油氣田管道焊縫射線底片評定級別速查法

裴潤有 ，劉保平

1.中國石油長慶油田分公司技術(shù)監(jiān)測中心，陜西西安 7100182

2.石油天然氣長慶工程質(zhì)量監(jiān)督站，陜西西安 7100182

射線檢測是評判油氣田管道焊接質(zhì)量最重要的方法之一，一般采用SY/T4109-2013《石油天然氣鋼質(zhì)管道無損檢測》標(biāo)準(zhǔn)（以下簡稱SY/T4109），但射線檢測人員培訓(xùn)取證一般采用標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47013.2-2015《承壓設(shè)備無損檢測第2部分：射線檢測》 （以下簡稱NB/T47013）。兩種標(biāo)準(zhǔn)相比，SY/T4109中的缺陷種類分類更多一些，而且各級別允許存在的缺陷尺寸也有較大不同，這給剛?cè)〉芒蚣壣渚€檢測證和經(jīng)常使用NB/T47013檢測標(biāo)準(zhǔn)的Ⅲ級人員從事油氣田管道射線底片評定帶來了一定的困擾，導(dǎo)致評片時間增加，有時甚至影響施工進(jìn)度。為此，本文通過對兩種標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的各類缺陷尺寸的評級進(jìn)行了比較分析，以使初入油氣田從事管道焊縫射線底片評定的Ⅱ、Ⅲ級人員能加深對兩標(biāo)準(zhǔn)差異性的理解。同時筆者通過多年來的實際工作經(jīng)驗，對油氣田常用規(guī)格的管道焊縫射線底片各級別所允許的缺陷尺寸進(jìn)行了計算匯總，并用表格的形式列舉出來，以便于評片量大時或缺陷種類繁多時直接查表評級。

1 兩標(biāo)準(zhǔn)中不同缺陷的評級比較分析

標(biāo)準(zhǔn)NB/T47013將承壓設(shè)備管子及壓力管道熔化焊環(huán)向焊接接頭射線底片的缺陷分為裂紋、未熔合、未焊透、條形缺陷、圓形缺陷、根部內(nèi)凹和根部咬邊等七類[1]，而SY/T4109除以上七類缺陷外，增加了燒穿缺陷的評定[2]。

1.1 評定級別相同的缺陷

1.1.1 裂紋

裂紋按延伸方向可分為縱向裂紋、橫向裂紋和輻射狀裂紋。按發(fā)生部位可分為焊接裂紋、熱影響區(qū)裂紋和熔合區(qū)裂紋，如果底片上出現(xiàn)裂紋，兩標(biāo)準(zhǔn)均規(guī)定評為Ⅳ級。

1.1.2 評定區(qū)多個圓形缺陷

對于圓形缺陷的評定區(qū)大小、缺陷點數(shù)換算、不計點數(shù)的缺陷尺寸，兩標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定是一致的。在圓形缺陷的質(zhì)量分級中，各級別允許的缺陷點數(shù)也是一致的。但對于壁厚5～10 mm的管道焊縫圓形缺陷的評定，NB/T47013要嚴(yán)于SY/T4109，例如對于D 219 mm×7 mm的管道焊縫底片，在圓形缺陷評定區(qū)出現(xiàn)D 2 mm×1 mm＋D 1 mm×3 mm的圓形缺陷時，兩標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定均換算為5點，用NB/T47013評定可為Ⅲ級，但用SY/T4109評定則為Ⅱ級，說明管道壁厚在5～10 mm區(qū)間的焊縫圓形缺陷評定時，NB/T47013稍嚴(yán)一些。但對于壁厚2～5 mm和15～25 mm的管道焊縫，圓形缺陷的評級則完全一致。

1.2 SY/T4109缺陷評定嚴(yán)格于NB/T47013

對于圓形缺陷，SY/T4109規(guī)定直徑大于T/3（T為壁厚）時評為Ⅳ級，而NB/T47013規(guī)定直徑大于T/2時評為Ⅳ級，相比而言，SY/T4109要嚴(yán)格許多，例如對于φ219 mm×7 mm的管道焊縫底片中，若出現(xiàn)直徑為2.5 mm的圓形缺陷，則評定為Ⅳ級，但用NB/T47013評定同樣尺寸的缺陷，評定為Ⅱ級。這表明SY/T4109對于單個圓形缺陷尺寸非常嚴(yán)格，稍不留意就會出現(xiàn)返修片。

1.3 SY/T4109缺陷評定寬松于NB/T47013

1.3.1 條形缺陷

對于條形缺陷，SY/T 4109規(guī)定寬度不得超過2 mm，否則不管缺陷長度多少一律評為Ⅳ級，NB/T 47013對于條形缺陷的寬度無要求。

對于單個條形缺陷長度和缺陷總長，SY/T4109規(guī)定以外徑89 mm為界，小于等于89 mm的管道稱為小徑管，它與外徑大于89 mm的管道對于條形缺陷評定是有區(qū)別的。SY/T4109對其質(zhì)量分級見表1，其中L指管道焊縫周長（下同）。

而NB/T 47013對于單個條形缺陷最大長度與一組中條形缺陷累計最大長度的限制要嚴(yán)于SY/T 4109。NB/T 47013對于條形缺陷的分級見表2，其中l(wèi)是指該組條形缺陷中最長缺陷本身的長度。

表1 SY/T4109對條形缺陷的質(zhì)量分級

表2 NB/T47013對條形缺陷的質(zhì)量分級

如圖1所示對于D 89 mm×5 mm管道的焊縫，若出現(xiàn)兩條間距為10 mm的條形缺陷（l1和l2），按照SY/T4109可評定為Ⅱ級；但若用NB/T47013進(jìn)行評級，則為Ⅳ級。

圖1 小徑管條狀夾渣缺陷示例

1.3.2 未熔合

SY/T4109將底片中的未熔合分為兩類，分別為夾層未熔合[3]和根部未熔合，且Ⅱ、Ⅲ級焊縫中是允許存在的，夾層未熔合評定如表3所示，根部未熔合的評定如表4所示。而無論何種未熔合，NB/T 47013是不允許存在的，一旦出現(xiàn)即為Ⅳ級。

1.3.2.1 小徑管夾層未熔合單個長度與累計長度的限值討論

如油田最常用的D 48 mm×5 mm的注水管道，根據(jù)表3所規(guī)定的單個夾層未熔合Ⅱ級允許長度≤8 mm，而累計總長度標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為：≤5%L，且不應(yīng)超過12 mm；Ⅲ級允許單個長度≤13 mm，而累計總長度標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為：≤8%L，且不應(yīng)超過20 mm。

表3 夾層未熔合的質(zhì)量分級

表4 根部未熔合的質(zhì)量分級

如對D 48 mm×5 mm的注水管道射線底片，對于Ⅱ級：單個長度≤8 mm，累計總長度≤5%L，且不應(yīng)超過12 mm，則：5% ×48π＝7.5 mm （小數(shù)點后保留1位）；對于Ⅲ級：單個長度≤13 mm，累計總長度≤8%L，且不應(yīng)超過20 mm，則：8%×48π＝12.1 mm（小數(shù)點后保留1位）。

顯然Ⅱ、Ⅲ級焊縫中允許的夾層未熔合其單個長度值大于累計總長度值，在實際上是矛盾的。為滿足標(biāo)準(zhǔn)對單個長度與累計總長度的要求，應(yīng)以累計總長度為允許值來確定單個夾層未熔合的長度，這樣才能滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求。

同理，對于氣田常用的注醇D27 mm×4/5 mm的管道也是屬于這種情況，在此不再贅述。

1.3.2.2 小徑管根部未熔合、根部未焊透及錯邊未焊透的限值討論

SY/T4109將根部未熔合、根部未焊透及錯邊引起的未焊透Ⅱ、Ⅲ級焊縫允許的缺陷尺寸歸為同一允許值，如表4所示，現(xiàn)以φ27 mm×5 mm的注醇管道為例來說明。

Ⅱ級允許單個長度≤5 mm，累計總長度≤5%L，但最大不應(yīng)超過10 mm，那么5%×27π＝4.2 mm（小數(shù)點后保留1位）；Ⅲ級允許單個長度≤7.5 mm，累計總長度≤8%L，但最大不應(yīng)超過15 mm，即：8%×27π＝6.8 mm（小數(shù)點后保留1位）。

按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，通過計算得知允許單個長度值大于累計總長度值，為了滿足標(biāo)準(zhǔn)對單個長度和累計長度的要求，應(yīng)以最小值為二者的允許值。

1.3.3 未焊透

未焊透就是指接頭根部未完全熔透的現(xiàn)象，中間未焊透指雙面焊時接頭根部出現(xiàn)的未焊透；對于單面焊，未焊透指在無錯邊的情況下，母材金屬之間沒有熔化，焊縫金屬沒有進(jìn)入焊接接頭的根部而造成的缺陷，錯邊未焊透是指由錯邊引起的焊縫單邊未焊透。實際上油氣田管道不存在中間未焊透，只有根部未焊透和錯邊未焊透兩種。SY/T4109對于根部未焊透和錯邊未焊透的評定與根部未熔合的質(zhì)量分級完全相同，見表4。

NB/T47013對于未焊透的評級有未焊透的最大深度、單個未焊透長度與未焊透總長3項指標(biāo)來控制，實際上未焊透最大深度在油氣田管道中很難測量，而一般以單個長度與累計長度來控制。

1.3.4 內(nèi)凹和內(nèi)咬邊

1.3.4.1 內(nèi)凹

內(nèi)凹一般是根焊時，溶池在冷卻過程中鋼水下塌形成焊縫邊緣良好熔合，其焊縫表面中部比壁厚稍低的凹陷，因多出現(xiàn)在仰焊位置（有時也出現(xiàn)在立焊位置）的內(nèi)表面。NB/T47013對于內(nèi)凹與內(nèi)咬邊的評級與未焊透相似，仍然以最大深度與壁厚的比值、最大深度值與累計長度3項來控制；缺陷深度用溝槽對比試塊來進(jìn)行黑度比較進(jìn)行估判，而在油氣田管道焊縫射線檢測中，由于焊縫余高并非均勻一致，實際上無法使用溝槽對比試塊，所以SY/T4109標(biāo)準(zhǔn)中對于內(nèi)凹深度由評片人員根據(jù)經(jīng)驗判斷，對于底片上內(nèi)凹處黑度不大于母材處黑度的不管長度多少一律按Ⅱ級評定，內(nèi)凹影像黑度大于母材黑度的分級如表5所示。

表5 內(nèi)凹的質(zhì)量分級

1.3.4.2 內(nèi)咬邊

咬邊是在焊趾或焊根母材處燒熔形成的凹陷或溝槽，它是手工焊接常見的表面缺陷。處于管道內(nèi)表面的稱為內(nèi)咬邊，處于外表面的稱外咬邊，外咬邊屬于外觀缺陷檢查的范疇，可在外觀目視檢查中直接測量，也有相應(yīng)的評定標(biāo)準(zhǔn)；內(nèi)咬邊由于在管道內(nèi)部無法目視檢查，只好借助底片上的內(nèi)咬邊尺寸來估判。NB/T47013對于內(nèi)咬邊和內(nèi)凹所規(guī)定的完全一致，而SY/T4109對于內(nèi)咬邊的質(zhì)量分級見表6所示。

表6 內(nèi)咬邊的質(zhì)量分級

1.4 SY/T4109中的關(guān)于燒穿的評級規(guī)定

NB/T47013未提及燒穿這種缺陷，實際上油氣田管道中燒穿是一種比較常見的焊接缺陷。燒穿是指部分根焊道被熔穿，熔池鋼水有的未補(bǔ)充上就凝固了，形成不規(guī)則的黑色洞穴；有的鋼水補(bǔ)充了一些，但仍有痕跡。SY/T4109對于燒穿的影像黑度小于母材黑度時，長度不計，應(yīng)評為Ⅱ級。大于母材黑度時燒穿的質(zhì)量分級規(guī)定如表7所示。

1.5 兩標(biāo)準(zhǔn)的綜合評級

NB/T47013規(guī)定的綜合評級是在條形缺陷評定區(qū)內(nèi)存在多種缺陷時，應(yīng)分別評定條形缺陷評定區(qū)內(nèi)各類缺陷的質(zhì)量級別，取質(zhì)量級別最低的級別作為綜合評定的級別，當(dāng)各類缺陷的級別相同時，則降低一級作為綜合評級的級別。而SY/T4109的綜合評級是在300 mm的焊縫長度中，Ⅱ級對接接頭內(nèi)條形缺陷、未熔合及未焊透的累計長度不應(yīng)超過35 mm，Ⅲ級對接接頭內(nèi)條形缺陷、未熔合及未焊透的累計長度不應(yīng)超過50 mm。

表7 燒穿的質(zhì)量分級

1.5.1 兩標(biāo)準(zhǔn)綜合評定比較

NB/T 47013以定性為主，并未對缺陷長度有過多要求，如在條形缺陷評定區(qū)內(nèi)有未熔合缺陷時即為Ⅳ級；而SY/T 4109是以定量為主，如存在條形缺陷、未熔合及未焊透時以累計長度的值進(jìn)行評級。

1.5.2 關(guān)于小徑管

NB/T47013的綜合評級未涉及管徑大小，是以條形缺陷評定區(qū)的長度來進(jìn)行。而 SY/T4109規(guī)定綜合評定區(qū)長度300 mm，顯然將外徑≤89 mm的小徑管排除在外，即綜合評級只針對管徑較大的進(jìn)行，小徑管沒有綜合評定的說法。

2 油氣田管道焊縫射線底片速查表

為了使射線底片評定人員盡快依據(jù)SY/T4109標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評定，筆者根據(jù)油氣田常見規(guī)格管道對各級別所允許的缺陷尺寸進(jìn)行了計算，以供初步進(jìn)入油氣田射線檢測底片評定人員參考使用，如遇缺陷較多時，可直接查表得出級別。

2.1 油田管道

無論是采油、注水管道還是站內(nèi)工藝管道，大多以標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的形式應(yīng)用于實際現(xiàn)場，最常見的有以下規(guī)格，D 48 mm ×5 mm、D 60 mm×3.5/5 mm、D76 mm×4.5 mm、D89 mm×4.5 mm、D114 mm×4.5/11mm、D133 mm×5mm、D140mm×5/10mm的采油或注水管道，D159 mm×6 mm、D168 mm×6 mm、D 219 mm×6 mm的供水管道等，這些管道焊縫射線底片評定如表8所示，其中Ⅰ級焊縫除圓形缺陷外，其余缺陷均不允許存在，且壁厚5 mm以下圓形缺陷允許點數(shù)1點、壁厚大于5～15 mm的圓形缺陷允許點數(shù)2點，圓形缺陷長徑大于T/3、條形缺陷寬度大于2 mm和各規(guī)格管道射線底片大于Ⅲ級所允許的尺寸一律評為Ⅳ級。

為此，建議對初入油氣田管道焊縫射線底片評定的檢測人員以及對射線底片準(zhǔn)確性進(jìn)行監(jiān)督檢查的建設(shè)、監(jiān)理和工程質(zhì)量監(jiān)督人員，多看標(biāo)準(zhǔn)條款，結(jié)合現(xiàn)已出版的各類缺陷圖譜，對照標(biāo)準(zhǔn)反復(fù)評定。

表8 油田管道焊縫射線底片評定速查表

2.2 氣田管道

由于氣田管道普遍壓力高，壁厚較大，常見的管道規(guī)格及焊縫射線底片評定如表9所示。同樣Ⅰ級焊縫除圓形缺陷外，其余缺陷均不允許存在，且壁厚5 mm以下圓形缺陷允許點數(shù)1點、壁厚大于5～15 mm的圓形缺陷允許點數(shù)2點，圓形缺陷長徑大于T/3、條形缺陷寬度大于2 mm和各規(guī)格管道射線底片大于Ⅲ級所允許的尺寸一律評為Ⅳ級。

3 結(jié)束語

油氣田管道焊縫射線底片評定采用中石油獨自制定的標(biāo)準(zhǔn)SY/T4109，它與其他行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)甚至國家標(biāo)準(zhǔn)對各類缺陷質(zhì)量級別的評定存在較大差異。為此，建議對初入油氣田管道焊縫射線底片評定的檢測人員以及負(fù)責(zé)對射線底片準(zhǔn)確性進(jìn)行監(jiān)督檢查的建設(shè)、監(jiān)理和工程質(zhì)量監(jiān)督人員，多看標(biāo)準(zhǔn)條款，結(jié)合現(xiàn)已出版的各類缺陷圖譜，對照標(biāo)準(zhǔn)反復(fù)評定。

如遇底片量多、時間緊，又對SY/T4109標(biāo)準(zhǔn)掌握不熟練的情況下，可直接查表進(jìn)行評定，表8和表9中的數(shù)據(jù)是筆者對油氣田常用規(guī)格的管道焊縫出現(xiàn)圓形缺陷、條形缺陷、根部未熔合、未焊透、夾層未熔合、內(nèi)凹、內(nèi)咬邊和燒穿等各類缺陷時經(jīng)過計算得出的，但此表只是列舉了油氣田常用規(guī)格的管道，并沒有囊括所有規(guī)格的管道，如遇到特殊規(guī)格的管道焊縫射線底片，還要按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定通過計算來進(jìn)行評定。

表9 氣田管道焊縫射線底片評定速查表

[1]JB/T47013.2-2005，承壓設(shè)備無損檢測[S].

[2]SY/T4109-2013，石油天然氣鋼質(zhì)管道無損檢測[S].

[3]劉保平.SY/T4109新舊標(biāo)準(zhǔn)對射線檢測缺陷評定的比較 [J].無損檢測，2015，37（4）：76-82.

[4]裴潤有，劉保平，魏增安.油氣田建設(shè)工程焊接質(zhì)量無損檢測技術(shù)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2014.