管道焊口熔銅裂紋PAUT檢測圖譜特性和磨開驗證分析

林三福

（中國船級社質量認證有限公司福建分公司，福建 廈門 361000）

1 焊接材料

長輸管道采用組合自動焊，保證焊縫的力學性能參數與管體母材相匹配，采用不同的焊接方式時應選用不同的焊接材料，同時應根據使用的管材的各個力學強度指標來進行焊材匹配選擇。所選用焊接材料必須經過焊接工藝評定試驗合格后才能使用。本文案例采用焊接型式：STT 根焊+外焊機自動焊填充蓋面，打底焊標準：GB/T8110G49A、AWS A5.18ER70C；氬弧焊根焊+外焊機自動焊填充蓋面，打底焊標準：GB/T39280 W49A、AWS A5.18ER70S。

2 管道焊接一般要求

管道焊接施工之前，應根據焊接工藝試驗、焊接工藝評定的情況，制定現場對口焊接、焊接所產生缺陷修補的焊接工藝規程[1-2]。

其一，所有施焊的焊工必須取得相應部門頒發的資格證書，焊工須經上崗考試合格后方能進行焊接施工。施工前應對鋼管、彎管進行外觀和主要尺寸檢查。

其二，施工中應合理安排施工工序和優化施工組織，盡量減少連頭數量。管線連頭口的焊縫不應強力組對，應盡可能預留在地形較好的直管段上。連頭焊口位置應按規定設置，不得設在熱煨彎管、冷彎彎管、不等壁厚焊縫處。固定連頭的位置，尤其是轉角彎、穿越出土點等位置，宜延伸至地勢平坦的直管段處。

其三，管線現場施工的布管、焊接過程中保證分界焊縫位置在直管段處，并盡量減少現場割管。焊管之間對接焊時，制管焊縫應錯開且間距不宜小于100mm。管口組對過程中應使用對口器，管口組對的坡口型式應符合焊接工藝規程的規定。

其四，當焊接工藝規程規定焊接過程中有預熱要求時，應根據相應規定的溫度進行焊接前預熱。當焊接兩種具有不同預熱要求的材料時，應以預熱溫度要求較高的材料為基準。應保證預熱寬度應大于坡口兩側各50mm。

其五，施焊過程中，引弧位置不得選擇在坡口以外的管壁上。根據焊接工藝規程的要求施焊時應采取必要的防風保護措施。焊縫需要后熱或焊后熱處理時，應按相應的焊接工藝規程對焊縫進行后熱或焊接后熱處理。

其六，接頭設計、工藝要求（包括焊接方向、電壓、電流、焊接速度等）、組對與焊接的程序及焊接其他要求應嚴格按照指定的焊接工藝規程的規定執行。

其七，自動焊以外的焊接工藝，相同公稱壁厚對接鋼管的錯邊量應小于或等于壁厚的1/8，且連續50mm 長度范圍內，局部最大焊縫應小于或等于3mm，錯邊應沿管口圓周方向均勻分布。

其八，焊接接地線應滿足施工規定，宜用卡具將地線與被焊管牢固接觸，不應產生電弧灼傷管道母材。焊接設備啟動前，應檢查儀器儀表的各項指標，并在正式焊接前，在試件上進行焊接工藝參數的調試。起弧點應保證在坡口以內，不應在坡口以外的管表面。

其九，施焊時應保證滿足規定的各道間溫度達到規定的要求。焊接前的所有引弧點和接頭應做必要的修磨。前一焊道焊接工作全部完成后，方可開始下一焊道的焊接。

其十，焊接過程中若發現有偏吹、粘條、可見表面氣孔或其他不正常現象時，應立即停止焊接，采用修磨方式對接頭進行修磨后，再繼續進行施焊。

其十一，為保證蓋面焊的良好成型，填充焊道時，應填充或修磨至距離管材的外表面1～2mm 處。必要時可根據填充的情況在立焊部位增加立填焊。蓋面焊縫為排焊的情況下，后續施行焊道至少宜覆蓋前一焊道1/3 寬。

其十二，焊接過程中發現的缺陷應立即進行清理修補。修補過程中應保證控制道間溫度滿足要求。

其十三，當上述的要求與焊接工藝規程規定的要求不一致時，按焊接工藝規程執行。

3 組合自動焊環焊縫檢測檢測要求

為加強管道焊接質量控制，提高焊接缺陷檢出率，確保工程本質安全，對采用組合自動焊的所有對接環焊縫，均應進行DR 檢測和PAUT（含TOFD）檢測。各檢測方法按各自驗收的規范進行評判。

4 無損檢測發現的問題及驗證情況

4.1 實例1

4.1.1 工件尺寸：φ1016×17.5mm；焊接方法：組合自動焊，DR 檢測未發現缺欠；PAUT 檢測信息：定位651-662，長度11mm，埋深4.38mm，自身高度2.4mm，波幅高度15.4，結論疑似裂紋。

4.1.2 檢測圖譜中TOFD 顯示直通波下沉、缺陷波顯示為陡降式拋物線狀，PAUT 圖譜顯示雜亂、波幅不高、有多個波峰，有熔銅裂紋的可能，打磨驗證首先應將焊縫蓋面打磨與母材平齊。用PAUT 檢測若缺陷仍然在，排除焊縫外觀成型不良對PAUT 圖譜的影響。PAUT 圖譜顯示詳見圖1。

圖1 PAUT 圖譜顯示圖

4.1.3 磨開磁粉檢測驗證工藝

先進行外觀檢查是否存在橫向溝槽，若存在橫向溝槽，則先將橫向溝槽打磨平整后再次掃查，確認影像是否消失；若外觀與其他地方無明顯差別，打磨驗證。驗證注意事項如下[3]：

其一，現場重新對疑似缺陷定位位置進行PAUT檢測，確定缺陷的具體位置后在焊縫表面進行標記。其二，開始打磨，根據檢測結果埋深，前期打磨可以適當增加打磨量，接近疑似缺陷埋深上端點位置時，每次打磨時需要控制打磨清除的厚度。打磨時應注意打磨的寬度及長度，打磨過程中應避免打磨出凹坑，盡量打磨出平緩表面，以利于此處檢測時磁懸液的流動。其三，當打磨接近至疑似缺陷上端點時，每打磨一次均需要進行一次磁粉檢測。其四，對工件進行檢測前，必須采用磁粉標準試塊對磁粉檢測的綜合靈敏度進行核驗，使得靈敏度達到規范要求。其五，疑似熔銅裂紋走向一般為橫向，現場磁粉檢測時應注意磁化方向，盡量滿足磁力線與缺陷垂直。其六，每次磁粉檢測后應細致觀察并拍照，觀察過程中可以利用放大鏡等工具。

4.1.4 現場焊縫外觀、缺欠部位外觀雖不平整，經探討不是檢測數據不合格的主要因素。

4.1.5 焊縫余高打磨平整后，未發現缺陷。打磨深度0.5mm 后，肉眼不可見裂紋，通過磁粉檢測發現簇狀裂紋，裂紋最長5mm，裂紋距離熔合線最近處3mm。打磨深度2.0mm 后磁粉檢測發現簇狀裂紋條數增加，裂紋最長7mm，裂紋距離熔合線最近處3mm，裂紋方向主要呈現橫向并具有一定的偏移角度。打磨至2.6mm 深后。再次通過磁粉檢測裂紋消失不見，裂紋打磨驗證完畢。詳見圖2。

圖2 磁粉檢測示意圖

4.1.6 打磨后對此次打磨驗證的裂紋產生原因進行現場分析討論，裂紋從形態上看是橫向裂紋，裂紋缺陷的自身高度為2.2mm，最大深度為2.6mm。參與驗證的各方對裂紋產生的原因進行分析，可能是由于焊接導電嘴接觸母材或與導電嘴接觸的飛濺進入母材，使母材局部熔銅，焊接擺動為橫向擺動，形成熔銅偏析條帶，裂紋缺陷分布與擺動方向一致。

4.2 實例2

4.2.1 工件尺寸：φ1016×17.5-21mm（ 變壁厚）；焊接方法：組合自動焊，DR 檢測未發現缺欠；PAUT 檢測信息：定位483-492，長度9mm，埋深2mm，波幅高度42.1，結論疑似裂紋。

4.2.2 檢測圖譜中TOFD 顯示直通波下沉、PA1和PA2 中A 掃信號呈簇狀、波幅不高、有多個波峰，有熔銅裂紋特征。

4.2.3 磨開滲透檢測驗證工藝

打磨驗證前首先精準定位，排除焊縫外觀成型不良對PAUT 圖譜的影響。驗證注意事項如下：

其一，工件受檢表面及其周圍30mm 范圍內，應清除氧化皮、燭渣、飛濺、油脂、棉纖維、污物等異物。被檢工件表面的光潔度是影響顯示檢測靈敏度的重要因素，當其對顯檢測靈敏度有影響時，必須進行砂輪及砂紙打磨或拋光處理。其二，工件表面必須干燥后才可施加滲透劑，可用浸沾、刷涂、噴射（噴罐）等方法施加滲透劑，受檢表面保持浸濕狀態下的滲透時間因氣候及環境不同而調節，一般10～15min。其三，用清洗劑除去工件表面多余的滲透劑，禁止在工件表面噴涂大量清洗劑，以防將滲入工件缺陷中的滲透劑清洗掉。其四，對工件進行檢測前，必須采用滲透標準試塊對滲透檢測的綜合靈敏度進行核驗，使得靈敏度達到規范要求。其五，施加顯影劑，可用噴罐法和刷涂法使受檢表面形成薄而均勻的顯影劑薄膜，以略能看出被檢表面為宜，一般控制在0.05～1.00mm，噴涂時噴罐嘴與工件間的距離不得小于300mm。其六，顯像觀察應在顯影劑施加后10～30min 內進行。在光線充足的條件下，一般用肉眼觀察，或用4～10 倍放大鏡對缺陷進行觀察。其七，所有滲透檢測工作溫度保持在10～50℃，否則應對所用滲透劑進行靈敏度校驗。其八，打磨及檢測時機工藝控制與磁粉檢測方法工藝控制一致。

4.2.4 焊縫余高打磨平整后，未發現缺陷。打磨深度1mm 后，可見細微缺陷顯示，通過滲透檢測發現簇狀裂紋，裂紋最長5mm，裂紋距離熔合線最近處3mm。打磨深度1.5mm 后滲透檢測發現裂紋條數增加，裂紋累計總長9mm，裂紋距離熔合線最近處4mm，滲透檢測顯像缺欠呈絲狀顯示，由于縫隙間毛細作用吸附的滲透劑量較大，最終滲透顯像痕跡呈不規則狀。裂紋方向主要呈現橫向并具有一定的寬度，最寬6mm。打磨至2.0mm 深后。再次通過滲透檢測裂紋消失不見，裂紋打磨驗證完畢。

4.2.5 根據現場滲透檢測顯示，結合PAUT、DR檢測結果綜合分析定性為熔銅裂紋，裂紋缺陷長度9mm，深度2mm。參與驗證的各方對裂紋產生的原因進行現場分析，可能是由于焊接導電嘴接觸熔池，導致焊縫局部熔銅產生熔銅裂紋。

5 焊接與無損檢測注意事項、建議

5.1 管道施焊前

應嚴格根據焊接工藝試驗、焊接工藝評定的相關規定，制定現場對口焊接、缺陷修補的焊接工藝規程。焊接過程中，應嚴格執行焊接工藝。

5.2 焊接工藝百口磨合要求

焊接施工前，針對不同焊接方式，各焊接機組應熟悉整個焊接工藝規程，并進行100 道焊口的焊接工藝磨合（又稱“百口磨合”）。百道口焊接一次合格率（各檢測方法）分別達到規定的要求，則通過考核，可繼續施工。百口不合格的焊口允許補件，加倍取樣檢驗，試驗合格則通過考核。

5.3 無損檢測規定

5.3.1 焊接、修補、返修完成后應及時進行外觀檢查，外觀檢查前應清除表面焊渣、飛濺和其他污物。焊縫外觀應符合相應標準的要求。

5.3.2 焊縫經外觀檢查合格后應進行全周長的無損檢測。所有無損檢測應滿足相應標準的要求。

5.3.3 為加強管道焊接質量控制，提高焊接缺陷檢出率，確保工程質量安全，應增加不同的檢測方法[如DR 和PAUT（含TOFD）檢測]對同一位置進行檢測，無損檢測方法應按各自驗收規范進行評判。多種檢測方法檢均合格則該焊縫合格。

5.4 引進監督機構

為進一步保證工程質量，工程施工前由建設單位聘請具有相應的無損檢測資質，并提供滿足現場抽檢時的檢測設備和人員的第四方無損檢測服務承包商。第四方無損檢測承包商負責對第三方無損檢測承包商的檢測質量按約定的比例進行復查，包括各檢測方法的底片、圖譜的復評；負責對第三方檢測現場檢測工藝執行情況的監督，采用現場第四方自行抽檢后進行數據比對的方式，對第三方檢測工藝執行情況進行評價。在該工程啟動初期開展第三方檢測機組能力考核評估，并現場組織驗證檢測機組持續、穩定提供檢測服務的能力，目的是提高第三方檢測機組檢測系統穩定性。

6 結語

長輸管道焊口采用組合自動焊的焊口，DR 檢測未能發現缺陷，PAUT 檢測圖譜中TOFD 顯示多項異常，存在熔銅裂紋的可能，該缺陷危害性極大。通過圖譜分析，現場磨開驗證過程嚴格按照工藝執行，采用磁粉檢測、滲透檢測進行磨開驗證，驗證工藝的有效性，淺談分析，提出技術要點。