淺析大口徑直縫鋼管無損檢測方法及技術(shù)應(yīng)用

蘇志，魯傳林，魏克同，陶愛蓮，汪超

（渤海裝備江蘇鋼管公司，江蘇 南京 210061）

在大口徑直縫鋼管制造和使用過程中，為了保證鋼管質(zhì)量，無損檢測是重要的質(zhì)量檢測手段，也是質(zhì)量管理體系的一個重要支持過程。鋼管常用的無損檢測手段有：鋼管原材料鋼板和焊縫的在線超聲波檢測、焊縫射線檢測、管端射線拍片以及管端磁粉檢測。本文將通過對大口徑直縫雙面埋弧焊鋼管檢測標準API SPEC 5L（第46 版）《管線鋼管規(guī)范》，結(jié)合鋼管生產(chǎn)經(jīng)驗以及鋼管常用的無損檢測原理與技術(shù)，并對其優(yōu)缺點進行分析比較。

1 鋼板超聲波檢測控制

鋼板超聲波檢測可有效地檢測出鋼板內(nèi)在分層、夾雜物等缺陷，從而確保鋼管原材料質(zhì)量，也是鋼管在成材之前的首道檢測工序之一。根據(jù)API SPEC 5L（第46 版）標準，要求對天然氣輸送管道用焊接鋼管進行鋼板或管體超聲波檢測。

1.1 鋼板超聲波檢測設(shè)備要求

采用的超聲波頻率要高于20kHz。不同頻率和波形的超聲波，從材料返回的波形是不同的。超聲波檢測時檢測探頭必須與被測工件接觸，并且在探頭和被測工件之間要有一種能使超聲波進入工件里面的傳輸介質(zhì)，在鋼板的超聲波探傷中，一般用水作為這種傳輸介質(zhì)，即所謂“耦合水”。探頭探傷參數(shù)的設(shè)置：在探傷時，將儀器和探頭調(diào)試到最佳位置，在試塊上的人工缺陷回波最強且雜波波高不超過20%的波幅。

1.2 鋼板超聲波檢測敏度要求

對于鋼板分層檢測，CDP-S-NGP-PL-013 標準要求采用對比試塊人工缺陷尺寸為：平底孔直徑?60+0.35mm，平底孔深度包括t/2、t/4 和3t/4；條形刻槽寬度：60+0.35mm mm，深度包括t/2、t/4 和3t/4。通過靜態(tài)校準檢測儀器，以人工缺陷產(chǎn)生的信號回波100%幅度作為設(shè)定設(shè)備的報警閘門。

1.3 鋼板超聲波檢測的應(yīng)用

鋼板超聲波檢測主要是針對鋼板內(nèi)部的分層、夾雜物等缺陷的檢測。

2 鋼管焊縫超聲波檢測

2.1 焊縫超聲波檢測設(shè)備要求

圖2 鋼管超聲波對比樣管示意圖

鋼管焊縫超聲檢測設(shè)備探頭布置如圖1（探頭固定導(dǎo)向系統(tǒng)），該探頭固定導(dǎo)向系統(tǒng)從左到右由縱傷、橫傷、分層、串列來排列。超聲波檢測系統(tǒng)目的是檢測直縫埋弧鋼管焊縫和焊縫兩側(cè)25mm 的母材。E11554L/2Q/4D/8TL 型系統(tǒng)與配備7 組探頭架，其中，兩套縱向檢測系統(tǒng)（4 個探頭）獨立檢測焊縫區(qū)以及焊縫熱影響區(qū)域的內(nèi)部和外部的縱向缺陷；一套橫向檢測系統(tǒng)（2 個探頭）檢測焊縫和熱影響區(qū)域內(nèi)部和外部的橫向缺陷；兩套測厚檢測系統(tǒng)（4 個探頭）通過噴水耦合檢測焊縫兩側(cè)30mm 范圍內(nèi)的母材分層缺陷；兩套串聯(lián)檢測系統(tǒng)（8 個探頭）主要檢測焊縫中部未焊透缺陷，每組探頭距離可根據(jù)鋼管的壁厚以及管徑進行反射角調(diào)整。

圖1 探頭固定導(dǎo)向系統(tǒng)

2.2 焊縫超聲波探傷標準要求

超聲波自動檢測是對直縫埋弧焊鋼管的焊縫、熱影響區(qū)以及焊縫兩側(cè)30mm 的焊接和母材缺陷檢測，鋼管管端檢測盲區(qū)可以通過探傷系統(tǒng)設(shè)置，一般將鋼管管端檢測盲區(qū)小于150mm，鋼管超聲波自動檢測對比樣管應(yīng)具有6 個縱向N5 刻槽和2 個橫向N5 刻槽。如圖2 鋼管超聲波對比樣管示意圖。

2.3 焊縫超聲波檢測的應(yīng)用

鋼管焊縫超聲波檢測主要是針對鋼管在焊接過程中產(chǎn)生的面積性缺陷，例如，夾渣、氣孔、裂紋、未焊透等缺陷的檢測。

3 鋼管焊縫X 射線檢測

目前，鋼管焊縫射線檢測技術(shù)大致可以分為：X 射線膠片成像和數(shù)字成像等。

3.1 X 射線檢測設(shè)備要求

鋼管焊縫射線檢測是X 射線直接透過焊縫材料，在射線檢驗?zāi)z片上或者數(shù)字成像介質(zhì)上產(chǎn)生適合的影像。射線底片的黑度不低于2.0（焊縫黑度不低于1.5）；X 射線使用ISO規(guī)定的象質(zhì)計，象質(zhì)計選用與透照厚度相對應(yīng)，X 射線拍片靈敏度優(yōu)于2%，工業(yè)電視動態(tài)靈敏度優(yōu)于4%。

3.2 X 射線檢測技術(shù)要求

（1）評片室應(yīng)整潔、安靜、溫度適宜，光線應(yīng)暗且柔和。

（2）檢測環(huán)境要保持一定的溫度和濕度。

（3）為了保證底片質(zhì)量，要嚴格按照要求保證顯影和定影工作質(zhì)量以及膠片的質(zhì)量和有效期。

（4）暗室安全照射要定期進行確定。

3.3 X 射線檢測的應(yīng)用

鋼管焊縫X 射線檢測主要是針對鋼管在焊接過程中產(chǎn)生的體積性缺陷，例如，未熔合、夾珠、氣孔、裂紋、未焊透、夾鎢等缺陷。

4 鋼管管端磁粉探傷

管端磁粉檢測是指鋼管金屬材料被磁化后，使鋼管內(nèi)外表面和近表面的材質(zhì)不一致而在鋼管表面形成的漏磁場，通過漏磁場顯示磁痕通過外觀發(fā)現(xiàn)缺陷的無損檢測技術(shù)。鋼管磁粉檢測利用便攜式電磁軛磁粉探傷儀主要檢測管端焊縫、母材、坡口面以及補焊焊縫等表面和近表面缺陷。

4.1 磁粉檢測設(shè)備要求

儀器各項性能指標均應(yīng)達到標準的要求，儀器應(yīng)經(jīng)計量周期鑒定合格，保證設(shè)備在有效使用周期之內(nèi)。磁軛法磁化時要按照相關(guān)規(guī)定要求進行。

4.2 磁粉檢測靈敏度試片使用要求

使用A 型靈敏度試片時，應(yīng)將試片有“十”字刻槽的面與鋼管外壁緊貼。為使靈敏度試片與被檢面接觸良好，可用透明膠帶將其平整粘貼在鋼管檢面上，并注意膠帶不能覆蓋試片的“十”字刻槽。

4.3 磁粉檢測的應(yīng)用

鋼管管端磁粉檢測主要是針對鋼管表面和坡口上存在的裂紋、折疊、疏松、分層等缺陷的檢測，對鋼管表面及近表面缺陷能更好地通過磁痕顯示出缺陷的形狀、大小和位置。

5 結(jié)語

（1）超聲波檢測具有檢測范圍廣、穿透力強、缺陷定位定量準確、成本低、檢測方便等特征，但是，在實際檢查過程中，需要利用耦合劑才能檢測（一般用水作為耦合劑），對缺陷的定性也不直觀，檢測結(jié)果的評定對操作人員的技術(shù)水平要求較高。

（2）X 射線檢測技術(shù)主要優(yōu)點：①拍片結(jié)果可以通過底片直接看出缺陷的大小和形狀；②檢測結(jié)果可以通過底片長期保存；③最適合檢驗體積形缺陷，即對射線能量衰減較大缺陷的檢測，或者具有一定厚度的缺陷，通過射線底片的黑度差進行缺陷的對比。但是，射線檢驗成本較高、檢驗的射線底片為一次性，不能重復(fù)利用，對面積性缺陷受方向性的限制，由于射線探傷存在輻射，為了工作人員安全檢測，工作時必須考慮安全防護措施。

（3）磁粉檢測靈敏度高，能很好地分辨出鋼管內(nèi)外表面及近表面缺陷，特別是鋼管表面及近表面缺陷能更好地通過磁痕顯示出缺陷的形狀、大小和位置，相對于其他表面，探傷方法成本低、速度快，但對鋼管內(nèi)部缺陷不容易發(fā)現(xiàn)。