韓 嘯

（中國石油大慶石化公司熱電廠，黑龍江大慶 163000）

0 引言

壓力管道在安裝后和使用過程中需要進(jìn)行無損檢測(cè)，檢查管道是否產(chǎn)生損傷或者存在缺陷。常用的檢測(cè)方法有多種，但檢測(cè)原理與檢測(cè)設(shè)備都具有自身的局限性，實(shí)際工作中經(jīng)常采取多種檢測(cè)方法對(duì)同一段管道進(jìn)行檢測(cè)，通過結(jié)果的對(duì)比來判斷缺陷。

一段直徑為813 mm、壁厚為14.4 mm 的鋼制管道，鋼材牌號(hào)為L(zhǎng)485M，采取漏磁檢測(cè)方法對(duì)該段管道進(jìn)行檢測(cè)，顯示該段管道存在32%的金屬損失。為了進(jìn)一步驗(yàn)證該段管道的缺陷種類，采取超聲檢測(cè)、超聲相控陣檢測(cè)、射線檢測(cè)等多種檢測(cè)方法對(duì)該段管道進(jìn)行二次檢測(cè)，超聲檢測(cè)完成后的結(jié)論為該段管道存在2 mm 高20 mm 長(zhǎng)的缺陷，超聲相控陣檢測(cè)后的結(jié)論為該段管道表面下10～12 mm 處存在約20 mm 長(zhǎng)的夾層，放射線檢測(cè)后的結(jié)論為該段管道存在長(zhǎng)25 mm 的裂紋?？梢?，超聲檢測(cè)與放射線檢測(cè)的結(jié)論存在很大差異，無法準(zhǔn)確確定該段管道的缺陷類型。為了進(jìn)一步驗(yàn)證哪種檢測(cè)方法更準(zhǔn)確，需要對(duì)該段管道進(jìn)行取樣分析。

1 理化檢驗(yàn)

1.1 宏觀分析

圖1 為該段管道的外觀，再次對(duì)試樣進(jìn)行放射線檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果更加傾向于該段管道存在裂紋。

圖1 缺陷管段

對(duì)該段管道內(nèi)表面進(jìn)行打磨拋光處理，并采取硝酸酒精對(duì)打磨拋光處進(jìn)行浸蝕試驗(yàn)，得到圖2 所示的管道內(nèi)壁缺陷處形貌。管道內(nèi)表面浸蝕后呈現(xiàn)兩處圓形區(qū)域，選擇該區(qū)域作為取樣位置截取兩塊試樣。

圖2 管道內(nèi)壁缺陷處浸蝕形貌

1.2 金相分析

對(duì)取下的兩塊試樣進(jìn)行研磨拋光，并采用硝酸酒精浸蝕，然后通過金相顯微鏡觀察兩塊試樣的微觀形貌。如圖3 所示，試樣1 在顯微鏡下呈現(xiàn)典型的焊接特征，焊接缺陷和焊接裂紋非常明顯，對(duì)試樣1 繼續(xù)進(jìn)行組織形貌觀察可以看到焊縫區(qū)的焊接裂紋為柱狀的結(jié)晶裂紋（圖4），熱影響區(qū)的焊接裂紋為沿晶裂紋（圖5），且在裂紋內(nèi)部存在明顯的灰色氧化物。

圖3 試樣1 顯微組織

圖4 試樣1 焊縫處顯微組織

圖5 試樣1 熱影響區(qū)裂紋微觀形貌

如圖6 所示，試樣2 在顯微鏡下呈現(xiàn)典型的焊接特征，焊接缺陷和焊接裂紋非常明顯，對(duì)試樣2 繼續(xù)進(jìn)行組織形貌觀察，可以看到焊縫區(qū)的焊接裂紋為柱狀的結(jié)晶裂紋（圖7），熱影響區(qū)的焊接裂紋為沿晶裂紋（圖8），且在裂紋內(nèi)部存在明顯的灰色氧化物。

圖6 試樣2 顯微組織

圖7 試樣2 焊縫處顯微組織

圖8 試樣2 熱影響區(qū)沿晶開裂形貌

1.3 能譜分析

試樣1 與試驗(yàn)2 的裂紋中均存在黃色物質(zhì)，通過電子顯微鏡對(duì)該物質(zhì)進(jìn)行能譜（EDS）分析。試樣1 的分析結(jié)果顯示該白色區(qū)域的主要成分為銅，其質(zhì)量百分比為93.95%，灰色區(qū)域含銅量為19.52%。試樣2 的分析結(jié)果顯示，各微觀區(qū)域均含有一定量的銅，其質(zhì)量百分比分別為8.69%，5.79%和5.61%，而裂紋中的黃色物質(zhì)為銅、灰色物質(zhì)為氧化鐵。

2 分析與討論

在無損檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)該段管道存在長(zhǎng)約20 mm 的裂紋，且主裂紋上存在一些放射狀微裂紋。對(duì)該段管道取樣進(jìn)行金相試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)管道中確實(shí)存在裂紋，初步判斷裂紋是在焊接過程中產(chǎn)生的，進(jìn)一步對(duì)試樣進(jìn)行能譜分析驗(yàn)證了這一判斷結(jié)果。在能譜分析中可以看到，兩塊試樣的缺陷位置具有明顯的焊接特征，焊接區(qū)和熱影響區(qū)均存在裂紋，因此可以確定該段管道有被補(bǔ)焊的歷史。

試樣中焊縫區(qū)存在柱狀的結(jié)晶裂紋，熱影響區(qū)存在沿晶裂紋，這是因?yàn)楣艿篮附訒r(shí)熔池內(nèi)金屬凝固收縮而未得到足夠的基礎(chǔ)填充，并大量滲入低熔點(diǎn)金屬銅引起了結(jié)晶裂紋，也造成焊縫區(qū)縮孔和裂紋等現(xiàn)象，進(jìn)而在應(yīng)力的作用下帶動(dòng)熱影響區(qū)形成沿晶裂紋，低熔點(diǎn)的銅受熱滲入裂縫內(nèi)部，形成大量的銅殘留。

在焊縫區(qū)與熱影響區(qū)均含有大量的銅元素，還含有一定量的氧化鐵，說明該段管道所存在的裂紋是在補(bǔ)焊過程中產(chǎn)生的，但在管道使用過程中裂紋未進(jìn)一步擴(kuò)展。

能譜分析顯示，試樣1 和試樣2 中的銅元素的質(zhì)量百分比有較大差異，但二者的裂紋形式相同，因此可以判斷試樣1 補(bǔ)焊前既存在銅污染，這些銅在補(bǔ)焊過程中滲入焊縫裂紋中，使裂紋中的銅含量大大增加。通過走訪調(diào)查，確認(rèn)了這一結(jié)論。

3 結(jié)論及建議

該L485M 鋼管道的缺陷類型為裂紋，裂紋是在管道補(bǔ)焊過程中產(chǎn)生的，焊接過程中焊縫熔池內(nèi)金屬冷卻收縮而未得到及時(shí)填充是導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生的主要原因，管道補(bǔ)焊前既存在銅污染，補(bǔ)焊過程中銅元素大量滲入焊縫與熱影響區(qū)、進(jìn)一步觸發(fā)了裂紋的產(chǎn)生。

建議進(jìn)行管道焊接前對(duì)焊接位置進(jìn)行表面清理，避免污染物質(zhì)滲入焊縫和熱影響區(qū)形成沿晶裂紋；采取合理的焊接工藝避免因焊縫收縮而導(dǎo)致的裂紋，提高焊接質(zhì)量。