钢质燃气管道焊接工艺及焊缝检验.doc

燃气钢管焊缝质量检验方法的比选上海燃气设计院 孙永康0 序言随着天然气在上海的不断发展，钢管在输送燃气管道中的比例越来越高。钢管与钢管之间连接方式有三种：焊接连接、螺纹连接、法兰连接。其中焊接是应用最广泛的连接方式。所以焊接质量的好坏直接影响到管道供气的可靠性和安全保障，从以往燃气管道发生安全事故的统计资料表明，焊缝是管道发生燃气泄漏的主要部位之一。我国对管道焊接工艺评定以及焊接质量已经颁布了相应的标准和验收规范。但是在燃气管道的设计和施工中，对焊接接头（焊缝）不同检验方法之间的关系以及选用常常会产生模糊，本文从焊接接头检验各种方法的原理介绍入手，阐明各种检验方法的优缺点和不同适用范围，并依据目前的燃气施工验收规范和石油部输气管道施工验收规范，结合上海的实际情况，针不同的设计条件提出不同的检验方法和要求，供燃气管道工程设计和施工参考。1 管道焊接接头的检验方法 为确保管道的焊接质量，对管道焊接接头必须按其工作介质、工作压力、钢材的类别和管道等级，分别进行各种检验，对燃气管道来说，焊接接头的常用检验方法下列有：（1）外观检查；（2）射线探伤；（3）超声波探伤；（4）磁粉探伤；（5）渗透探伤等，下面分别对上述检验方法进行简单介绍和比较。1.1 外观检查外观检查是利用肉眼、量具或放大镜检查焊缝的外形尺寸和表面缺陷的检查方法。它是一种最简单，当又是不可缺少的检查手段。按照CJJ3389城镇燃气输配工程施工及验收规范规定，管道焊后必须对焊缝进行外观检验。检查前应将妨碍检查渣皮、飞溅物清理干净。外观检验应在其他检验之前进行。焊缝外观质量分级标准详见表1。表1 焊缝外观质量分级标准检验项目缺陷名称质量分级焊缝外观质量分级标准裂纹不允许表面气孔不允许每50mm焊缝长度内允许直径0.3，且2mm的气孔2个孔间距6倍孔径每50mm焊缝长度内允许直径0.4，且3mm的气孔2个孔间距6倍孔径表面夹渣不允许深0.1，长0.3，且10mm深0.2，长0.5,且20mm咬边不允许0.05,且0.5mm连续长度100m,且焊缝两侧咬边总长10%0.1且1mm长度不限未焊透不允许不加垫单面焊允许值0.15,且1.5mm,缺陷总长在6焊缝长度内不超过0.2,且2.0mm每100mm焊缝内缺陷总长25mm根部收缩不允许0.2+0.02且0.5mm0.2+0.02且1mm0.2+0.04且2mm长度不限角焊缝厚度不足不允许0.3+0.05,且1mm,每100mm焊缝长度内缺陷总长度25mm0.3+0.05,且2mm,每100mm焊缝长度内缺陷总长度25mm角焊缝焊脚不对称差值1+0.1a2+0.15a2+0.2a余高1+0.1b,且最大为3mm1+0.20b,且最大为5mm注：a设计焊缝厚度，b焊缝宽度，母材厚度除注明角焊缝缺陷外，其余均为对接、角焊缝通用。当咬边经磨削修整并平滑过渡时，可按焊缝一侧较薄母材最小允许厚度值评定。1.2 射线探伤射线探伤是利用X射线、射线和其它高能射线对受检部位进行透照的一种探伤方法。这些射线都具有穿透金属并对照像底片感光的能力。当射线、工件和胶片如图1布置时，射线就穿透工件，照射到底片上。由于射线射线透过金属会产生衰减，工件的厚度差或组织结构的不同，射线的衰减程度亦有差异，对底片就产生不同程度的感光。如焊缝内部存在各种形状的缺陷，则由于截面的减少或组织结构的不连续性而使底片上显现黑度深浅不同的影像。从中可辨认出焊缝的轮廓，缺陷的形状和大小。图2表示出带陷的焊接接头X射线探伤底片上典型的图象。GB 332397钢熔化对接接头射线照相和质量分级中规定，根据缺陷的性质和数量，焊缝质量分为四级：I级焊缝内应无裂纹、未熔化、未焊透和条状夹液；级焊缝内应无裂纹、未熔合、未焊透；级焊缝内应无裂纹、未熔合以及双面焊和加垫板的单面焊中的未焊透，不加垫板的单面焊中的未焊透允许长度按表10条状夹渣长度的级评定；焊缝缺陷超过级者为级。长宽比小于或等于3的缺陷定义为圆形缺陷，圆形缺陷的分级如表2所示：长宽比大于3的夹渣定义为条状夹渣，条状夹渣的分级如表3所示： 图1 X射线透照探伤法 图2 焊接缺陷在X射线照相底片上的影像1-胶片 2、3-内部缺陷 4-焊缝5-X射线 6-X射线管表2 圆形缺陷的分级评定区母材厚度质量等级101010201030101015152525505010010012345636912151861218243036缺陷点数大于级者注：评定区尺寸和母材厚度单位均为mm。表3 条状夹渣的分级质量等级单个条状夹渣长度条状夹渣总长T12:412T60:(1/3)TT60:20在任意直线上，相邻两夹渣间距均不超过6L的任何一组夹渣，其累计长度在12T焊缝长度内不超过TT9:69T45:(2/3)TT45:30在任意直线上，相邻两夹渣间距均不超过3L的任何一组夹渣，其累计长度在6T焊缝长度内不超过T大于级者注：表中“L”为该组夹渣中最长者的长度。当被检焊缝长度小于12T（级）或6T（级）时，可按比例折算。1.3 超声波探伤超声波探伤是利用超声波高频（二万赫兹以上）能透过金属材料深处，在界面边缘发生反射的特点来检查焊缝内部缺陷。当超声波束通入焊缝内部遇到缺陷就会发生发射波束，并在荧光屏上形成脉动波形，根据脉动波形可以判断缺陷的位置和大小。GB1134589钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级中规定，根据质量要求检验等级分为A、B、C三级，检验的完善程度A级最低，B级一般，C级最高，A级检验难度系数为1，B级检验难度系数为56，C级检验难度系数为1012。在现行的焊缝超声波探伤标准中，可采用距离波幅曲线进行缺陷的定量。这种曲线是根据所选用的探头、仪器和试块的实测数据绘制的，该曲线表示工件的底波和各种缺陷与探测距离之间的相对关系。曲线的具体绘制方法可以参照GB1134589中附录D。曲线图由判废线RL，定量线SL和评定线EL组成，定量线与判废线之间称为区，判废线以上为区，评定线以上至定量线以下为区。如图3所示。图3 距离波幅曲线示意图在超声波探伤中，对缺陷的判定标准规定如下：1） 发射波不超过评定线的缺陷、反射波幅位于区的非裂纹性缺陷均评为级。2） 最大发射波超过评定线的缺陷，检验者判定为裂纹等危害性缺陷时，无论其波幅和尺寸如何，均评为级。反射波幅位于区的缺陷，无论其指示长度如何，均评定为级。3） 最大发射波幅位于区的缺陷，根据缺陷指示长度按照表4的规定予以评级。表4 区缺陷的等级分类mmm厚板评定等级级等验检ABC850830083002/3；最小121/3；最小10，最大301/3；最小10，最大203/4；最小122/3；最小12，最大501/2；最小10，最大30；最小203/4；最小16，最大752/3；最小12，最大50超过三级者注： 为坡口加工侧母材板厚，母材板厚不同时，以较薄侧板厚为准。 管座角焊缝为焊缝截面中心线高度。1.4 磁粉探伤磁粉探伤法主要用于检查碳钢及低合金钢等磁性材料焊接接头表面和近表面的缺陷。这种方法的原理是基于钢材焊接接头中的缺陷改变了该部位的磁阻，引起了磁力线的密集。当无缺陷的材料被磁化时磁力线均匀地通过材料的横截面。如果材料内存在如图4所示的缺陷，则缺陷部位的磁阻突然发生变化，使磁力线绕过缺陷而聚集于材料表面，形成了较强的漏磁通。如在材料表面均撒磁性粉末，则磁粉就会在漏磁场堆集，显示缺陷的位置、大小和形状。磁粉探伤所能发现的缺陷已具有一定的尺寸。因此所发现的缺陷应清除，必要时加以补焊。 磁粉探伤原理如图4所示。图4 磁粉探伤原理图1.5 煤油渗透试验 在焊缝的一面涂抹上白垩粉水溶液，待干燥后再在焊缝的另一面涂煤油。由于煤油表面张力小且具有较强的渗透能力，当焊缝存在穿透性缺陷时，涂于管壁表面的煤油将透过微小孔隙在涂有白垩粉的一面呈现出明显的油斑或条带。为判断焊缝缺陷的位置，应及时观察渗透的位置变化，时间过长将使渗透煤油蔓延而无法判断。检验时间一般为20分钟左右。2 管道焊接接头的检验方法的比较管道焊接接头的检验方法各有优缺点和不同的适用范围，不同检验方法具体比较如表5所示：表5 管道焊接接头的检验方法的比较序号焊缝检验方法优点缺点检验范围1外观检验简单，直观，费用最低。检验精度不够，不能精确判定焊缝质量。检查焊缝外形尺寸和表面缺陷。2射线探伤投射灵敏度高、能永久保存记录。费用高、设备笨重、不能发现发裂等一类线性缺陷。检测焊缝近表面和内部缺陷。3超声波探伤适用范围广，灵敏度高，对人体无害，运用灵活，可立即得出探伤结论，费用较低，可检厚度很高。表面要求高、不能确定缺陷性质和尺寸、检测精度取决于探伤人员的经验、不能保存永久检测记录，不能检验薄壁管焊缝。检测出任何部位（表面、近表面、内部）缺陷。焊缝厚度必须大于8mm。4磁粉探伤灵敏度高、速度快，能直观缺陷、操作方便、设备简单、费用低。不能检测非铁磁材料，不能发现内部缺陷，表面质量要求高，难于确定缺陷深度。检测表面及近表面微小缺陷。5渗透探伤不受材料限制，不需专门设备，操作简单，不受检测焊缝厚度限制。不能精确判定焊缝缺陷大小，难以量化分级。检查表面及贯穿性缺陷3 燃气管道安装焊缝检验方法的选用GB5023597工业金属管道工程施工及验收规范、GB5023698现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范、SY/T 4103-1995钢质管道焊接及验收、SY040198输油输气管线工程施工验收规范、CJJ 3389城镇燃气输配工程施工及验收规范、GB5025194输气管道工程设计规范、DBJ086597城市天然气管道工程技术规程中对不同压力级制的燃气管道焊缝检验均有明确的规定。综合上述规范条例，结合上海目前人口密集、地下管线复杂等实际情况，提出上海燃气管道工程焊缝检验方法和规定：（1） 外管检验管道焊后必须对焊缝进行外观检验。工艺要求焊缝系数为1的焊缝或规定进行100射线照相或或超声波检验的焊缝，其外观质量不得低于GB50236现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范的级焊缝标准；一般钢质燃气管道的焊缝外观检验应符合GB50236的级焊缝标准。焊缝的宽度以每边超过坡口边缘2mm为宜。（2） 渗透试验可采用渗透试验对管道焊缝进行初级试验，发现和检查焊缝缺陷（3） 射线和超声波探伤1） 8MPa以上的高压或超高压燃气管道，所有焊缝100全周长X射线拍片探伤,级焊缝合格。对于管道壁厚大于或等于8mm的焊件，可以先对焊缝进行100全周长超声波探伤,焊缝级合格，然后再对所有焊缝30进行全周长X射线探伤复检,级焊缝合格。2） 中压A埋地管道（0.4MPaP0.2 MPa），燃气管道所有焊缝100全周长X射线拍片探伤,级焊缝合格。对于管道壁厚大于或等于8mm的焊件，可以先对焊缝进行100全周长超声波探伤，级焊缝合格。然后再对所有焊缝20进行全周长X射线探伤复检, 级焊缝合格。3） 中压B埋地管道（0.2 MPaP5kPa），燃气管道所有焊缝20全周长X射线拍片探伤, 级焊缝合格。4） 中压室内管道（0.4MPaP5kPa），燃气管道所有焊缝100全周长X射线拍片探伤,级焊缝合格。对于管道壁厚大于或等于8mm的焊件，可以先对焊缝进行100全周长超声波探伤，级焊缝合格。然后再对所有焊缝30进行全周长X射线探伤复检, 级焊缝合格。5） 低压埋地管道（P5kPa），燃气管道所有焊缝15全周长X射线拍片探伤, 级焊缝合格。6） 低压室内管道（P5kPa），燃气管道所有焊缝100全周长X射线拍片探伤, 级焊缝合格。对于管道壁厚大于或等于8mm的焊件，可以先对焊缝进行100全周长超声波探伤，级焊缝合格。然后再对所有焊缝15进行全周长X射线探伤复检, 级焊缝合格。7） 穿跨越河流、铁路、公路等的管道焊缝以及室内地下管道（包括地下室及半地下室）焊缝均应进行100全周长X射线探伤，级焊缝合格。（4） 磁粉检验对有特殊要求的燃气管道可采用磁粉探伤检查焊缝表面及近表面细小缺陷。4 结束语管道焊缝检验的各种方法各有优缺点和不同的检验范围，在实际设计和施工过程中，应严格按照相关规范和质检部部门的有关规定进行操作。上述选用检验标准部分高于规范要求，主要是考虑上海人口密集、地下管线复杂等实际情况，从提高工程质量、避免事故隐患的角度出发而提出的，笔者认为这是非常必要的。参考文献1 压力管道安全技术，东南大学出版社2 钢质压力容器焊接工艺，机械工艺出版社3 GB5023597工业金属管道工程施工及验收规范4 GB5023698现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范5 SY/T 4103-1995钢质管道焊接及验收6 GB5025194输气管道工程设计规范7 CJJ3389城镇燃气输配工程施工及验收规范专业文档供参考，如有帮助请下载。