管道焊缝检验.doc

前言
本设计主要对石油管道的焊接工艺以及焊缝的检验进行了详细的编制和分析；它适用于厚壁大直径管体工件，有助于管体的焊缝检测和探讨。该书的撰写是按照指导老师刘志敏老师的任务书严格进行的，制作过程中，通过辅导老师的指导和查阅大量的资料辅助完成。
该书主要从石油管道的材料分析，管道的铺设环境等多方方面因素考虑，对管道的焊接工艺过程进行鉴定讨论。焊后，通过多种无损探伤的方法如射线探伤、磁粉探伤以及探伤机器人等高科技设备，对焊缝（环焊缝）进行分析检验，以达到石油在运输过程中的安全、环保、经济。
由于作者能力水平严重匮乏，该书的完成存在不少缺欠，可能在学术观点上和亲爱的读者有些分歧，请您谅解！真心的希望此作品能够帮到你……
此致

-------高立华

·设计要求
大直径厚壁的石油管道中间的环焊缝是通过氩弧焊焊接，通过可行的方法对焊缝进行检验
·设计目的
确保石油在运输过程中的安全可靠，避免环境压力，提高经济效益，促进社会和谐
·适用范围
此设计只适用于大直径厚壁的管件工件，若进行其他不符合范围的操作，后果自负

一 石油管道材料分析判定
结合具体的管道工程，由于其输送介质和周围环境等实际情况的不同，对焊接材料的要求就有所不同，要针对不同的情况参照相关的标准。一般情况下管道焊接时，焊接材料的选择要遵循如下原则：强度方面，焊接所形成的整个接头的强度要高于管体母材的强度，而在根焊焊接时，可以采用比母材强度级别稍低的焊接材料进行焊接，以释放焊接应力并避免焊接裂纹的产生；韧性方面，除了要符合相关规定外，还要考虑具体运输介质和环境条件等因素的影响。
·无缝钢管是采用穿孔热轧等热加工方法制造的不带焊缝的钢管。必要时，热加工后的管子还可以进一步冷加工至所要求的形状、尺寸和性能。目前，无缝钢管（DN15—600）是石油化工生产装置中应用最多的管子。
·对于油品、油气介质，但其设计温度超过350摄氏度或压力大于10.0兆帕时，宜选用GB9948或GB6479标准的钢管；
·值得注意的是质量好的钢管价格也比较高，因此在选用钢管材料的时候，应依据使用条件综合考虑，既要可靠又要经济。
·同时，材料代用时还应考虑如下因素：
1. 材料对工作介质的相容性。如应力腐蚀、晶间腐蚀等；
2. 代用材料的设计温度下的许用应力是否达到原设计的要求；
3. 代用材料是否会产生如改变焊接材料、焊接工艺等；
4. 代用材料是否会产生诸如改变热处理状态、无损检测及焊接试板等要求。

二 石油管道的焊接——氩弧焊焊的介绍
1 氩弧焊的焊接原理
1.1钨极氩弧焊就是把氩气做为保护气体的焊接。借助产生在钨电极与焊体之间的电弧，加热和熔化焊材本身（在添加填充金属时也被熔化），而后形成焊缝金属。钨电极，熔池，电弧以及被电弧加热的连接缝区域，受氩气流的保护而不被大气污染。
2焊枪
钨极氩弧焊枪（也称焊炬）除了夹持钨电极，输送焊接电流外，还要喷射保护气体。大电流焊枪长时间焊接还需使用水冷焊枪。因此，焊枪的正确使用及保护是相当重要的。
3 气路
气路由氩气瓶减压阀、流量计、软管及电磁气阀（在焊机内)等组成。减压阀用以减压和调节保护气体的压力。流量计是标定和调节保护气体流量，氩弧焊机通常采用组合一体式的减压流量计，这样使用方便、可靠。
4氩气纯度
氩弧焊时材质对氩气纯度的要求
金属材料
铬镍不锈钢
太难熔金属
氩气纯度（%）
≥99.7
≥99.98
5规范参数
钨极氩弧焊的规范参数主要由电流、电压、焊速、氩气流量，其值与被焊材料种类、板厚及接头型式有关。其余参数如钨极伸出喷嘴的长度，一般取1-2倍钨极直径，钨电极与焊件距离（弧长）一般取1.5倍以下钨电极直径，喷嘴大小等则在焊接电流值确定后再选定。一般不锈钢氩弧焊规范如下：
电流种类
及极性
板厚
mm
卷边对接
对接加填充焊丝
焊丝直径
焊接电流（A)
氩气流量（L/min)
焊接电流（A)
氩气流量（L/min)

直流正接 （焊炬接焊机输出一）
0.5
30-50
4
35-40
4
Φ1.0
0.8
30-50
4
35-40
4
Φ1.0
1.0
35-60
4
40-70
4
Φ1.6
1.5
45-80
4-5
50-85
4-5
Φ1.6
2.0
75-120
5-6
80-130
5-6
Φ2.0
3.0
110-140
6-7
120-150
6-7
Φ2.0
6.钨极氩弧焊特有的工艺缺陷及防止措施
缺陷
产生原因
防止措施
夹钨
（1）钨极直接
接触焊件
（2）钨极熔化
（1）采用高频引弧
（2）减少焊接电流或增加钨极直径
（3）调换有裂纹的钨极
气保护效果差

氩气纯度不高

（1）采用纯度为99.99%的氩气
（2）有足够的提前送气和滞后停气时间
（3）做好焊前清理工作
（4）正确选择保护气流量
（5）增大喷嘴尺寸，电极伸出长度等
电弧不稳
（1）焊件上有油污
（2）钨电极污染
（3）钨电极直径过大
（4）弧长过长
（5）钨电极端头未磨好
（1）做好焊前清理工作
（2）去除污染部分
（3）使用正确尺寸的钨电极及夹头
（4）调整喷嘴距离
（5）重新磨制钨极端圆锥角大小
钨极损耗
（1）保护不好，钨电极氧化
（2）枪与焊机极性接反
（3）夹头过热
（4）钨电极直径过小
（5）停焊时钨电极被氧化
（1）清理喷嘴，缩短喷嘴距离，适当增加氩气流量
（2）更改焊枪与焊机输出的连接
（3）增大夹头直径
（4）调大钨极直径
（5）磨光钨电极，调换夹头
7.焊前清理
钨极氩弧焊对焊件和填充金属表面的污染相当敏感，因此焊前须清除焊件表面的油脂，涂层，加工用的润滑剂及氧化膜等。
8.安全技术
钨极氩弧焊操作者，必须戴好头面罩、手套、穿好工作服、工作鞋，以避免电弧光中的紫外线和红外线灼伤。
斯泰尔钨极氩弧焊机均装有高频引弧器，小功率的高频高压电虽不会电击操作者，但当绝缘性能不良时，高频电会灼伤操作者手的表皮，且很难治愈，所以焊接手把的绝缘性能一定要经常检查。
钨极氩弧焊接时，应加强焊接区的通风。在不能进行通风的局部空间施焊时，应戴供给新鲜空气面罩或防毒面具。
根据任务书的要求，管道是由工作人员焊接完成的，所以在这里我们不不做过多说明，我们得到了焊接成品，接下来对焊缝进行检验

三 检验前的焊缝分析
1焊接缺陷的危害
焊接缺陷对产品构件，尤其是压力容器和压力管道在使用中带来了的隐患和危害是不能低估的
·由于缺陷的存在，减少了焊缝的承载面积，削弱了静力拉伸强度。
·由于缺陷形成缺口，缺口尖端会发生应力集中和脆化现象，容易产生裂纹并扩展。
·缺陷可能穿透管壁，发生泄漏，影响致密性，留下隐患。
·对一些结构件轻者在很大程度上降低产品的力学性能和缩短产品的使用寿命；重者，还能产生脆断，导致危及生命财产安全的灾难性事故，给国民经济带来巨大的损失。
2焊接缺陷的分类
·焊缝表面缺陷和焊缝内部缺陷
·常见缺陷：气孔、夹渣、未熔合、未焊透、裂纹以及咬边、焊瘤、烧穿、凹坑等。
3防止缺陷的措施
① 防止气孔
·焊前将坡口两侧20-30mm范围内的油污、锈、水分清除干净。
·严格按照说明书规定的温度和时间烘干焊条。
·正确选择焊接工艺参数，正确操作。
·要预热。
·尽量采用短弧焊接，野外焊接施工要有防风设施。
·不允许使用失效的焊条，如焊芯腐蚀，药皮裂开，脱落，偏心度过大等。
② 防止夹渣
·选择合适的焊接规范，使熔池存在的时间不要太短，防止熔池金属凝固过快。
·多层焊接时，要注意消除前层焊缝的熔渣。
·操作时要注意保护熔池，防止客气侵入熔池。
·焊接速度不宜过快，保证熔池内的熔渣有充分的时间上浮。
·焊接电流不要太小。
③ 防止未熔合
·增加焊线能量。
·将坡口边缘充分熔透。
·焊接规范正确，操作得当，焊接速度快慢均匀，焊条摆动到位。
·将坡口表面或坡口底部边缘污物处理干净。
④ 未焊透原因
·焊接电流过小，焊接速度过快。
·坡口角度太小。
·根部钝边太厚。
·坡口间隙太小。
·焊条角度不当。
·电弧太长。
防止措施
·合理选用坡口型式
·装配间隙要得当
·采用正确的焊接工艺
⑤ 防止热裂纹
·限制母材和焊接材料中易偏析元素和有害杂质的含量，主要限制硫含量，提高锰含量。
·提高焊条或焊剂的碱度，降低杂质含量，改变偏析程度。
·改进焊接机构型式，采用合理的焊接顺序，提高焊接收缩时的自由度。
·焊接终了断弧时，弧坑冷却速度快，因偏析在弧坑处形成热裂纹。采用与母材相同的引出板。
防止冷裂纹
·焊前预热，焊后缓慢冷却。
·焊后及时进行低温退火，去氢处理，消除焊接时产生的应力，使氢及时扩散到外界去。坚强焊接时的保护和被焊处的处理。
·选用低氢型焊条和碱性焊剂或奥氏体不锈钢焊条焊丝，焊材按规定烘干，清理坡口。
·选用合理的焊接规范，采用合理的焊接顺序，改善焊件的应力状态。
四 讨论、分析焊缝检验的方式
焊缝检验方法: 1,外观检查.2,致密性试验和水压强度试验.3,焊缝射线照相.4,超声波探伤.5,磁力探伤.6,渗透探伤.关于返修规定:具体情况具体对待,总之要力争减少返修次数在厂房建设及设备安装中大量使用钢结构，钢结构的焊接质量十分重要，无损检测是保证钢结构焊接质量的重要方法。

无损检测的常规方法有直接用肉眼检查的宏观检验和用射线照相探伤、超声波探伤、磁粉探伤、渗透探伤、涡流探伤等仪器检测。肉眼宏观检测可以不使用任何仪器和设备，但肉眼不能穿透工件来检查工件内部缺陷，而射线照相等方法则可以通过各种各样的仪器或设备来进行检测，既可以检查肉眼不能检查的工件内部缺陷，也可以大大提高检测的准确性和可靠性。至于用什么方法来进行无损检测，这需根据工件的情况和检测的目的来确定。
由于我们要进行的是对石油管道焊缝的检验，根据对管道的用途，产品材料，工作环境，使用寿命，经济性等因素的考虑，因此，下面要具体分析哪些检验方法适合对该产品的检验：
1 超声波探伤
那么什么又叫超声波呢？声波频率超过人耳听觉，频率比20千赫兹高的声波叫超声波。用于探伤的超声波，频率为0.4-25兆赫兹，其中用得最多的是1-5兆赫兹。利用声音来检测物体的好坏，这种方法早已被人们所采用。例如，用手拍拍西瓜听听是否熟了；医生敲敲病人的胸部，检验内脏是否正常；用手敲敲瓷碗，看看瓷碗是否坏了等等。但这些依靠人的听觉来判断声响的检测法，比声响法要客观和准确，而且也比较容易作出定量的表示。由于超声波探伤具有探测距离大，探伤装置体积小，重量轻，便于携带到现场探伤，检测速度快，而且探伤中只消耗耦合剂和磨损探头，总的检测费用较低等特点，目前建筑业市场，管道架设等主要采用此种方法进行检测。因此，此种方法还是比较适合石油管道焊缝的探伤操作的。
2 水压实验
水压试验适用于检验焊缝的致密性和强度，其试验方法有两种：一种是用于开口容器的致密性试验，在常压下用水将容器灌满或部分灌水，不附加压力，检验焊缝的致密性；另一种是用水将容器灌满，并封闭容器上所有孔，用水泵把容器内的水压提高进行强度试验，通常试验压力为工作压力的倍，并在此压力下持续一段时间，然后把压力降至容器的工作压力，进行致密试验。用小锤距焊缝 处，沿焊缝方向轻轻敲
击，若发现焊缝上有水滴或细水纹出现，则说明焊缝不致密。
由于水压实验具有一定的局限性，它只能检测细小的裂纹等，适合一些强度要求比较底的产品，满足不了像石油管道这种高强度，在现役中承担很大责任的设施
3 气压实验
气压试验是将压缩空气通入密闭容器内，在焊缝表面涂抹肥皂水，当焊缝有穿透性缺陷时，容器内的气体就会从这些缺陷中逸出，使肥皂水起泡，此处即为缺陷所在。在气压试验中还有一种氨气试验，该试验方法是向密闭容器中通入含有10%氨的气体，在容器外壁焊缝处贴上一条比焊缝略宽的硝酸汞溶液试纸，如果容器焊缝某处有泄漏，则该处试
纸中硝酸汞溶液与氨发生化学反应呈现黑色斑点，以显示该处有穿透性缺陷。气压试验通常用于一些管子或小型受压容器检验。气压实验它只能检测焊缝中一些穿透性的缺陷，对于材料内部的隐形缺陷还是受限，因此也不适合石油管道的检测

4 煤油实验
煤油试验是在焊缝的一面涂抹上白垩粉水溶液，在焊缝的另一面涂煤油，若焊缝中存在细微的裂纹或穿透性气孔等缺陷，煤油会渗过缝隙在白垩粉上形成明显的油斑，从而确定焊缝缺陷的位置。
试验时，为了能正确地确定缺陷的大小和位置，应在涂煤油后立即观察，当出现油斑时，要及时标出缺陷区，否则随着时间的延长油斑扩大，造成判断误差加大。如果经过5min仍未发现油斑点，则焊缝致密性为合格。煤油试验用于常压容器的致密性试验。和水压、气压雷同，因此不可取
5射线探伤
是利用射线穿透物体来发现物体内部缺陷的探伤方法。 射线能使胶片感光或激发某些材料发出荧光。射线在穿透物体过程中按一定的规律衰减，利用衰减程度与射线感光或激发荧光的关系可检查物体内部的缺陷。
　　射线探伤分为X射线探伤、γ射线探伤、高能射线探伤和中子射线探伤。

射线对人体是有害的。探伤作业时，应遵守有关安全操作规程，应采取必要的防护措施。 X射线探伤装置的工作电压高达数万伏乃至数十万伏，作业时应注意高压的危险。 射线探伤（x、γ）方法（RT）
　 工业上常见的无损检测的方法之一。指使用电磁波对金属工件进行检测，同X线透视类似。射线穿过材料到达底片，会使底片均匀感光；如果遇到裂缝、洞孔以及气泡和夹渣等缺陷，将会在底片上显示出暗影区来。这种方法能检测出缺陷的大小和形状，还能测定材料的厚度。
　　x射线是由x射线管加高压电激发而成，可以通过所加电压，电流来调节x射线的强度。
　　γ射线是由放射性元素激发，强度不能调节，只随时间成指数倍减小。
射线探伤要用放射源发出射线，对人的伤害极大，操作不慎会导致人员受到辐射，患白血病的概率增加。操作人员应穿好防护服，并注意放射源的妥善保存。
根据资料，石油管道的检验是符合中华人民共和国国家标准GB50235-97《工业金属管道工程施工及验收规范》规定的。因此，该检验方法是符合要求的。
6 磁粉探伤
磁粉监测的基础是缺陷处漏磁场与磁粉的磁相互作用，即铁磁性材料或工件磁化后，在表面和近表面如有不连续性存在，咋、则在不连续性处磁力线离开工件和进入工件表面的漏磁场，它吸附施加工件表面的磁粉，形成在合适光照下目视可见的磁痕，从而显示出来不连续的位置、形状和大小。
磁粉检测适用于检测铁磁性材料表面和近表面的缺陷，因此对于奥氏体不锈钢，钛和钛合金、铝和铝合金、铜等非磁性材料不能用磁粉检测。由于马氏体不锈钢、沉淀硬化不锈钢具有磁性，因此可以进行磁粉检测。
磁粉检测可以发现裂纹、夹杂、气孔、未熔合、未焊透等缺陷，但难以发现表面浅而宽的凹坑、埋藏较深的缺陷以及与工件表面夹角极小的分层。由于石油管道的壁厚较厚，磁粉探伤不能检测到较深的缺陷，因此不可取。

根据前文的讨论分析，超声波探伤和射线探伤在石油管道检验中是比较科学合理的，下面重点对这两种探伤方法的过程进行详细的介绍

五 焊缝检验过程
1超声波探伤