GQ80罐體對接接頭無損檢測要求分析

余小清+王建紅

摘要： 針對GQ80型鐵路罐車的產(chǎn)品特點和介質(zhì)特性，論述了GQ80罐體對接接頭無損檢測的必要性。闡明選擇射線檢測方法、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為JB/T 4730.2—2005規(guī)定的Ⅲ級、檢測比例不少于10%的理由，為鐵路罐車制造企業(yè)對罐體實施射線檢測提供了科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞： 罐體；對接接頭；無損檢測

中圖分類號： TG422

Abstract： Based on the characteristics and dielectric properties GQ80 type rail tankers， the necessity of GQ80 tank butt joints NDT was discussed. The reasons why the selection ray detection methods， quality standards Ⅲ grade JB / T 4730.2-2005 prescribed on the grounds，the detection rate not less than 10% for railway tank car manufacturers were clarified.

Key words： tanker； butt joint； NDT

0 前言

GQ80為西安軌道交通裝備公司研發(fā)的80噸級鐵路罐車，罐車為無底架結(jié)構(gòu)。罐體主要由封頭、圓錐筒體（錐筒）、圓柱筒體（直筒）三部分組成。筒體中部為直筒，兩端為封頭，錐筒連接直筒和封頭。直筒壁厚上部8 mm下部10 mm，材質(zhì)為Q450NQR1。圓錐筒體壁厚10 mm，材質(zhì)為Q450NQR1。封頭壁厚10 mm，材質(zhì)為Q345R。罐車裝載的輕油介質(zhì)易燃，屬于鐵路危險貨物。為了保證GQ80罐車質(zhì)量，筆者建議對罐體對接接頭進行無損檢測。

1 GQ80罐體對接接頭無損檢測的必要性

鐵路罐車作為鐵路危險貨物的主要運輸工具，在國家安全和環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)日益提高的情況下，罐體對接接頭需要無損檢測。

1.1 保證產(chǎn)品質(zhì)量，保障行車安全

GQ80型罐車為無底架結(jié)構(gòu)，罐體在運行過程中受到列車牽引力、路軌通過轉(zhuǎn)向架傳遞給罐體的垂直、橫向動作用力和沖擊震動等復(fù)雜動力作用。罐體焊接缺陷在列車運行過程中可能出現(xiàn)擴展，在提速重載條件下可能性更大，從而出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量事故。目前，對西安軌道裝備公司以外的其他鐵路罐車制造企業(yè)，罐體焊縫質(zhì)量檢測主要手段為目視檢查和水壓試驗。而目視檢查和水壓試驗難以發(fā)現(xiàn)罐體焊縫內(nèi)部裂紋、未焊透、夾渣、氣孔等危害性缺陷，不能滿足提速重載對罐車質(zhì)量的要求。罐體對接接頭經(jīng)過無損檢測后，危害性缺陷得以消除，從而達(dá)到保證產(chǎn)品質(zhì)量的目的。

1.2 保護生態(tài)環(huán)境，保證運輸安全

鐵路罐車裝載的是油品、酸、堿、醇、苯類等化工介質(zhì)，大部分屬于危險貨物，一旦發(fā)生泄漏，不僅影響了行車安全和用戶對罐車的使用，油品介質(zhì)還容易引起火災(zāi)[1]。此外，罐體介質(zhì)泄漏后，運行中的罐車還會對鐵路沿線產(chǎn)生大范圍污染。60噸及70噸級鐵路罐車在運行過程中，多次出現(xiàn)過罐體焊縫滲漏現(xiàn)象，經(jīng)過分析，罐體滲漏基本都是由于罐車制造時的焊接缺陷引起的。如2005年4月4～28日，全路就發(fā)生4起鐵路罐車泄漏事故，其中2起原因為罐體虛焊[2]。

隨著國家對安全及環(huán)保要求的提高，一些路外用戶難以承擔(dān)罐體泄漏產(chǎn)生的安全和環(huán)保風(fēng)險，開始要求對本企業(yè)購置的鐵路罐車罐體對接接頭作射線檢測。通過無損檢測，能大幅度降低罐車泄漏概率。

1.3 改進制造工藝，防止批量質(zhì)量問題

鐵路罐車如果沒有無損檢測，罐車制造企業(yè)就難以發(fā)現(xiàn)罐車罐體焊縫內(nèi)部存在的缺陷隱患，就難以對存在的問題進行糾正，罐車可能存在批量危害性焊接缺陷。無損檢測把缺陷檢測出來后，工藝人員可以根據(jù)無損檢測發(fā)現(xiàn)缺陷的位置、性質(zhì)、大小等資料，針對性地改進焊接工藝。通過定期監(jiān)測焊接質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)問題隨時處理，可以防止危害性焊接缺陷批量發(fā)生[3]。

2 罐體對接接頭無損檢測方法

罐體對接接頭的主要缺陷為未焊透、氣孔、夾渣，絕大部分位于焊縫內(nèi)部，檢測范圍為焊縫及兩側(cè)各5 mm熱影響區(qū)，可以選擇的無損檢測方法有超聲檢測和射線檢測。

2.1 射線檢測優(yōu)缺點

罐體對接接頭射線檢測的優(yōu)點是：缺陷定性、定量準(zhǔn)確；體積型缺陷（未焊透、氣孔、夾渣類缺陷）檢出率高；適合檢測厚度較薄的工件；檢測結(jié)果直觀、全面、可靠性高。射線檢測的缺點是：不適合檢測厚工件；薄板接頭面積型缺陷（裂紋、未熔合）檢出率與超聲檢測相當(dāng)；檢測成本高、速度慢，需要采取適當(dāng)?shù)纳渚€防護措施。

2.2 超聲檢測的優(yōu)缺點

罐體對接接頭采用超聲檢測的主要優(yōu)點是：檢測成本低；檢測速度快；現(xiàn)場檢測比較方便。采用超聲檢測的缺點有：不適合檢測較薄的焊接接頭；體積型缺陷（氣孔、夾渣、未焊透）檢出率較低；缺陷定性困難，定量精度不高；檢測結(jié)果無直接見證記錄；檢測可靠性受探傷人員個人影響較大。

焊縫超聲檢測主要有A型脈沖反射式超聲檢測、相控陣超聲檢測和衍射時差法超聲檢測三種方法。美國材料試驗學(xué)會公布的ASTM E2700—09《焊縫接觸式超聲相控陣檢測方法》適用的厚度范圍為9≤T≤200 mm[4] ，JB/T 4730.10—2010《衍射時差法超聲檢測》的適用厚度范圍為12 mm≤T≤400 mm[5]。GQ80罐體板厚T在8～10 mm之間，超出了相控陣和TOFD標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍，不宜采用相控陣或TOFD超聲檢測。A型脈沖反射式超聲檢測使用最為廣泛，但GQ80罐體的兩個結(jié)構(gòu)特點也不適合脈沖反射式超聲檢測。

2.2.1 封頭直邊段長度

焊縫一次反射波法超聲檢測時，探頭的移動長度L應(yīng)滿足：

L≥2.5KT=2.5×3×10=75 mm

式中：K為探頭K值；T為母材板厚，焊縫兩側(cè)板厚不等時取薄板側(cè)厚度值。

根據(jù)產(chǎn)品圖紙，封頭直邊段長度為40 mm，小于超聲檢測必須的75 mm。當(dāng)探頭在封頭側(cè)掃查封頭端環(huán)縫時，封頭直邊長度滿足不了單面雙側(cè)掃查對探頭移動距離要求。

2.2.2 焊縫寬度

根據(jù)GQ80圖紙，罐體對接焊縫寬度為16～23 mm，如圖1所示。

為保證檢測到對接接頭整個截面，超聲探頭的K值必須滿足下式：

K≥（a+b+l0）/T=3.5

式中：a為上焊縫寬度的一半；b為下焊縫寬度的一半；l0為探頭的前沿長度；T為母材厚度。

但GB/T 11345，JB/T 4730.2，TB/T 1558.2等焊接接頭超聲檢測標(biāo)準(zhǔn)均要求探頭折射角在35°至70°之間，允許的最大K值為3，導(dǎo)致T=8 mm這部分罐體焊縫，即使選取K=3的探頭，仍有部分焊接接頭聲束掃查不到，會導(dǎo)致缺陷漏檢。

2.3 鐵路罐車罐體對接接頭檢測方法的選擇

因為罐體板厚較薄、封頭直邊段長度、焊縫寬度三個因素，8～10 mm鐵路罐車不宜采用超聲檢測。且各罐車制造企業(yè)普遍采用的A型脈沖反射式超聲檢測可靠性低，對缺陷定性困難，難以對焊接工藝改進提供足夠的資料。

基于超聲檢測和射線檢測的優(yōu)缺點，北美鐵路協(xié)會《罐車規(guī)范》AAR、國內(nèi)液體危險貨物汽車罐車、液體危險貨物罐式集裝箱、液化氣體鐵路罐車在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定對罐體對接接頭采用射線檢測，如表1所示。AAR M-1002《罐車規(guī)范》附錄T《無損檢測》規(guī)定的射線檢測方法包括膠片法射線照相、實時成像檢測及計算機射線照相檢測三種方法[7]。GQ80罐體壁厚8～10 mm，適宜采用射線檢測。

3 罐體對接接頭射線檢測的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

3.1 GQ80罐體對接接頭缺陷允許限度

罐體在列車運行過程中為受力部件，罐體裝載為危險貨物介質(zhì)，罐體對接接頭為全焊透結(jié)構(gòu)，對接接頭不允許裂紋、未熔合、未焊透類缺陷。焊接過程中會不可避免產(chǎn)生氣孔、夾渣類缺陷，對這類缺陷需要規(guī)定一個容許限度。GQ80罐車壁厚8～10 mm，主要風(fēng)險為介質(zhì)泄漏，氣孔是引起泄漏的主要原因之一，因此不允許直徑大于4 mm氣孔。另外，條形夾渣在罐車使用過程中可能擴展，長度8 mm以上的條形缺陷擴展可能性更大，也不允許存在。

3.2 國內(nèi)外同類產(chǎn)品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

（1）北美鐵路罐車射線檢測質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。AAR標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定罐體下列缺陷的焊縫視為不合格：任何形式的裂紋、未熔合或未焊透；單個氣孔直徑大于0.3T（T為罐體板厚）；單個條形夾渣的長度大于1/4 in（6.35 mm）。

（2）液體危險貨物罐式集裝箱及汽車罐車射線檢測質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。GB 18564.1—2006及JB/T 4782—2007規(guī)定對罐體對接接頭射線檢測按照J(rèn)B/T 4730.2—2005執(zhí)行，合格級別不低于JB/T 4730.2—2005規(guī)定的Ⅲ級。

（3）移動式壓力容器（鐵路罐車、汽車罐車、罐式集裝箱）射線檢測質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。TSG R005—2011《移動式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定：罐體100%射線檢測的，合格級別不低于JB/T 4730.2規(guī)定的Ⅱ級；罐體局部（≥20%）射線檢測的，合格級別不低于JB/T 4730.2—2005規(guī)定的Ⅲ級。

3.3 GQ80罐體對接接頭射線檢測質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

經(jīng)過比較，西安軌道裝備公司對GQ80罐體射線檢測的質(zhì)量要求與相同板厚的液體危險貨物汽車罐車、罐式集裝箱罐體對接接頭射線檢測質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)JB/T 4730.2—2005非常接近，均為：不允許裂紋、未熔合或未焊透；單個氣孔直徑不允許大于4 mm；單個條形夾渣的長度不大于6～8 mm。

JB/T 4730.2—2005為GQ80鐵路罐車制造企業(yè)便于實施的射線檢測標(biāo)準(zhǔn)。西安軌道裝備公司及齊車集團大連分公司現(xiàn)有條件可以按照J(rèn)B/T 4730.2—2005射線檢測，其他8個沒有鐵路罐車射線檢測資源的GQ80制造企業(yè)一般委托無損檢測公司、特檢院或容器制造企業(yè)檢測，這些檢測單位熟悉JB/T 4730.2—2005標(biāo)準(zhǔn)，像質(zhì)計等探傷器材也按照J(rèn)B/T 4730.2—2005配備。從節(jié)約射線檢測成本考慮，對接接頭質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)可采用JB/T 4730.2—2005規(guī)定的Ⅲ級。

4 罐體對接接頭射線檢測比例

4.1 罐體對接接頭質(zhì)量等級

罐體對接接頭設(shè)計的質(zhì)量等級為EN15085—5：2007《鐵道車輛及其部件的焊接》規(guī)定的CPC1，相應(yīng)的焊縫檢驗等級為CT2，即射線檢測最低比例為：每個罐體焊縫10%長度，或者100%射線檢測每10個罐體中的1個罐體。

4.2 鐵路罐車制造企業(yè)射線檢測能力

目前，除了西安軌道裝備公司建有2個鐵路罐車專用射線探傷室外，齊車集團大連分公司具備罐式集裝箱射線檢測資源，也可以對鐵路罐車實施射線檢測。其他鐵路罐車制造企業(yè)均沒有罐車用探傷室，也沒有罐體射線檢測設(shè)備、人員。其他鐵路罐車制造企業(yè)要對罐體對接接頭進行射線檢測，只能委托第三方（無損檢測專業(yè)公司、各地特檢院、容器制造企業(yè)等）進行射線檢測。如2014年5月包頭北方創(chuàng)業(yè)公司為江西銅業(yè)公司生產(chǎn)的GS70型硫酸罐車，就是委托當(dāng)?shù)靥貦z院進行射線檢測；2013年濟南軌道裝備公司為法國生產(chǎn)的鐵路罐車，委托無損檢測公司進行射線檢測。采用數(shù)字射線檢測1班只能射線檢測1個罐體，沒有罐車射線探傷室的企業(yè)一個臺位1天最多射線照相檢測1個罐體，而各鐵路罐車企業(yè)制造能力為2～12輛/天。

4.3 其他同類產(chǎn)品射線檢測的比例

（1）AAR鐵路罐車檢測比例。壓力罐車應(yīng)對罐體進行100%的射線探傷；非壓力罐車在生產(chǎn)工藝穩(wěn)定的前提下，僅對罐體丁字接頭射線檢測。

（2）液體危險貨物公路罐車、罐式集裝箱檢測比例。GB18564.1—2006及JB/T 4782—2007規(guī)定射線檢測比例不少于每條對接接頭的10%。射線檢測發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷時，應(yīng)在該缺陷兩端的延伸部位增加檢測長度，增加的長度不應(yīng)小于該條對接接頭長度額10%。若仍有超標(biāo)缺陷，則對該對接接頭做100%射線檢測。

4.4 GQ80射線檢測比例

綜合罐車罐體對接接頭質(zhì)量等級、鐵路罐車制造企業(yè)射線檢測能力及其他液體危險貨物罐式運輸工具射線檢測比例，批量制造的GQ80罐車射線檢測比例定為不少于罐車數(shù)量的10%。射線檢測抽查發(fā)現(xiàn)缺陷后，對焊接工藝進行改進，可以避免批量危害性缺陷的罐車存在，通過工藝措施保證鐵路罐車對接接頭質(zhì)量。

5 結(jié)論

GQ80型鐵路罐車罐體對接接頭需要進行射線檢測，檢測比例不少于10%，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不低于JB/T 4730.2—2005規(guī)定的Ⅲ級。在各鐵路罐車制造企業(yè)具備射線檢測能力后，逐步對其他80噸級、70噸級新造危險貨物鐵路罐車進行射線檢測。目前，可對GQ80罐體對接接頭無損檢測作如下規(guī)定：

（1）每批生產(chǎn)的第一輛罐車須進行射線檢測。對于批量生產(chǎn)的罐車，在生產(chǎn)工藝穩(wěn)定的條件下，每10輛至少抽查1輛進行射線檢測。

（2）凡要求檢測的罐體，應(yīng)對罐體所有對接接頭進行射線檢測。

（3）射線檢測按照J(rèn)B/T 4730.2—2005的規(guī)定執(zhí)行，射線檢測技術(shù)等級不低于AB級，合格級別不低于Ⅲ級。

通過目視檢查、水壓試驗、射線檢測、工藝改進等多種途徑來保證GQ80罐體對接接頭質(zhì)量，可有效減少罐體泄漏事故，大幅度降低罐車安全質(zhì)量風(fēng)險，保障鐵路運輸安全。

參考文獻(xiàn)

[1] 海 濤，何宇強，張星臣.我國鐵路危險貨物運輸安全管理及防護對策[J].中國安全科學(xué)學(xué)報，2005，15（8）：21-23.

[2] 李秀娥，楊月芳. 鐵路危險貨物自備罐車安全管理的探討[J].鐵道貨運，2007（3）：36-39.

[3] 姚 建.淺談危險貨物罐車產(chǎn)品的安全質(zhì)量保證[J]. 技術(shù)與產(chǎn)品，2011（10）：15-18.

[4] 李 衍. 焊縫相控陣檢測-最新國際標(biāo)準(zhǔn)介紹[J]. 無損探傷，2012（8）：8-12.

[5] 全國鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化委員會. JB4730.10.衍射時差法超聲檢測[S]. 北京：新華出版社，2010.

[6] 北美鐵路協(xié)會. AAR M-1002罐車規(guī)范[S].華盛頓：北美鐵路協(xié)會，2010.