工業(yè)管道未焊透定級(jí)的思考

摘要：壓力管道是采用特定的壓力，用于輸送液體、氣體的管狀設(shè)備，由管子、管件、法蘭、螺栓連接、墊片、閥門、其他組成件。其內(nèi)部輸送的介質(zhì)是“氣體、液化氣體和蒸汽”或“可能引起燃爆、中毒或腐蝕的液體”物質(zhì)，危險(xiǎn)性比較大。文章探討了壓力管道中工業(yè)管道焊縫內(nèi)部未焊透在工業(yè)管道全面檢驗(yàn)中的定級(jí)，分析了存在的問題及其發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：工業(yè)管道；未焊透；定級(jí)；壓力管道；液體輸送；氣體輸送 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TH49 文章編號(hào)：1009-2374（2017）11-0133-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.11.068

壓力管道的完整性直接關(guān)系到生產(chǎn)的安全，一旦發(fā)生泄漏或爆炸，往往導(dǎo)致較為嚴(yán)重的后果。為保障其安全運(yùn)行，采用適當(dāng)?shù)姆椒▽?duì)其進(jìn)行定期的檢測(cè)是十分有必要的。在壓力管道制造或使用過程中普遍存在著大量缺陷，由于目前壓力管道的連接多采用焊接方式，對(duì)接焊縫處往往是管道的薄弱環(huán)節(jié)，容易產(chǎn)生各種缺陷和損傷，其中尤以未焊透缺陷最為普遍，嚴(yán)重威脅著壓力管道的安全使用。因此，如何檢測(cè)含未焊透缺陷的壓力管道的安全問題一直是學(xué)術(shù)界和工程界研究的熱點(diǎn)。為了準(zhǔn)確評(píng)價(jià)壓力管道的預(yù)期壽命和安全性，必須對(duì)未焊透缺陷的深度做出準(zhǔn)確測(cè)量，在此基礎(chǔ)上才能進(jìn)一步進(jìn)行應(yīng)力校核以及斷裂力學(xué)估算等，進(jìn)而對(duì)管道的安全性給出評(píng)價(jià)。

1 壓力管道、工業(yè)管道、全面檢驗(yàn)概念

壓力管道是一種采用特定的壓力，用于輸送氣體、液體的管狀設(shè)備，其范圍規(guī)定為最高工作壓力大于或者等于0.1MPa（表壓），介質(zhì)為氣體、液化氣體、蒸汽或者可燃、易爆、有毒、有腐蝕性、最高工作溫度高于或者等于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體，且公稱直徑大于或者等于50mm的管道。公稱直徑小于150mm，且其最高工作壓力小于1.6MPa（表壓）的輸送無毒、不可燃、無腐蝕性氣體的管道和設(shè)備本體所屬管道除外。

工業(yè)管道是指企業(yè)、事業(yè)單位所屬的用于輸送工藝介質(zhì)的工藝管道、公用事業(yè)管道等輔助管道，劃分為GCl級(jí)、GC2級(jí)、GC3級(jí)。

全面檢驗(yàn)是在工業(yè)管道關(guān)閉期間進(jìn)行更為全面的檢驗(yàn)，一般都是在一定檢驗(yàn)周期內(nèi)進(jìn)行。安全狀況等級(jí)在1級(jí)和2級(jí)的在用工業(yè)管道的檢驗(yàn)周期一般不超過6年；安全狀況等級(jí)為3級(jí)的在用工業(yè)管道的檢驗(yàn)周期一般不超過3年。管道檢驗(yàn)周期可根據(jù)以下情況做出適當(dāng)調(diào)整。

2 未焊透定級(jí)

管子的材料為20鋼、16Mn或奧氏體不銹鋼時(shí)，未焊透按局部減薄定級(jí)。

表中：D為缺陷附近管道外徑實(shí)測(cè)最大值，mm，以下同；t為缺陷附近壁厚的實(shí)測(cè)最小值減去至下一檢驗(yàn)周期的腐蝕量的2倍，mm，以下同；B為缺陷環(huán)向長(zhǎng)度實(shí)測(cè)最大值，mm；P為管道最大工作壓力，MPa，以下同；PL0管道極限內(nèi)壓，，以下同；為管

道材料的屈服強(qiáng)度，MPa，以下同；C為至下一檢驗(yàn)周期局部減薄深度擴(kuò)展量的估計(jì)值，mm，以下同。

從以上可以得出未焊透的深度轉(zhuǎn)化為壓力管道減薄量來對(duì)待按表1的具體數(shù)值來處理，并最終下結(jié)論該工業(yè)管道的安全狀況等級(jí)（從未焊透角度）。

3 未焊透測(cè)量

在JB/T4730-2005標(biāo)準(zhǔn)中，測(cè)未焊透的深度是利用中間刻槽形成階梯試塊，在底片上形成黑度差來對(duì)比得出工業(yè)管道的安全狀況等級(jí)，實(shí)際操作中存在一些問題，試塊與被射線檢測(cè)的部位貼合不是很好，除切點(diǎn)部位相對(duì)準(zhǔn)確，兩端誤差大，操作時(shí)也很難固定在被檢焊縫上。

在NB/T47013-2015標(biāo)準(zhǔn)中，測(cè)未焊透的深度是利用與被測(cè)壓力管道曲率相近的金屬管道相隔120度切三塊再刻槽形成弧形階梯試塊來測(cè)未焊透的深度，相對(duì)JB/T4730-2005試塊解決了實(shí)際操作時(shí)貼合的問題和減少了總體誤差。

實(shí)際射線照相對(duì)比度公式：

式中：為射線照相對(duì)比度；為膠片的梯度（膠片對(duì)比度）；為線減弱系數(shù)；為缺陷在射線穿透方向上的厚度；為散射比。

實(shí)際的檢測(cè)工作中用NB/T47013-2015弧形階梯試塊來測(cè)未焊透的深度，其中散射比未給出相關(guān)的測(cè)試結(jié)果，表示其影響在可接受范圍，故本文不做論述，也作為可接受項(xiàng)。

以上膠片的梯度影響因素分析，因?yàn)槿毕?、焊縫、管子母材經(jīng)過射線透照后都在同一底片上，所以膠片對(duì)比度一致。

而對(duì)于線減弱系數(shù)來說，對(duì)比試塊的材質(zhì)與被檢測(cè)的工件的材質(zhì)一致其線減弱系數(shù)相同，只需保證對(duì)比試塊的材質(zhì)與被檢測(cè)的工件材質(zhì)一致即可。

而言，射線透照方向上的厚度差與由于該厚度引起的對(duì)比度差成正比，即在底片上的直觀表現(xiàn)為黑度差。

所以得出結(jié)論，由于未焊透的存在引起射線透照方向上的厚度差，從而導(dǎo)致底片上的對(duì)比度差。因此在底片上測(cè)量出黑度差，就可以得到實(shí)際上焊縫中的未焊透深度，從而代入表1得出數(shù)值，得到工業(yè)管道的安全狀況等級(jí)，正確評(píng)判工業(yè)管道的安全狀況?？蓡栴}是黑度差為多少等于厚度1mm？NB/T47013-2015中的做法是用對(duì)比試塊，做出已知道厚度差的試塊，在底片上產(chǎn)生相應(yīng)的黑度差，同一底片上測(cè)出缺陷引起的黑度差，利用等比公式算出缺陷高度，這種方法當(dāng)然可行，已經(jīng)在JB/T4730-2005、NB/T47013-2015標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。可本文想探討的是不用這個(gè)試塊，不用這個(gè)基準(zhǔn)厚度來標(biāo)的缺陷深度。

標(biāo)度都沒有，從何來談測(cè)量？初看是這樣，但細(xì)一想?yún)s也并非如此悲觀。

在有余高的焊縫上有以下分析：

小徑管橢圓成像傾斜透照的示意圖如上所示，一般情況下NB/T47013-2015要求上下影像開口寬度為一倍的焊縫寬度，上下焊縫不重疊，所以可以轉(zhuǎn)化為如圖2所示：

即只考慮單面的情況，下部焊縫情況類似。傾斜透照時(shí)，上部焊縫影像在底片上重疊在同一管子上（此處沒有焊縫），同一管子上沒有引起厚度差，不影響底片黑度差，不影響結(jié)果，故此處不用考慮。

此時(shí)影響黑度差的是焊縫余高，若能測(cè)得焊縫余高的高度，又可以通過黑度計(jì)測(cè)得由此引起的黑度差和缺陷引起的黑度差，則由如下公式可得未焊透深度：

焊縫余高的高度可由焊縫檢測(cè)尺測(cè)得，從而測(cè)得其他相關(guān)數(shù)值，經(jīng)過計(jì)算得到焊縫未焊透深度。

在取基準(zhǔn)測(cè)焊縫余高時(shí)，余高測(cè)點(diǎn)的選取對(duì)結(jié)果的影響很大，首先要選取射線透照方向上中心線的焊縫余高，其次采取多點(diǎn)取平均的方法。如果采用與被測(cè)材料一致的已知厚度磁化的鐵塊吸在焊縫旁，則可解決此問題。

在底片上測(cè)由焊縫余高引起的黑度時(shí)，選擇測(cè)點(diǎn)也很重要，難點(diǎn)在于找黑度最值，此處也應(yīng)采用多點(diǎn)取平均的方法。

由測(cè)余高的方法，算出未焊透深度可行，但存在誤差，影響結(jié)果的因素多。

4 未來趨勢(shì)

DR系統(tǒng)（即直接數(shù)字化X射線攝影系統(tǒng)）的出現(xiàn)使得通過此方法提高精度成為可能。DR系統(tǒng)由電子暗盒、掃描控制器、系統(tǒng)控制器、視頻監(jiān)視器等組成，直接將X射線光子通過電子暗盒轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像，廣義上是一種直接數(shù)字化X線攝影。由于采用數(shù)字技術(shù)，動(dòng)態(tài)范圍廣泛，有著廣泛的曝光公差，從而允許照相在技術(shù)上出現(xiàn)誤差，即使在某些曝光條件不好控制的部位，也能獲得較好的圖像；可根據(jù)需要對(duì)各種圖像進(jìn)行后處理，如圖像濾波、圖像拼接、距離、面積、密度測(cè)量等，功能豐富，為影像中的詳細(xì)觀察、成像前后比較、定量分析提供技術(shù)支持。

在DR系統(tǒng)中，測(cè)焊縫余高的黑度和未焊透的黑度最值，電腦很容易找到，不容易出現(xiàn)操作誤差，直接通過計(jì)算機(jī)采集的數(shù)值做前后對(duì)比、定量分析可以得出未焊透的深度值。

參考文獻(xiàn)

[1] 宋崇民，李玉.鍋爐壓力容器無損檢測(cè)教材Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)培訓(xùn)教材：射線檢測(cè)[M].鄭州：黃河水利出版社，2000.

[2] 承壓設(shè)備無損檢測(cè)（NB/T 47013-2015）[S].

作者簡(jiǎn)介：張金穎，男，江西萬載人，供職于宜春市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)中心，研究方向：無損檢測(cè)、承壓類特種設(shè)備檢驗(yàn)。

（責(zé)任編輯：蔣建華）