質(zhì)計的靈敏度相同或更高。所采用的像質(zhì)計(IQI)應(yīng)橫跨焊縫放置在代表完整余高的焊縫上,且應(yīng)包含兩種基本線徑,一種線徑由具有完整余高的焊縫厚度確定,另一種線徑由無余高的焊縫厚度確定。

        GB/T 23901.1-2009等同采用ISO 19232-1:2004。

        4.1.4 設(shè)備校驗(標定)

        進行動態(tài)檢驗時,應(yīng)使用像質(zhì)計校驗靈敏度和檢驗工藝的適用性。采用射線膠片時,每張底片應(yīng)有像質(zhì)計。實施時,只應(yīng)采用在射線源一側(cè)的像質(zhì)計對圖像質(zhì)量進行檢查。

        初始檢驗系統(tǒng)的確認過程中,探測器的空間分辨率除采用像質(zhì)計進行測定外,還應(yīng)采用雙絲型像質(zhì)計進行測定。

        4.1.5 射線檢測發(fā)現(xiàn)缺欠

        判定缺欠是否能夠驗收,應(yīng)考慮的重要因素是缺欠尺寸、間隔以及在規(guī)定長度內(nèi)缺欠的直徑之和。所有圓形缺欠采用同樣的驗收極限,包括圓形夾渣和氣孔型缺欠。由射線檢測發(fā)現(xiàn)的裂紋、未焊透和未熔合應(yīng)判定為缺陷。

        4.1.6 射線檢測圖像的可追溯性

        射線檢測圖像應(yīng)追溯到相應(yīng)的鋼管。

        4.2 超聲檢測和電磁檢測

        4.2.1 檢測技術(shù)

        管線管的超聲檢測和電磁檢測,按照表5所示方法進行。

        (1) ISO 10893-8:2011適用于無縫鋼管和焊管(埋弧焊除外)管體及熱影響區(qū)母材分層缺欠的超聲檢測,ISO 10893-9:2011適用于焊接鋼管制造的板帶分層缺欠的超聲波檢測,ISO 10893-10:2011適用于無縫鋼管和焊接(埋弧焊除外)鋼管縱向或橫向缺欠的常規(guī)超聲或相控陣檢測,ASTM A435/A435M-17適用于厚度在12.5 mm以上的碳和合金軋制鋼板直聲束脈沖反射法超聲波檢測,

        表5 超聲檢測和電磁檢測技術(shù)標準

        ASTM A578/A578M-17適用于厚度在10 mm以上的特殊用途碳和合金軋制鋼板直聲束脈沖反射法超聲波檢測,ASTM E213-14e1適用于金屬管材脈沖反射法超聲波檢測。

        (2) ISO 10893-11:2011適用于埋弧焊或電阻和感應(yīng)焊接(EW)鋼管焊縫縱向和/或橫向的缺欠檢測(常規(guī)超聲或相控陣),ASTM E273-15適用于管徑為50 mm以上、壁厚為3~27 mm的金屬管材焊縫的超聲檢測。

        (3) ASTM E164-13適用于手動脈沖A掃描反射法對黑色及鋁合金焊縫的檢測,ASTM E587-15適用于接觸式脈沖斜射法超聲檢測。

        (4) ISO 10893-3:2011適用于外徑不小于10 mm 的鐵磁性無縫和焊接鋼管的全周自動漏磁檢測,ASTM E570-15e1適用于直徑為12.7~610 mm,壁厚不大于12.7 mm的鐵磁性鋼管產(chǎn)品的漏磁檢測。

        (5) ISO 10893-2:2011適用于外徑不小于4 mm 的無縫和焊接管的自動渦流檢測(埋弧焊管除外), ASTM E309-16適用于鐵磁性管材的渦流檢測。

        SY/T 6423.3-2013等同采用ISO 10893-9:2011,SY/T 6423.4-2013等同采用ISO 10893 -8:2011;SY/T 6423.2-2013等同采用ISO 10893-11:2011; SY/T 6423.6-2014等同采用ISO 10893-3:2011。ISO、SY/T系列標準與ASTM相比,ASTM適用范圍更大,而ISO、SY/T系列標準對被檢產(chǎn)品的限制更多。

        4.2.2 對比標樣

        對比標樣應(yīng)包含標準規(guī)定的參考反射體,可以是一個或多個機加工刻槽,或一個或多個徑向鉆孔;對比標樣上的參考反射體之間應(yīng)有間隔,以便足以產(chǎn)生分辨的信號;對比標樣應(yīng)通過鑒定。

        4.2.3 設(shè)備校準(標定)

        制造商應(yīng)采用文件化的程序確定超聲檢測或電磁檢測(選適用者)的拒收門限。在正常工作條件下,應(yīng)能夠檢測出相關(guān)標準規(guī)定的參考反射體。

        4.2.4 驗證系統(tǒng)能力的記錄

        用參考反射體確定設(shè)備檢測靈敏度時,制造商應(yīng)保存驗證系統(tǒng)檢驗?zāi)芰Φ臒o損檢測(NDT)系統(tǒng)記錄。這些驗證性記錄至少應(yīng)包括覆蓋面計算(如掃描方案)、對預(yù)定壁厚的檢測能力、重復(fù)性、檢測制管工藝產(chǎn)生的典型缺陷的探頭布置方法、采用適用無損檢測方法檢測出制管工藝的典型缺陷的證明資料、門限設(shè)定參數(shù)等內(nèi)容。

        4.2.5 驗收極限

        由參考反射體產(chǎn)生的信號驗收極限應(yīng)符合標準規(guī)定。焊管超聲檢測系統(tǒng)在動態(tài)檢驗?zāi)J较掳l(fā)現(xiàn)的任何大于標準規(guī)定驗收極限的缺欠應(yīng)判為缺陷,而以下情況之一者除外:

        (1) 在靜態(tài)模式下,超聲檢測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)的缺欠,其產(chǎn)生的信號幅度小于標準規(guī)定的適用驗收極限,且信號幅度確實是該缺欠產(chǎn)生的最大幅度。

        (2) 確定產(chǎn)生信號的缺欠是表面缺欠,但非表面缺陷。

        (3) 對于埋弧焊和組合焊管,通過射線檢測確定引起超標信號的缺欠是滿足標準規(guī)定的夾渣型缺欠或者氣孔型缺欠。

        除非表面缺陷和夾渣型缺欠或者氣孔型缺欠允許外,超聲檢測發(fā)現(xiàn)的缺陷不應(yīng)依據(jù)隨后的射線檢測歸類為缺欠。對于無縫管,除確定產(chǎn)生超標信號的缺欠不是表面的缺陷外,產(chǎn)生的回波信號幅度大于標準中適用驗收極限的任何表面缺欠應(yīng)判為缺陷。對于組合焊縫,對任何高度大于背景噪聲,長度大于25 mm的連續(xù)信號,應(yīng)采用符合標準規(guī)定的射線檢測方法復(fù)檢或協(xié)議規(guī)定的其他檢測方法復(fù)驗。

        4.3 磁粉檢測

        4.3.1 檢測技術(shù)

        管線管的磁粉檢測按照表6所述方法進行。

        表6 磁粉檢測技術(shù)標準

        ISO 10893-5:2011適用于無縫鋼管和焊接鋼管表面缺欠的磁粉檢測,包括鋼管內(nèi)外表面及端面的檢測;ASTM E709-15適用于鐵磁性材料表面及近表面裂紋或其他不連續(xù)性的檢測。

        SY/T 6423.7-2017等同采用ISO10893-5:2011,ISO、SY/T系列標準與ASTM相比,ASTM通用性更強。

        4.3.2 無縫鋼管

        如果磁粉檢測用于縱向缺陷的檢驗,則整個鋼管外表面均應(yīng)按照標準檢驗;標準只提出了對無縫鋼管磁粉檢測的要求。

        4.3.3 設(shè)備及對比標樣

        磁粉檢測設(shè)備應(yīng)能產(chǎn)生滿足標準要求的足夠強度的磁場;試驗應(yīng)采用生產(chǎn)過程中的鋼管,或制造商保留的有自然或人工制造的缺陷類似樣管。

        5 結(jié)語

        國內(nèi)石油管線管材生產(chǎn)制造過程中涉及的產(chǎn)品標準包括GB/T 9711-2017及API SPEC 5L第45版(API SPEC 5L第46版)等標準,鋼制石油管材的產(chǎn)品標準涉及很多不同類別的無損檢測標準,合理使用適宜的無損檢測標準規(guī)范對石油管線管材產(chǎn)品的質(zhì)量控制至關(guān)重要,因此在工作中要根據(jù)不同的檢測產(chǎn)品、產(chǎn)品規(guī)范選擇合適的無損檢測方法,制定合理的無損檢測工藝,才能保證產(chǎn)品的安全可靠性。

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