管道焊口熔銅裂紋PAUT檢測圖譜特性和磨開驗證分析

林三福

（中國船級社質(zhì)量認證有限公司福建分公司，福建 廈門 361000）

1 焊接材料

長輸管道采用組合自動焊，保證焊縫的力學性能參數(shù)與管體母材相匹配，采用不同的焊接方式時應選用不同的焊接材料，同時應根據(jù)使用的管材的各個力學強度指標來進行焊材匹配選擇。所選用焊接材料必須經(jīng)過焊接工藝評定試驗合格后才能使用。本文案例采用焊接型式：STT 根焊+外焊機自動焊填充蓋面，打底焊標準：GB/T8110G49A、AWS A5.18ER70C；氬弧焊根焊+外焊機自動焊填充蓋面，打底焊標準：GB/T39280 W49A、AWS A5.18ER70S。

2 管道焊接一般要求

管道焊接施工之前，應根據(jù)焊接工藝試驗、焊接工藝評定的情況，制定現(xiàn)場對口焊接、焊接所產(chǎn)生缺陷修補的焊接工藝規(guī)程[1-2]。

其一，所有施焊的焊工必須取得相應部門頒發(fā)的資格證書，焊工須經(jīng)上崗考試合格后方能進行焊接施工。施工前應對鋼管、彎管進行外觀和主要尺寸檢查。

其二，施工中應合理安排施工工序和優(yōu)化施工組織，盡量減少連頭數(shù)量。管線連頭口的焊縫不應強力組對，應盡可能預留在地形較好的直管段上。連頭焊口位置應按規(guī)定設置，不得設在熱煨彎管、冷彎彎管、不等壁厚焊縫處。固定連頭的位置，尤其是轉(zhuǎn)角彎、穿越出土點等位置，宜延伸至地勢平坦的直管段處。

其三，管線現(xiàn)場施工的布管、焊接過程中保證分界焊縫位置在直管段處，并盡量減少現(xiàn)場割管。焊管之間對接焊時，制管焊縫應錯開且間距不宜小于100mm。管口組對過程中應使用對口器，管口組對的坡口型式應符合焊接工藝規(guī)程的規(guī)定。

其四，當焊接工藝規(guī)程規(guī)定焊接過程中有預熱要求時，應根據(jù)相應規(guī)定的溫度進行焊接前預熱。當焊接兩種具有不同預熱要求的材料時，應以預熱溫度要求較高的材料為基準。應保證預熱寬度應大于坡口兩側(cè)各50mm。

其五，施焊過程中，引弧位置不得選擇在坡口以外的管壁上。根據(jù)焊接工藝規(guī)程的要求施焊時應采取必要的防風保護措施。焊縫需要后熱或焊后熱處理時，應按相應的焊接工藝規(guī)程對焊縫進行后熱或焊接后熱處理。

其六，接頭設計、工藝要求（包括焊接方向、電壓、電流、焊接速度等）、組對與焊接的程序及焊接其他要求應嚴格按照指定的焊接工藝規(guī)程的規(guī)定執(zhí)行。

其七，自動焊以外的焊接工藝，相同公稱壁厚對接鋼管的錯邊量應小于或等于壁厚的1/8，且連續(xù)50mm 長度范圍內(nèi)，局部最大焊縫應小于或等于3mm，錯邊應沿管口圓周方向均勻分布。

其八，焊接接地線應滿足施工規(guī)定，宜用卡具將地線與被焊管牢固接觸，不應產(chǎn)生電弧灼傷管道母材。焊接設備啟動前，應檢查儀器儀表的各項指標，并在正式焊接前，在試件上進行焊接工藝參數(shù)的調(diào)試。起弧點應保證在坡口以內(nèi)，不應在坡口以外的管表面。

其九，施焊時應保證滿足規(guī)定的各道間溫度達到規(guī)定的要求。焊接前的所有引弧點和接頭應做必要的修磨。前一焊道焊接工作全部完成后，方可開始下一焊道的焊接。

其十，焊接過程中若發(fā)現(xiàn)有偏吹、粘條、可見表面氣孔或其他不正?，F(xiàn)象時，應立即停止焊接，采用修磨方式對接頭進行修磨后，再繼續(xù)進行施焊。

其十一，為保證蓋面焊的良好成型，填充焊道時，應填充或修磨至距離管材的外表面1～2mm 處。必要時可根據(jù)填充的情況在立焊部位增加立填焊。蓋面焊縫為排焊的情況下，后續(xù)施行焊道至少宜覆蓋前一焊道1/3 寬。

其十二，焊接過程中發(fā)現(xiàn)的缺陷應立即進行清理修補。修補過程中應保證控制道間溫度滿足要求。

其十三，當上述的要求與焊接工藝規(guī)程規(guī)定的要求不一致時，按焊接工藝規(guī)程執(zhí)行。

3 組合自動焊環(huán)焊縫檢測檢測要求

為加強管道焊接質(zhì)量控制，提高焊接缺陷檢出率，確保工程本質(zhì)安全，對采用組合自動焊的所有對接環(huán)焊縫，均應進行DR 檢測和PAUT（含TOFD）檢測。各檢測方法按各自驗收的規(guī)范進行評判。

4 無損檢測發(fā)現(xiàn)的問題及驗證情況

4.1 實例1

4.1.1 工件尺寸：φ1016×17.5mm；焊接方法：組合自動焊，DR 檢測未發(fā)現(xiàn)缺欠；PAUT 檢測信息：定位651-662，長度11mm，埋深4.38mm，自身高度2.4mm，波幅高度15.4，結(jié)論疑似裂紋。

4.1.2 檢測圖譜中TOFD 顯示直通波下沉、缺陷波顯示為陡降式拋物線狀，PAUT 圖譜顯示雜亂、波幅不高、有多個波峰，有熔銅裂紋的可能，打磨驗證首先應將焊縫蓋面打磨與母材平齊。用PAUT 檢測若缺陷仍然在，排除焊縫外觀成型不良對PAUT 圖譜的影響。PAUT 圖譜顯示詳見圖1。

圖1 PAUT 圖譜顯示圖

4.1.3 磨開磁粉檢測驗證工藝

先進行外觀檢查是否存在橫向溝槽，若存在橫向溝槽，則先將橫向溝槽打磨平整后再次掃查，確認影像是否消失；若外觀與其他地方無明顯差別，打磨驗證。驗證注意事項如下[3]：

其一，現(xiàn)場重新對疑似缺陷定位位置進行PAUT檢測，確定缺陷的具體位置后在焊縫表面進行標記。其二，開始打磨，根據(jù)檢測結(jié)果埋深，前期打磨可以適當增加打磨量，接近疑似缺陷埋深上端點位置時，每次打磨時需要控制打磨清除的厚度。打磨時應注意打磨的寬度及長度，打磨過程中應避免打磨出凹坑，盡量打磨出平緩表面，以利于此處檢測時磁懸液的流動。其三，當打磨接近至疑似缺陷上端點時，每打磨一次均需要進行一次磁粉檢測。其四，對工件進行檢測前，必須采用磁粉標準試塊對磁粉檢測的綜合靈敏度進行核驗，使得靈敏度達到規(guī)范要求。其五，疑似熔銅裂紋走向一般為橫向，現(xiàn)場磁粉檢測時應注意磁化方向，盡量滿足磁力線與缺陷垂直。其六，每次磁粉檢測后應細致觀察并拍照，觀察過程中可以利用放大鏡等工具。

4.1.4 現(xiàn)場焊縫外觀、缺欠部位外觀雖不平整，經(jīng)探討不是檢測數(shù)據(jù)不合格的主要因素。

4.1.5 焊縫余高打磨平整后，未發(fā)現(xiàn)缺陷。打磨深度0.5mm 后，肉眼不可見裂紋，通過磁粉檢測發(fā)現(xiàn)簇狀裂紋，裂紋最長5mm，裂紋距離熔合線最近處3mm。打磨深度2.0mm 后磁粉檢測發(fā)現(xiàn)簇狀裂紋條數(shù)增加，裂紋最長7mm，裂紋距離熔合線最近處3mm，裂紋方向主要呈現(xiàn)橫向并具有一定的偏移角度。打磨至2.6mm 深后。再次通過磁粉檢測裂紋消失不見，裂紋打磨驗證完畢。詳見圖2。

圖2 磁粉檢測示意圖

4.1.6 打磨后對此次打磨驗證的裂紋產(chǎn)生原因進行現(xiàn)場分析討論，裂紋從形態(tài)上看是橫向裂紋，裂紋缺陷的自身高度為2.2mm，最大深度為2.6mm。參與驗證的各方對裂紋產(chǎn)生的原因進行分析，可能是由于焊接導電嘴接觸母材或與導電嘴接觸的飛濺進入母材，使母材局部熔銅，焊接擺動為橫向擺動，形成熔銅偏析條帶，裂紋缺陷分布與擺動方向一致。

4.2 實例2

4.2.1 工件尺寸：φ1016×17.5-21mm（ 變壁厚）；焊接方法：組合自動焊，DR 檢測未發(fā)現(xiàn)缺欠；PAUT 檢測信息：定位483-492，長度9mm，埋深2mm，波幅高度42.1，結(jié)論疑似裂紋。

4.2.2 檢測圖譜中TOFD 顯示直通波下沉、PA1和PA2 中A 掃信號呈簇狀、波幅不高、有多個波峰，有熔銅裂紋特征。

4.2.3 磨開滲透檢測驗證工藝

打磨驗證前首先精準定位，排除焊縫外觀成型不良對PAUT 圖譜的影響。驗證注意事項如下：

其一，工件受檢表面及其周圍30mm 范圍內(nèi)，應清除氧化皮、燭渣、飛濺、油脂、棉纖維、污物等異物。被檢工件表面的光潔度是影響顯示檢測靈敏度的重要因素，當其對顯檢測靈敏度有影響時，必須進行砂輪及砂紙打磨或拋光處理。其二，工件表面必須干燥后才可施加滲透劑，可用浸沾、刷涂、噴射（噴罐）等方法施加滲透劑，受檢表面保持浸濕狀態(tài)下的滲透時間因氣候及環(huán)境不同而調(diào)節(jié)，一般10～15min。其三，用清洗劑除去工件表面多余的滲透劑，禁止在工件表面噴涂大量清洗劑，以防將滲入工件缺陷中的滲透劑清洗掉。其四，對工件進行檢測前，必須采用滲透標準試塊對滲透檢測的綜合靈敏度進行核驗，使得靈敏度達到規(guī)范要求。其五，施加顯影劑，可用噴罐法和刷涂法使受檢表面形成薄而均勻的顯影劑薄膜，以略能看出被檢表面為宜，一般控制在0.05～1.00mm，噴涂時噴罐嘴與工件間的距離不得小于300mm。其六，顯像觀察應在顯影劑施加后10～30min 內(nèi)進行。在光線充足的條件下，一般用肉眼觀察，或用4～10 倍放大鏡對缺陷進行觀察。其七，所有滲透檢測工作溫度保持在10～50℃，否則應對所用滲透劑進行靈敏度校驗。其八，打磨及檢測時機工藝控制與磁粉檢測方法工藝控制一致。

4.2.4 焊縫余高打磨平整后，未發(fā)現(xiàn)缺陷。打磨深度1mm 后，可見細微缺陷顯示，通過滲透檢測發(fā)現(xiàn)簇狀裂紋，裂紋最長5mm，裂紋距離熔合線最近處3mm。打磨深度1.5mm 后滲透檢測發(fā)現(xiàn)裂紋條數(shù)增加，裂紋累計總長9mm，裂紋距離熔合線最近處4mm，滲透檢測顯像缺欠呈絲狀顯示，由于縫隙間毛細作用吸附的滲透劑量較大，最終滲透顯像痕跡呈不規(guī)則狀。裂紋方向主要呈現(xiàn)橫向并具有一定的寬度，最寬6mm。打磨至2.0mm 深后。再次通過滲透檢測裂紋消失不見，裂紋打磨驗證完畢。

4.2.5 根據(jù)現(xiàn)場滲透檢測顯示，結(jié)合PAUT、DR檢測結(jié)果綜合分析定性為熔銅裂紋，裂紋缺陷長度9mm，深度2mm。參與驗證的各方對裂紋產(chǎn)生的原因進行現(xiàn)場分析，可能是由于焊接導電嘴接觸熔池，導致焊縫局部熔銅產(chǎn)生熔銅裂紋。

5 焊接與無損檢測注意事項、建議

5.1 管道施焊前

應嚴格根據(jù)焊接工藝試驗、焊接工藝評定的相關規(guī)定，制定現(xiàn)場對口焊接、缺陷修補的焊接工藝規(guī)程。焊接過程中，應嚴格執(zhí)行焊接工藝。

5.2 焊接工藝百口磨合要求

焊接施工前，針對不同焊接方式，各焊接機組應熟悉整個焊接工藝規(guī)程，并進行100 道焊口的焊接工藝磨合（又稱“百口磨合”）。百道口焊接一次合格率（各檢測方法）分別達到規(guī)定的要求，則通過考核，可繼續(xù)施工。百口不合格的焊口允許補件，加倍取樣檢驗，試驗合格則通過考核。

5.3 無損檢測規(guī)定

5.3.1 焊接、修補、返修完成后應及時進行外觀檢查，外觀檢查前應清除表面焊渣、飛濺和其他污物。焊縫外觀應符合相應標準的要求。

5.3.2 焊縫經(jīng)外觀檢查合格后應進行全周長的無損檢測。所有無損檢測應滿足相應標準的要求。

5.3.3 為加強管道焊接質(zhì)量控制，提高焊接缺陷檢出率，確保工程質(zhì)量安全，應增加不同的檢測方法[如DR 和PAUT（含TOFD）檢測]對同一位置進行檢測，無損檢測方法應按各自驗收規(guī)范進行評判。多種檢測方法檢均合格則該焊縫合格。

5.4 引進監(jiān)督機構(gòu)

為進一步保證工程質(zhì)量，工程施工前由建設單位聘請具有相應的無損檢測資質(zhì)，并提供滿足現(xiàn)場抽檢時的檢測設備和人員的第四方無損檢測服務承包商。第四方無損檢測承包商負責對第三方無損檢測承包商的檢測質(zhì)量按約定的比例進行復查，包括各檢測方法的底片、圖譜的復評；負責對第三方檢測現(xiàn)場檢測工藝執(zhí)行情況的監(jiān)督，采用現(xiàn)場第四方自行抽檢后進行數(shù)據(jù)比對的方式，對第三方檢測工藝執(zhí)行情況進行評價。在該工程啟動初期開展第三方檢測機組能力考核評估，并現(xiàn)場組織驗證檢測機組持續(xù)、穩(wěn)定提供檢測服務的能力，目的是提高第三方檢測機組檢測系統(tǒng)穩(wěn)定性。

6 結(jié)語

長輸管道焊口采用組合自動焊的焊口，DR 檢測未能發(fā)現(xiàn)缺陷，PAUT 檢測圖譜中TOFD 顯示多項異常，存在熔銅裂紋的可能，該缺陷危害性極大。通過圖譜分析，現(xiàn)場磨開驗證過程嚴格按照工藝執(zhí)行，采用磁粉檢測、滲透檢測進行磨開驗證，驗證工藝的有效性，淺談分析，提出技術要點。