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

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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(biāo)準(zhǔn)規(guī)范較多，在標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)繁多，如何按照產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)中涉及的無損檢測內(nèi)容進行歸納整理，并對標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)

目前鋼制石油管線管生產(chǎn)執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)，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(biāo)準(zhǔn)中涉及的無損檢測標(biāo)準(zhǔn)

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(biāo)準(zhǔn)，在進行無損檢測時，可以按照產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的一種標(biāo)準(zhǔn)或與其等效的標(biāo)準(zhǔn)進行。

按照API SPEC 5L第45版、ISO 3183:2012/Amd 1:2017、GB/T 9711-2017標(biāo)準(zhǔn)的要求，可以采用與其等效的標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)檢測也可采用SY/T系列標(biāo)準(zhǔn)檢測。

3 產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)方法進行。

表3 射線檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

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(biāo)準(zhǔn)與ASTM標(biāo)準(zhǔn)相比，ASTM標(biāo)準(zhǔn)適用范圍更大一些,另外標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)作法》選用ISO或ASTM線型像質(zhì)計(IQIS)，如果使用其他標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)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(rèn)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(biāo)準(zhǔn)

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(biāo)準(zhǔn)與ASTM相比，ASTM適用范圍更大，而ISO、SY/T系列標(biāo)準(zhǔn)對被檢產(chǎn)品的限制更多。

4.2.2 對比標(biāo)樣

對比標(biāo)樣應(yīng)包含標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)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(biāo)樣應(yīng)通過鑒定。

4.2.3 設(shè)備校準(zhǔn)(標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)信號的缺欠是滿足標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)

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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)檢驗；標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)樣

磁粉檢測設(shè)備應(yīng)能產(chǎn)生滿足標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)包括GB/T 9711-2017及API SPEC 5L第45版(API SPEC 5L第46版)等標(biāo)準(zhǔn)，鋼制石油管材的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)涉及很多不同類別的無損檢測標(biāo)準(zhǔn)，合理使用適宜的無損檢測標(biāo)準(zhǔn)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。