L458M 鋼管道無損檢測缺陷產生的原因分析

韓 嘯

（中國石油大慶石化公司熱電廠，黑龍江大慶 163000）

0 引言

壓力管道在安裝后和使用過程中需要進行無損檢測，檢查管道是否產生損傷或者存在缺陷。常用的檢測方法有多種，但檢測原理與檢測設備都具有自身的局限性，實際工作中經常采取多種檢測方法對同一段管道進行檢測，通過結果的對比來判斷缺陷。

一段直徑為813 mm、壁厚為14.4 mm 的鋼制管道，鋼材牌號為L485M，采取漏磁檢測方法對該段管道進行檢測，顯示該段管道存在32%的金屬損失。為了進一步驗證該段管道的缺陷種類，采取超聲檢測、超聲相控陣檢測、射線檢測等多種檢測方法對該段管道進行二次檢測，超聲檢測完成后的結論為該段管道存在2 mm 高20 mm 長的缺陷，超聲相控陣檢測后的結論為該段管道表面下10～12 mm 處存在約20 mm 長的夾層，放射線檢測后的結論為該段管道存在長25 mm 的裂紋。可見，超聲檢測與放射線檢測的結論存在很大差異，無法準確確定該段管道的缺陷類型。為了進一步驗證哪種檢測方法更準確，需要對該段管道進行取樣分析。

1 理化檢驗

1.1 宏觀分析

圖1 為該段管道的外觀，再次對試樣進行放射線檢測，檢測結果更加傾向于該段管道存在裂紋。

圖1 缺陷管段

對該段管道內表面進行打磨拋光處理，并采取硝酸酒精對打磨拋光處進行浸蝕試驗，得到圖2 所示的管道內壁缺陷處形貌。管道內表面浸蝕后呈現兩處圓形區域，選擇該區域作為取樣位置截取兩塊試樣。

圖2 管道內壁缺陷處浸蝕形貌

1.2 金相分析

對取下的兩塊試樣進行研磨拋光，并采用硝酸酒精浸蝕，然后通過金相顯微鏡觀察兩塊試樣的微觀形貌。如圖3 所示，試樣1 在顯微鏡下呈現典型的焊接特征，焊接缺陷和焊接裂紋非常明顯，對試樣1 繼續進行組織形貌觀察可以看到焊縫區的焊接裂紋為柱狀的結晶裂紋（圖4），熱影響區的焊接裂紋為沿晶裂紋（圖5），且在裂紋內部存在明顯的灰色氧化物。

圖3 試樣1 顯微組織

圖4 試樣1 焊縫處顯微組織

圖5 試樣1 熱影響區裂紋微觀形貌

如圖6 所示，試樣2 在顯微鏡下呈現典型的焊接特征，焊接缺陷和焊接裂紋非常明顯，對試樣2 繼續進行組織形貌觀察，可以看到焊縫區的焊接裂紋為柱狀的結晶裂紋（圖7），熱影響區的焊接裂紋為沿晶裂紋（圖8），且在裂紋內部存在明顯的灰色氧化物。

圖6 試樣2 顯微組織

圖7 試樣2 焊縫處顯微組織

圖8 試樣2 熱影響區沿晶開裂形貌

1.3 能譜分析

試樣1 與試驗2 的裂紋中均存在黃色物質，通過電子顯微鏡對該物質進行能譜（EDS）分析。試樣1 的分析結果顯示該白色區域的主要成分為銅，其質量百分比為93.95%，灰色區域含銅量為19.52%。試樣2 的分析結果顯示，各微觀區域均含有一定量的銅，其質量百分比分別為8.69%，5.79%和5.61%，而裂紋中的黃色物質為銅、灰色物質為氧化鐵。

2 分析與討論

在無損檢測中發現該段管道存在長約20 mm 的裂紋，且主裂紋上存在一些放射狀微裂紋。對該段管道取樣進行金相試驗發現管道中確實存在裂紋，初步判斷裂紋是在焊接過程中產生的，進一步對試樣進行能譜分析驗證了這一判斷結果。在能譜分析中可以看到，兩塊試樣的缺陷位置具有明顯的焊接特征，焊接區和熱影響區均存在裂紋，因此可以確定該段管道有被補焊的歷史。

試樣中焊縫區存在柱狀的結晶裂紋，熱影響區存在沿晶裂紋，這是因為管道焊接時熔池內金屬凝固收縮而未得到足夠的基礎填充，并大量滲入低熔點金屬銅引起了結晶裂紋，也造成焊縫區縮孔和裂紋等現象，進而在應力的作用下帶動熱影響區形成沿晶裂紋，低熔點的銅受熱滲入裂縫內部，形成大量的銅殘留。

在焊縫區與熱影響區均含有大量的銅元素，還含有一定量的氧化鐵，說明該段管道所存在的裂紋是在補焊過程中產生的，但在管道使用過程中裂紋未進一步擴展。

能譜分析顯示，試樣1 和試樣2 中的銅元素的質量百分比有較大差異，但二者的裂紋形式相同，因此可以判斷試樣1 補焊前既存在銅污染，這些銅在補焊過程中滲入焊縫裂紋中，使裂紋中的銅含量大大增加。通過走訪調查，確認了這一結論。

3 結論及建議

該L485M 鋼管道的缺陷類型為裂紋，裂紋是在管道補焊過程中產生的，焊接過程中焊縫熔池內金屬冷卻收縮而未得到及時填充是導致裂紋產生的主要原因，管道補焊前既存在銅污染，補焊過程中銅元素大量滲入焊縫與熱影響區、進一步觸發了裂紋的產生。

建議進行管道焊接前對焊接位置進行表面清理，避免污染物質滲入焊縫和熱影響區形成沿晶裂紋；采取合理的焊接工藝避免因焊縫收縮而導致的裂紋，提高焊接質量。