大直徑直縫雙面埋弧焊管超聲波檢測(cè)質(zhì)量控制

汪 超，王 成，劉勝斌，金 博，范 鋒

（1.渤海裝備南京巨龍鋼管有限公司，南京 210061；2.中國(guó)石油天然氣管道局國(guó)內(nèi)事業(yè)部，河北 廊坊 065000）

大直徑直縫雙面埋弧焊管超聲波檢測(cè)質(zhì)量控制

汪 超1，王 成2，劉勝斌1，金 博1，范 鋒1

（1.渤海裝備南京巨龍鋼管有限公司，南京 210061；2.中國(guó)石油天然氣管道局國(guó)內(nèi)事業(yè)部，河北 廊坊 065000）

針對(duì)天然氣管道工程用焊管相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求，分別給出了鋼板和焊管超聲波檢測(cè)時(shí)的探頭布置、靈敏度設(shè)置及各類缺陷的具體檢測(cè)方法。分析了鋼板或焊管中存在的各種缺陷的類型特征，設(shè)計(jì)了超聲波檢測(cè)時(shí)所用的專用探頭和特殊探頭。介紹了焊管生產(chǎn)過程中超聲波檢測(cè)的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)和特殊探頭的使用方法。應(yīng)用結(jié)果表明，專用探頭和特殊探頭的使用，提高了焊管在線檢測(cè)效率，降低了材料損耗，確保了焊管產(chǎn)品質(zhì)量。

鋼板；焊管；焊縫；缺陷；超聲波探傷

1 鋼板超聲波檢測(cè)質(zhì)量控制

鋼板超聲波檢測(cè)是鋼板內(nèi)在質(zhì)量控制的重要手段之一，可有效檢測(cè)出鋼板內(nèi)在缺陷，確保產(chǎn)品質(zhì)量。鋼板超聲波檢測(cè)是鋼管在成材之前的首道控制工序。CDP-S-NGP-PL-006-2011-2《天然氣管道工程鋼管通用技術(shù)條件》要求：對(duì)四、五級(jí)天然氣輸送管道用焊接鋼管，超聲波掃查至少應(yīng)覆蓋鋼板或管體表面的50%，縱向板邊50mm范圍內(nèi)100%覆蓋。為了滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，南京巨龍鋼管有限公司采用多通道超聲波鋼板探傷機(jī)，該探傷機(jī)采用80通道超聲波探傷，包括6個(gè)通道的雙晶直探頭邊探、2個(gè)四合一探頭、62個(gè)通道的板中雙晶直探頭、12個(gè)通道的板兩側(cè)斜探頭橫波探傷、2個(gè)二合一探頭和2個(gè)三合一探頭，其中增加斜探頭橫波探傷。設(shè)備檢驗(yàn)?zāi)芰Σ恍∮?0張/h；檢驗(yàn)鋼板寬度范圍為1 500～4 500mm；檢驗(yàn)鋼板厚度范圍為8～60mm。

1.1 探頭布置及靈敏度設(shè)置

鋼板探傷探頭布置及超聲波掃查路徑如圖1所示。采用80通道超聲波鋼板探傷機(jī)探傷時(shí)，按照ASTM A435要求，62個(gè)通道的板中縱波探頭在保證100%檢測(cè)前提下，每個(gè)探頭探傷有效區(qū)域應(yīng)有15%的交叉覆蓋。因此，按75mm的間距排布探頭，每組探頭擺動(dòng)距離為50mm，有2組探頭前后擺動(dòng)，保證了探頭有效覆蓋率為15%。

圖1 鋼板探傷的探頭布置及超聲波掃查路徑

1.2 鋼板中部缺陷的檢測(cè)

對(duì)于鋼板中部的超聲波自動(dòng)檢測(cè)，標(biāo)準(zhǔn)要求采用φ6mm平底孔作為校準(zhǔn)對(duì)比試塊。對(duì)比試塊人工缺陷尺寸為：平底孔深度包括t/2，t/4和3t/4；條形刻槽寬度深度包括t/2，t/4和3t/4。靜態(tài)校準(zhǔn)要求以對(duì)比試塊上的平底孔產(chǎn)生的信號(hào)100%幅度作為設(shè)定設(shè)備的觸發(fā)/報(bào)警界限。動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)要求采用人工或其他方式移動(dòng)對(duì)比試塊或探頭，移動(dòng)速度應(yīng)大于或等于正常檢測(cè)速度，調(diào)節(jié)并設(shè)定靈敏度，使探頭均能檢測(cè)出對(duì)比試塊的人工缺陷，且能觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)。

通過這種探頭的排布完全可以保證鋼板中部超標(biāo)缺陷被100%檢出。

1.3 鋼板母材分層缺陷的檢測(cè)

CDP-S-NGP-PL-013-2011-2《天然氣管道工程直縫埋弧焊管用熱軋鋼板通用技術(shù)條件》規(guī)定：對(duì)鋼板板邊50mm范圍內(nèi)的分層進(jìn)行100%檢測(cè)。生產(chǎn)雙面埋弧焊管用鋼板，板邊不允許存在分層、裂紋、收縮孔隙等缺陷，鋼板縱側(cè)兩邊不允許存在擴(kuò)展到坡口面的分層缺陷。因此，鋼板縱側(cè)邊50mm范圍內(nèi)的分層均視為缺陷，生產(chǎn)焊管前應(yīng)徹底切除包含該類缺陷的鋼板。

為了能100%檢測(cè)出這種存在于鋼板縱側(cè)邊50mm范圍內(nèi)的分層缺陷，在進(jìn)行鋼板探傷時(shí)，邊探位置增加2組（鋼板兩邊各1組）四合一探頭（3個(gè)雙晶直探頭和1個(gè)斜探頭）。四合一探頭如圖2所示。探傷過程中，四合一組合探頭沿板邊固定不動(dòng)，通過鋼板運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)超聲波檢測(cè)。

圖2 分層缺陷檢測(cè)時(shí)采用的四合一探頭

通過該探頭的應(yīng)用完全可以保證鋼板板邊50mm范圍內(nèi)母材分層缺陷100%被檢出。

1.4 鋼板母材非分層缺陷的檢測(cè)

為了保證鋼板板邊200mm范圍內(nèi)母材非分層缺陷100%的檢出，降低鋼板制管后焊縫兩邊的裂紋、收縮孔隙和母材夾雜等缺陷，在鋼板超聲波檢測(cè)時(shí)，板邊增加12組（鋼板兩側(cè)邊各6組）斜探頭、三合一組合探頭（如圖3所示）、二合一組合探頭（如圖4所示），以及1組斜探頭在四合一組合探頭上（如圖2所示）。

圖3 三合一組合探頭

圖4 二合一組合探頭

2 鋼管超聲波自動(dòng)檢測(cè)

CDP-S-NGP-PL-006-2011-2《天然氣管道工程鋼管通用技術(shù)條件》要求，焊縫全長(zhǎng)全璧厚區(qū)域包括焊縫兩側(cè)25mm范圍內(nèi)的母材應(yīng)進(jìn)行100%超聲波檢測(cè)。

2.1 檢測(cè)方法

南京巨龍鋼管有限公司采用德國(guó)KD超聲波串列式焊縫探傷裝置對(duì)鋼管焊縫進(jìn)行超聲波檢測(cè)，可檢測(cè)鋼管的直徑為508～1 422mm，壁厚為 6.0～40.0mm， 長(zhǎng)度為 8 000～12 000mm。

對(duì)焊縫進(jìn)行超聲波檢測(cè)時(shí)，以焊縫為軸線排列探頭固定導(dǎo)向系統(tǒng)（如圖5所示）。該探測(cè)系統(tǒng)共有18個(gè)探頭，兩套 L縱向檢測(cè)系統(tǒng)（共4個(gè)探頭）獨(dú)立檢測(cè)焊縫區(qū)和焊縫鄰近1.6mm的內(nèi)部和外部縱向缺陷。一套Q橫向檢測(cè)系統(tǒng)（共2個(gè)探頭）檢測(cè)焊縫和鄰近1.6mm橫向缺陷。兩套D分層檢測(cè)系統(tǒng)（共4個(gè)探頭）通過噴水耦合檢測(cè)焊縫兩側(cè)25mm范圍內(nèi)母材的分層缺陷。兩套L和T串聯(lián)檢測(cè)系統(tǒng)（共8個(gè)探頭）檢測(cè)焊縫中部缺陷，探頭距離可根據(jù)壁厚和反射角調(diào)節(jié)。

圖5 探頭固定導(dǎo)向系統(tǒng)

該裝置探傷準(zhǔn)確度高，誤報(bào)率低，最高探傷速度可達(dá)18 m/min，管端盲區(qū)最小為50mm，且檢測(cè)速度快，成本低。該裝置能夠有效檢測(cè)出鋼管焊縫缺陷和焊縫兩側(cè)25mm范圍內(nèi)的母材缺陷。

2.2 超聲波檢測(cè)靈敏度

超聲波自動(dòng)探傷是對(duì)鋼管整條焊縫、熱影響區(qū)以及焊縫兩側(cè)25mm范圍內(nèi)母材的探傷，且鋼管管端盲區(qū)小于150mm。超聲波對(duì)比樣管應(yīng)具有8個(gè)N5刻槽，1個(gè)位于焊縫上的φ1.6mm豎通孔，1個(gè)位于焊縫中心的φ3.2mm水平孔和4個(gè)平底孔。8個(gè)N5刻槽分別為：縱向2個(gè)位于外焊縫邊緣，2個(gè)位于內(nèi)焊縫邊緣，其余2個(gè)位于內(nèi)外焊縫上且分別平行于焊縫；橫向2個(gè)位于焊縫內(nèi)外表面且垂直于焊縫。N5刻槽之間要有足夠間隔，寬度1mm，長(zhǎng)度50mm。φ1.6mm豎通孔用于各探頭靈敏度的確定，N5刻槽用于相應(yīng)探頭檢測(cè)范圍以及對(duì)內(nèi)外表面的檢測(cè)能力，焊縫中心的φ3.2mm水平孔用于串列探頭的檢測(cè)能力平底孔用于相應(yīng)探頭對(duì)分層的檢測(cè)能力。

鋼管探傷時(shí)，再補(bǔ)償2 dB靈敏度，以加強(qiáng)檢測(cè)靈敏度。超聲波對(duì)比樣管如圖6所示，圖中a，b和c為焊縫外表面縱向N5刻槽，g，h和i為焊縫內(nèi)表面縱向N5刻槽，d和f為焊縫內(nèi)/外表面橫向N5刻槽，e為焊縫中心的φ1.6mm豎通孔，j為焊縫中心的φ3.2mm水平孔，k，l，m和n為φ 6mm平底孔。

圖6 超聲波對(duì)比樣管示意圖

2.3 管端超聲波檢測(cè)

2.3.1 管端焊縫檢測(cè)

CDP-S-NGP-PL-006-2011-2《天然氣管道工程鋼管通用技術(shù)條件》要求，對(duì)于所有鋼管超聲波自動(dòng)檢測(cè)存在的管端盲區(qū)，至少應(yīng)在距管端300mm范圍內(nèi)再次采用手動(dòng)超聲波進(jìn)行檢測(cè)。因此，將管端焊縫檢測(cè)分為縱向檢測(cè)、橫向檢測(cè)以及串列式檢測(cè)。縱向檢測(cè)根據(jù)壁厚采用不同的探頭進(jìn)行檢測(cè)，橫向檢測(cè)利用2.5P8×12K1或者雙晶片K1探頭進(jìn)行檢測(cè)。雙晶片K1探頭如圖7所示。橫、縱向檢測(cè)靈敏度校驗(yàn)以φ1.6mm豎通孔波高80%為準(zhǔn)。串列式檢測(cè)通過串列式檢測(cè)裝置采用兩個(gè)2.5P8×8K1探頭一發(fā)一收進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)靈敏度校驗(yàn)以焊縫中心φ3.2mm水平孔波高80%為準(zhǔn)，串列式檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)如圖8所示。

圖7 雙晶片K1探頭結(jié)構(gòu)示意圖

圖8 串列式檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2.3.2 管端母材分層檢測(cè)

CDP-S-NGP-PL-006-2011-2《天然氣管道工程鋼管通用技術(shù)條件》要求：管端25mm范圍內(nèi)、坡口面上及管端焊縫300mm縱焊縫兩側(cè)不允許存在分層，擴(kuò)展到鋼管表面、坡口面上、距焊縫兩側(cè)25mm范圍內(nèi)的分層均視為缺陷，有這種缺陷的鋼管應(yīng)切除，直到去除這種分層為止。

按照標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)管端25mm及管端焊縫300mm縱焊縫兩側(cè)范圍內(nèi)母材進(jìn)行檢測(cè)，采用雙晶直探頭，檢測(cè)靈敏度校驗(yàn)以的平底孔波高80%為準(zhǔn)。

2.3.3 管端坡口面檢測(cè)

CDP-S-NGP-PL-006-2011-2《天然氣管道工程鋼管通用技術(shù)條件》要求：每根鋼管管端端面應(yīng)采用專用超聲波、滲透或磁粉法檢查是否存在延伸到管端面的分層和裂紋缺陷。

根據(jù)鋼管管端坡口面缺陷特征，南京巨龍鋼管有限公司研究出一種檢測(cè)鋼管管端坡口面缺陷的專用探頭。該探頭利用超聲波橫波和縱波的特征，將兩種波形特征結(jié)合在一起進(jìn)行檢測(cè)。管端坡口面橫、縱波專用探頭（LS型）結(jié)構(gòu)如圖9所示。

2.3.4 管端母材非分層檢測(cè)

高鋼級(jí)雙面直縫埋弧焊管在預(yù)彎、成型和擴(kuò)徑等生產(chǎn)過程中，很容易產(chǎn)生線性裂紋，為了保證鋼管質(zhì)量，在檢測(cè)過程中必須要有針對(duì)性的進(jìn)行缺陷檢測(cè)。QSY GJX 122—2013《天然氣輸送管道用X90鋼級(jí)直縫埋弧焊管技術(shù)條件》要求：對(duì)管端100mm范圍內(nèi)進(jìn)行100%非分層缺陷檢測(cè)。

圖9 管端坡口面橫、縱波專用探頭（LS型）結(jié)構(gòu)示意圖

如果采用普通探頭檢測(cè)，由于探頭晶片尺寸較小，覆蓋面積不大，檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)，效率低。因此，依據(jù)超聲波檢測(cè)原理及高鋼級(jí)焊管容易出現(xiàn)的缺陷特征，研制出一種超大型晶片K1探頭，其結(jié)構(gòu)如圖10所示。該探頭晶片尺寸為10mm×40mm×2mm，有效保證了焊管母材檢測(cè)的覆蓋面積，提高了檢測(cè)效率，確保100%檢測(cè)出母材非分層缺陷。檢測(cè)靈敏度校驗(yàn)以N5刻槽，槽深度為壁厚的5%，以波高80%校驗(yàn)靈敏度為準(zhǔn)。

圖10 超大型晶片K1斜探頭結(jié)構(gòu)示意圖

3 結(jié) 論

（1）該套鋼板超聲波檢測(cè)系統(tǒng)能準(zhǔn)確跟蹤鋼板并與鋼板表面良好耦合，減少漏探和誤探。檢測(cè)系統(tǒng)可靠性高，操作簡(jiǎn)便，探傷人員容易掌握。尤其是鋼板邊部，利用6組探頭、18個(gè)通道，保證鋼板兩邊各200mm的100%橫波探傷和鋼板兩邊各100mm的100%縱波探傷。鋼板中部利用62組探頭、62個(gè)通道，保證鋼板中部在100%縱波探傷的前提下，對(duì)每個(gè)探頭探傷的有效區(qū)域均有15%的覆蓋。該檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了超聲波探傷自動(dòng)化，提高了工作效率，保證了SAWL鋼管的母材質(zhì)量，同時(shí)對(duì)鋼板軋制質(zhì)量的分析也具有一定的參考價(jià)值。

（2）鋼管超聲波自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備是一套精密的4L/2Q/4D/8TL型系統(tǒng)，滿足ISO3183，API SPEC 5L及GB 9711等相關(guān)要求，實(shí)現(xiàn)了管體焊縫及焊縫兩側(cè)25mm范圍內(nèi)母材100%超聲波探傷。

（3）雙晶片K1探頭、超大型晶片K1探頭、鋼管管端坡口面橫、縱波專用探頭（LS型）及串列式檢測(cè)裝置的使用，大大縮短了檢測(cè)時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率，加強(qiáng)了檢測(cè)產(chǎn)品的質(zhì)量控制，降低了鋼管的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

［1］API SPEC 5L，管線鋼管規(guī)范（第 45版）[S].

［2］CDP-S-NGP-PL-013-2011-2，天然氣管道工程直縫埋弧焊管用熱軋鋼板通用技術(shù)條件[S].

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

［4］曹明，汪超，崔強(qiáng)， 等.多通道新型鋼板探傷設(shè)備的改造與應(yīng)用[J].鋼管，2014(04)：127-129.

［5］中國(guó)特種設(shè)備檢驗(yàn)協(xié)會(huì).超聲波探傷（無損檢測(cè)Ⅱ級(jí)培訓(xùn)教材）[M].北京：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2008.

［6］ASTM A435，鋼板超聲直射聲束檢測(cè)規(guī)范[S].

［7］GB/T 2970—1991，中厚鋼板超聲波檢驗(yàn)方法[S].

［8］SY／T 6234.5—1999，石油天然氣工業(yè)水承壓鋼管無損探傷檢測(cè)方法 焊接鋼管制造用鋼帶/鋼板分層缺欠的超聲波檢測(cè)[S].

［9］汪超，成蕾，徐樹凱，等.E1155型多通道超聲波自動(dòng)探傷儀系統(tǒng)在SAWL鋼管中的應(yīng)用[J].鋼管，2012(03)：31-33.

［10］SY/T 6423.1~6423.7—1999，石油天然氣工業(yè)承壓鋼管無損檢測(cè)方法[S].

［11］ASTM E273，焊接鋼管焊接區(qū)超聲波檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)操作方法[S].

［12］QSY GJX 122—2013，天然氣輸送管道用X90鋼級(jí)直縫埋弧焊管技術(shù)條件[S].

Ultrasonic Detection Quality Control for Large Diameter Longitudinal Weld Double-side Submerged arc Welded Pipe

WANG Chao1,WANG Cheng2,LIU Shengbin1,JIN Bo1，F(xiàn)AN Feng1
（1.CNPC Bohai Equipment Nanjing Julong Steel Pipe Co.,Ltd.,Nanjing 210061,China；2.Domestic Department of China Petroleum Pipeline Bureau,Langfang 065000,Hebei,China）

Aiming at technology requirements of relevant welded pipe standards used for petroleum and gas pipeline project,in this article,it respectively provided probe display,sensitivity setting and specific detection methods of all kinds of defects in ultrasonic detection of steel plate and welded pipe.The type characteristics of various defects existing in the steel and welded pipe type were analyzed;the special probes used in ultrasonic detection were designed.It also introduced acceptance standard and application method.The usage of dedicated probes and special probes increased online detection efficiency,reduced material wastage,and ensured welded pipe quality.

steel plate;welded pipe;weld;defect;ultrasonic inspection

TG115.28

B

1001－3938（2015）04-0057-05

汪超（1982—），男，湖北通城人，大學(xué)本科，工程師，主要從事無損檢測(cè)技術(shù)等工作。

2014-11-06

謝淑霞