李虎昌， 李靖龍， 王海峰， 焦振峰， 馮清振

（海油發(fā)展珠海管道工程有限公司， 廣東 珠海519000）

0 前 言

隨著海上石油天然氣的開(kāi)發(fā)利用， HFW 焊管已普遍應(yīng)用于海底石油天然氣輸送管道。 目前， 小直徑 （Φ219～610 mm） 海底管線大部分使用HFW 焊管， 壁厚為11.1～19.1 mm， 材質(zhì)一般為X65MO。 由于HFW 焊管的成型及焊接方式， 焊縫中易存在裂紋、 未熔合、 組織不均勻（氧化物夾雜、 焊縫條狀物分布過(guò)多） 等缺陷。另外， 在HFW 成型焊接過(guò)程中， 局部焊縫熱影響區(qū)偏析等缺欠可能導(dǎo)致裂紋萌生。

通過(guò)超聲波檢測(cè)方法可以基本辨識(shí)HFW 焊管焊縫的缺陷性質(zhì)、 分布狀態(tài)， 進(jìn)而判斷缺陷產(chǎn)生的原因， 以此指導(dǎo)生產(chǎn)。 鑒于HFW 焊管的特點(diǎn)， 焊管生產(chǎn)企業(yè)在檢測(cè)過(guò)程中不能僅局限于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) （如API SPEC 5L、 DNV-OS-F101） 的基本要求， 應(yīng)提高超聲波檢測(cè)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)， 以確保產(chǎn)品質(zhì)量， 保障海底管線安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 焊縫超聲波檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)要求及其局限性

API SPEC 5L 和DNV-OS-F101 標(biāo)準(zhǔn)中， 海底管線用HFW 焊管焊縫超聲波檢測(cè)的要求為N5 刻槽或Φ1.6 mm 通孔為驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)， 回波高度100%為基準(zhǔn)靈敏度， HFW 焊管生產(chǎn)線一般配置在線及離線超聲波檢測(cè)系統(tǒng)。 檢測(cè)用超聲波探頭一般為K1， 此探頭對(duì)根部未焊透及開(kāi)口型裂紋檢測(cè)靈敏度高， 對(duì)于HFW 焊管焊縫熔合線未開(kāi)口型微裂紋、 氧化物夾雜等壁厚中間部位的缺陷靈敏度偏低， 此類缺陷往往選擇K2 探頭。

在實(shí)際的超聲波檢測(cè)中會(huì)遇到小于基準(zhǔn)靈敏度的缺陷反射波， 如基準(zhǔn)靈敏度30%或者50%波高的缺陷反射波。 由于HFW 焊管的特點(diǎn)， 這部分低于基準(zhǔn)靈敏度的缺陷性質(zhì)可能比較嚴(yán)重，這類缺陷大多數(shù)是氧化物夾雜類缺陷， 即沿焊縫熔合線的氧化物沒(méi)有被擠出， 或是壁厚中間部位熔合線上的微裂紋， 這種微裂紋兩端延伸處往往伴隨著斷續(xù)的氧化物夾雜。 這類缺陷導(dǎo)致焊縫脆性增加， 降低焊縫的韌性。 但由于檢測(cè)過(guò)程中超聲反射回波沒(méi)有超標(biāo)， 往往容易被忽視， 導(dǎo)致缺陷漏檢。 具有該缺陷的管道在實(shí)際使用過(guò)程中由于焊縫韌性較低， 微小裂紋會(huì)快速生長(zhǎng)， 導(dǎo)致焊縫開(kāi)裂。 因此， API SPEC 5L 及DNV-OS-F101標(biāo)準(zhǔn)在HFW 焊管焊縫檢測(cè)方面的要求具有一定的局限性。

2 HFW 焊管焊縫缺陷類型及檢測(cè)辨識(shí)方法

2.1 HFW 焊管焊縫缺陷類型

HFW 焊管焊縫缺陷一般為焊縫熔合線裂紋、母材偏析分層、 表面翹邊及熔合線組織不均勻等， 缺陷類型如圖1 所示。

圖1 HFW 焊管焊縫缺陷類型

2.2 手工超聲波檢測(cè)靈敏度調(diào)整及缺陷定位簡(jiǎn)易方法

手工超聲波檢測(cè)探頭選擇K1 和K2 兩種，厚壁小直徑焊管一般選擇用K1 探頭， 薄壁大直徑焊管選擇K2 探頭。 自動(dòng)超聲波檢測(cè)均采用K1 探頭， 如美國(guó)GE、 加拿大InspecTech 自動(dòng)超聲波檢測(cè)系統(tǒng)等。 同時(shí)， 探頭采用不同規(guī)格的探頭靴或耐磨層提高檢測(cè)時(shí)的耦合效果。 手工超聲波檢測(cè)用探頭與鋼管接觸部位始終和鋼管的弧度保持一致。 自動(dòng)超聲波檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)缺陷后， 應(yīng)用手工超聲波檢測(cè)進(jìn)行復(fù)檢確認(rèn)。

HFW 焊管焊縫手工超聲波檢測(cè)時(shí)， 回波位置如圖2 所示。 在檢測(cè)前應(yīng)對(duì)手探儀檢測(cè)靈敏度進(jìn)行調(diào)校， 以N5 刻槽檢測(cè)靈敏度為基準(zhǔn)。 探頭對(duì)準(zhǔn)對(duì)比試塊的內(nèi)刻槽， 將N5 刻槽回波高度增益到100%， 調(diào)整水平移位將回波調(diào)整到適當(dāng)位置（見(jiàn)圖2 （a））， 此時(shí)位置為內(nèi)表面缺陷回波位置。在增益不變的情況下， 將探頭對(duì)準(zhǔn)外刻槽， 記錄外刻槽回波高度， 即為外刻槽靈敏度， 此時(shí)的回波位置即是鋼管檢測(cè)過(guò)程中外表面缺陷回波位置（見(jiàn)圖2 （b））。 在檢測(cè)過(guò)程中， 水平位置50～70 即為壁厚方向的掃查范圍（見(jiàn)圖2 （c））， 可根據(jù)缺陷回波的位置判斷缺陷在壁厚方向的分布， 但在檢測(cè)過(guò)程中應(yīng)考慮到部分HFW 焊管焊縫增厚、錯(cuò)邊和殘余內(nèi)毛刺現(xiàn)象。

圖2 手工超聲波檢測(cè)回波位置示意圖

在實(shí)際的檢測(cè)過(guò)程中， 掃查靈敏度應(yīng)提高6 dB， 以防止缺陷漏檢。 當(dāng)發(fā)現(xiàn)缺陷回波時(shí)， 應(yīng)針對(duì)缺陷回波位置兩側(cè)分別進(jìn)行檢測(cè)， 兩探頭的水平中間位置即為缺陷的水平位置， 這種方法比較直觀， 可在外表面直接定位缺陷的水平位置。

2.3 焊縫缺陷性質(zhì)辨識(shí)方法

（1） 熔合線延伸至焊縫表面及近表面裂紋（見(jiàn)圖1 （a））。 超聲波檢測(cè)焊縫兩側(cè)回波高度基本一致， 通過(guò)水平定位， 可確定缺陷位于焊縫中心線上， 該類缺陷如果在外表面或近外表面， 通過(guò)超聲波定位后可用磁粉探傷方法進(jìn)一步確認(rèn)，此類缺陷磁痕是一條連續(xù)或斷續(xù)平齊的直線。

（2） 熔合線未開(kāi)口裂紋， 即壁厚中間部位裂紋類缺陷 （見(jiàn)圖1 （b））。 此類缺陷超聲回波一致， 通過(guò)金相檢測(cè)發(fā)現(xiàn)此類裂紋兩端沿著熔合線有明顯的氧化夾雜物， 將導(dǎo)致焊縫脆性提高， 韌性下降， 存在較大的安全隱患。 部分此類缺陷回波較小， 如熔合線上的微裂紋， 往往沒(méi)有達(dá)到N5 刻槽的報(bào)警極限， 在實(shí)際檢測(cè)工作中對(duì)于此類缺陷應(yīng)判為不合格。

（3） 氧化物夾雜類缺陷（見(jiàn)圖1 （c））。 此類缺陷超聲回波靈敏度很低， 往往只有基準(zhǔn)靈敏度的20%～30%左右， 極易被忽略， 但此類缺陷危害程度與裂紋類缺陷一樣嚴(yán)重。 在鋼管外表面做磁粉檢測(cè)時(shí)， 會(huì)發(fā)現(xiàn)沿著焊縫有一條較淺且平齊的直線磁痕。 對(duì)于此類缺陷， 可先通過(guò)在線超聲波檢測(cè)位置， 再用手工超聲波檢測(cè)， 適當(dāng)提高檢測(cè)靈敏度， 在批量生產(chǎn)前進(jìn)行檢測(cè)排除， 避免出現(xiàn)批量不合格， 必要時(shí)可通過(guò)金相檢測(cè)進(jìn)一步確認(rèn)。

（4） 熱影響區(qū)母材分層類缺陷（見(jiàn)圖1 （d） ～圖1 （h））。 鋼帶壁厚中心部位存在著不同程度的偏析現(xiàn)象， 在鋼帶成型焊接過(guò)程中， 部分較嚴(yán)重的偏析就會(huì)沿著焊縫兩側(cè)的流線裂開(kāi)形成裂紋， 或者形成部分沒(méi)有裂開(kāi)的較嚴(yán)重的偏析缺陷。 超聲波檢測(cè)會(huì)有很明顯的檢測(cè)回波， 但焊縫兩側(cè)的缺陷回波高度不一致。 由于該類缺陷位于焊縫熱影響區(qū)附近， 很容易與焊縫缺陷相混淆。當(dāng)采用斜探頭發(fā)現(xiàn)此類缺陷時(shí)， 可通過(guò)單晶直探頭或雙晶直探頭檢測(cè)缺陷回波相應(yīng)位置， 會(huì)有明顯的分層回波， 且該分層有一定的面積特征。

3 結(jié)束語(yǔ)

HFW 鋼管焊接質(zhì)量與原料質(zhì)量、 焊接工藝、成型設(shè)備均有關(guān)， 為了確保海底管線用HFW 焊管的質(zhì)量， 在超聲波自動(dòng)檢測(cè)過(guò)程中， 掃查靈敏度應(yīng)提高6 dB， 對(duì)可疑缺陷再用手工探傷方式進(jìn)行定位和定性， 確認(rèn)缺陷的性質(zhì)。 首批鋼管生產(chǎn)過(guò)程中， 應(yīng)在熱處理工序之前， 用手工超聲波檢測(cè)方法對(duì)焊縫進(jìn)行檢測(cè)， 同時(shí)用磁粉檢測(cè)方法相配合， 對(duì)焊縫裂紋、 氧化物夾雜等缺陷進(jìn)行檢測(cè)。 尤其應(yīng)重視低于基準(zhǔn)靈敏度的缺陷回波， 如有必要可取金相試樣做進(jìn)一步的分析確認(rèn)， 不能僅局限于API SPEC 5L 及DNV-OS-F101 標(biāo)準(zhǔn)要求的基準(zhǔn)靈敏度。 同時(shí)， 應(yīng)對(duì)原材料邊部重點(diǎn)部位進(jìn)行裂紋、 偏析等缺陷檢測(cè)。