壓力管道缺陷產生原因及無損檢測

宋洪昌

天津市濱海新區檢驗檢測中心 天津 300450

近年來，我國管道運輸飛速發展，焊接技術的應用也逐漸廣泛起來，其應用在如航空航天、交通運輸、機器制造等幾乎所有的工業化領域，為我國國民經濟的增加大有裨益。壓力管道的運輸與管道的安全檢測成為當前的重中之重，對于壓力管道的維修和安裝有著重要的影響，對壓力管道的質量提升起到了關鍵作用。

1 壓力管道缺陷產生的原因

1.1 疲勞裂紋

疲勞裂紋主要是由于壓力管道的結構材料承受交變反復荷載，尤其是局部高應變區內的峰值應力已經遠遠超過材料所能承受的強度，會在晶粒之間形成滑移和錯位等影響，最終導致微裂紋的產生，并隨著荷載的增加而逐漸擴大成疲勞裂紋。根據不同的形成原因，可以將疲勞裂紋分為常見的三種類型，第一種是由于交變工作荷載導致的疲勞裂紋，第二種是由于循環熱應力導致的熱疲勞裂紋，第三種是由于循環應力與腐蝕介質共同作用導致的腐蝕疲勞裂紋。比如，在長時間的高溫運行條件下，蒸汽管座材料的抗疲勞能力就會受到老化影響而降低。在主蒸汽運行過程中，產生的振動傳遞也會使根部形成附加的交變應力。

1.2 應力腐蝕裂紋

應力腐蝕裂紋就是金屬材料受到特定腐蝕介質的拉應力影響所形成的裂紋，以奧氏體不銹鋼壓力管道中含有的氯離子最為常見。

1.3 晶間腐蝕

晶間腐蝕主要是受到特定介質的腐蝕影響，使結構的連續性受到嚴重損傷，以不銹鋼管道的焊縫表面較為常見，尤其是熔合線和熱影響區，其中最大的影響因素就在于晶間貧鉻。

1.4 局部腐蝕

局部腐蝕以點腐蝕為主，主要是某些腐蝕性溶液與金屬材料形成接觸，導致局部腐蝕在金屬材料表面逐漸形成，再隨著腐蝕的不斷進展而形成不斷加深的蝕孔。局部腐蝕中還常見磨損腐蝕，是指金屬材料受到磨損和腐蝕的雙重作用，會促進磨損和腐蝕的快速進展，導致金屬材料的損傷速度和程度加劇。其他還包括氯腐蝕，主要是金屬間隙受到氯成分的侵入，導致金屬和氯產生的腐蝕反應。

2 壓力管道焊接管理的措施

2.1 錯邊及角變形對策

在上述中我們知道錯邊和角變形是不可避免的，要想對其進行消除是非常復雜及困難的。因此，我們只能預先實施措施并進行防范，壓力管道安裝和施工的時候嚴格執行壓力管道的相關制造標準，確保每道對口的錯邊及角變形始終限制在制造條件允許的范圍之內，杜絕其誤差累積，以此來做到即使壓力管道錯邊及角變形會形成較高的應力，但不會對壓力管道承壓的能力產生嚴重的影響，不會對壓力管道的安全性產生問題。

2.2 焊接面夾渣對策

對于壓力管道焊接面夾渣的解決方法以及對策，焊接保證裝配質量坡口的角度和鈍邊尺寸符合設計要求，采用低氫鈣系堿性的焊條，在對壓力管道焊接的過程中，我們要保證熔池清晰、熔渣與液態中的金屬分離良好；按照焊接工藝規程對焊接規范進行選擇，對坡口及兩側油污清除徹底，選擇工藝優良，符合要求的焊條，接頭過程中先清渣，收弧時要填滿弧坑。

2.3 未焊透、未熔合對策

對于未焊透、未熔合，我們為保證焊接質量，預防安全隱患，在焊接時出現這種問題，最好割口重新對接。對于這種缺陷，對焊接電流的大小要求以及焊接的速度需要嚴格選擇，對于工作環境的選擇要做到便于操作、適應無損檢測要求等原則選用[1]。

2.4 焊接面裂紋對策

管道施工過程中質量控制最為重要的一個問題就是焊接面裂紋問題，其對管道的危害性很大，對于這種缺陷的發生我們一般采取如下幾種方法來解決：淺表層存在的裂紋可以用砂輪打磨，用磨平的方法處理；焊接面的裂紋過小，我們可以用裂紋來研究其發展規律，觀察并記錄到它的發展走勢，對防止潛在的安全問題具有很大的作用。就此，我們需要在焊前要認真組裝，對組裝質量進行檢測。盡量選擇小電流多層多道焊以防止焊縫中心產生裂紋；按照工藝規程進行選擇優良的焊接程序。

3 無損檢測的技術意義

通過化工行業長期的發展經驗，逐漸形成處理壓力管道缺陷問題的多種措施，無損檢測就是由長期的經驗和實踐總結而來。通過對壓力管道相關數據和信息的采集、整理、測算和分析等環節，更加清晰地掌握壓力管道的運行情況，及時發現其中存在的異常情況，能夠及時采取有效的措施進行處理，在缺陷問題尚未造成惡劣影響之前就予以解決，能夠大大提高壓力管道的運行質量，使化工行業的發展也獲得助益。但是，在進行無損檢測的同時，也必須保障無損檢測程序的科學設計，以及完善的邏輯運算規則，使無損檢測的效率和準確率都能夠得到更好的提高。在當前的工業領域中，無損檢測的實際應用較為簡單，對于檢測人員的技術要求較低，通過簡單的培訓就能夠較好的掌握，已經成為應用廣泛的檢測技術[2]。

4 無損檢測技術在壓力管道中的應用

4.1 漏磁檢測

漏磁檢測技術其工作原理是利用磁感線對被檢測物進行檢測。鑒于大部分壓力管道材料是鐵磁性材料，管壁薄，采用漏磁檢測操作簡便。若出現表面質量缺陷問題會在表面形成電磁場，利用電磁信號發生器產生信號再利用濾波技術，放大處理技術獲得清楚的缺陷位置和嚴重程度。漏磁檢測可直觀發現被檢測物體的性能和缺陷，操作簡單、成本較低、檢測效率高，在壓力管道檢測中應用最為常見。但技術只能對表面缺陷和性能進行檢測，無法再進一步深入檢查。

4.2 射線檢測

射線檢測的工作原理是被檢測物體對不同波長的射線其吸收情況不同，利用這一特點進行檢測，根據被檢測物體不同部位的厚度、密度和成分等，在不同部位透入射線吸入差異較大。差異可在底片記錄，對底片進行影像分析，判斷被檢測物體內部的缺陷大小、類型等。射線檢測的應用優勢是檢測直觀簡單，但操作復雜，在檢測作業時，還可能會對人體的身體健康產生傷害，因此，在應用該技術進行檢測時，須采取相應的防范措施。

4.3 壓力管道滲透檢測

對于表面開口缺陷問題的檢測也可以采用滲透檢測方法，且滲透檢測方法對于材質沒有限制性要求，只是對表面多孔的構件無法應用，所以，能在更多的壓力管道無損檢測中應用。在進行檢測時，通常采用IIC-d型噴灌滲透檢測劑，不會受到水電等資源的影響，檢測的便利性較高。

4.4 壓力管道渦流檢測

對于導電體管道的表面缺陷問題檢測通常以渦流檢測方法為主，能夠使缺陷問題的位置得到更加準確的掌握，并對近表面缺陷問題的具體埋藏深度和表面缺陷問題的開口情況掌握更加準確，在大批量管材的入場檢測中能夠發揮出更加突出的檢測優勢[3]。

4.5 超聲導波檢測

超聲檢測的工作原理是利用超聲波的性質和傳播特點，在超聲波在介質中傳播時形成反射，利用該特點實現對壓力管道進行質量檢測，檢測后利用回波進行缺陷具體位置和原因的分析。利用超聲檢測技術進行管道檢測，可檢測寬頻帶聲波，利用超聲波接收器在爆管前及時接收信號，再采取相應的防控措施。該技術的優勢是操作方便，可實現對厚度大工件的監測，但對管道表面和近表面的缺陷難以檢測，對檢測人員的要求較高。

現階段，在超聲檢測中最常用的導波檢測利用的是單一模態的導波，該模態導波在管線傳播時衰減小、覆蓋面積大，與常規脈沖波相比，可利用中差法超聲波逐點檢測，導波檢測可實現長距離監測，可及時發現焊接接頭內部缺陷、檢測出管道內和材料內、外表面的質量缺陷。該檢測技術的優勢是能夠實現對管道內大面積腐蝕現象的高速檢測。目前國外導波技術已得到了普遍流行，國內對導波檢測的研究較晚，但發展比較速度，目前已通過多次仿真試驗證明多模態導波技術的完善、導波檢測設備的改進可提高該技術檢測的效果。

4.6 CR檢測技術

20世紀70年代，出現了數字成像技術逐漸應用于實踐，在射線檢測技術中出現了一種以電子元件代替膠片的方法，也稱為間接數字成像檢測，即CR檢測技術。這種檢測技術的曝光時間縮短一倍以上，還具有更高的寬容度，能夠直接生成數字的圖片，省略了暗室處理照片的環節，圖片也更容易長期保存，也為將來發展管道檢測自動評價技術提供了可能，由于CR檢測技術中的IP板可以進行小量的彎曲，這項技術能夠應用于彎曲管道的檢測。CR檢測技術與膠片法一脈相承，是膠片法的改進與升級，具有更高的檢測效率、更低的勞動強度，對環境的適應能力更好，檢測靈敏度得到了大幅提升。并且CR檢測技術還能通過對比響應特性與射線能量等參數之間的關系間接得出管道的壁厚。

4.7 DR檢測技術

20世紀90年代末，出現了一種以射線數字檢測器陣列作為成像元件的檢測技術，該技術利用計算機直接成像，具有更高的成像效率與清晰度，簡稱DR技術，在世界范圍內得到了廣泛的應用，技術標準也較為完善，主要有IOS17636-2:2013、NB/T47013.11—2015兩種，采用DR檢測技術檢測壓力管道時，成像清晰度較高，可以不拆卸壓力管道外層的防腐或保溫材料，在壓力管道壁厚測量與焊接接頭質量檢測中具有廣泛的應用。

DR檢測技術具有成像清晰、分辨率高、圖片細節豐富等優點。并且DR檢測技術中所采用的感光元件更加敏感，只需要較小的曝光量即可得到清晰的圖像，寬容度比CR成像有了進一步提升，用戶可以對得到的圖片進行多種處理，方便用戶進行各種分析，比如，DR檢測可以利用圖像的幾何對比與灰度對比確定管道焊縫的余高，也為圖像的遠程分析提供了便利條件。第二檢測技術不僅適用于金屬管道，也適用于非金屬管道的檢測，對燃氣輸送中常用的聚乙烯管道的焊接缺陷材料缺陷具有很高的檢測精度。

5 壓力管道表面焊縫的檢測

在進行壓力管道無損檢測前，首先，應對管道表面的焊接縫外觀進行檢查，要求焊縫外觀和焊接接頭表面質量成型良好，焊縫寬度每一邊均應蓋過坡口邊緣2mm左右，角焊縫焊腳高度應符合設計要求，外形應平緩過渡。其次，在檢測表面管道焊接接頭時，要求接頭不能有氣孔、裂紋、夾渣、未熔合等質量問題，不銹鋼壓力管道焊縫表面不能存在咬邊現象，其他材料的管道焊縫咬邊深度應在0.5mm以下，且焊縫兩邊的咬邊總長不大于焊縫全長10%。最后，壓力管道焊接接頭錯邊應小于壁厚10%，且不大于2mm。在進行壓力管道表面無損檢測時，鐵磁性的材料管道應優先選擇磁粉檢測方式，非鐵磁性材料的壓力管道應優先選擇滲透檢測方式，存在裂紋傾向的管道焊接接頭，進行表面無損檢測時，應先焊接冷卻一段時間后再進行。壓力管道無損檢測具有一定的專業性，必須由具備無損檢測技術能力的人員進行，才能夠確保無損檢測的準確性。所以對于技術人員的能力水平要做到嚴格要求，可以通過培訓和考核的方式，一方面，對技術人員進行專業能力的培養，對先進水平的提高。另一方面，對技術人員的能力水平做到明確，優秀的技術人員能夠承擔更多的檢測任務，也可以獲得相應的獎勵，促進技術人員對提高能力水平的積極性，而能力水平不足的人員就需要加強對不足之處的學習，也需要接受相應的懲處，避免在無損檢測中由于技術問題導致的檢測問題。技術的提高能夠直接增加無損檢測技術更多的技術優勢，降低檢測投入、檢測時間、檢測誤差率等，同時，擴大檢測范圍，使無損檢測能夠在壓力管道的運行中達到更高的保障效果。所以，不能對當前的無損檢測技術故步自封，還需要保持積極學習心態，對檢測中存在的不足進行深入分析，開展技術學習和創新活動，才能夠更好地促進無損檢測在技術方面的持續進步。比如，無損檢測技術需要通過電子技術而實現，如果在電磁場影響較大的環境下進行檢測，將由于電子元器件的異常狀態影響無損檢測的準確性，所以，在加強電磁場干擾方面進行研究也能夠起到提高無損檢測技術的作用[4]。

6 結語

壓力管道經過長期的高壓運行后，會產生較多的缺陷問題，將會造成化工產業在經濟和效率方面的損失，通過缺陷原因和無損檢測技術的分析，能夠有效促進壓力管道缺陷問題的改善和防范，并加強無損檢測技術的提高與發展，使化工產業的生產質量和效率得到更好的保障。