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直缝埋弧焊钢管焊缝质量调查

作者 :蒙仲英更新时间:2014-5-3

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广东省特种设备检测院 广州市 510655  

摘要: 首先对疑似缺陷的焊缝进行超声波检测和射线检测,寻找缺陷特征,以及打磨解剖并进行渗透检测,以确定疑似缺陷在对接接头中的具体位置,确定缺陷性质。再对疑似缺陷进行电镜扫描,分析疑似缺陷内的化学成分,进一步确定缺陷性质。并到生产厂家了解生产的工艺过程,调查记录,确定造成此缺陷的生产工艺环节,并确定质量事故责任主体。


关键词:疑似缺陷;未熔合;UT;RT;PT;SEM。


 


广东省某天然气公司铺设管道过程中,发现某厂家的一批弯管(材质X70M,规格,φ914×25)直焊缝存在有焊接缺陷,定为未熔合缺陷。弯管母管(材质X70M,规格φ914×25×12000)的生产厂家不同意此说法,认为所发现“缺陷”为钢材本身,是生产过程中自带的,是符合ASTM E45标准的可以存在的“缺欠”。为此,天然气公司组织专家组负责调查此焊缝质量事件,确定事故负责主体,笔者有幸参与。


     生产厂家观点:“未熔合”是发生在热影响区,不属于焊缝本身。所发现的“未熔合”是在焊趾线3~7mm范围内,不属于焊缝本身,其形成原因:在焊接过程中,由于近焊缝区域的母材也受到了电弧热的作用,这部分母材的组织和性能均要发生变化,这个发生了变化的母材区域称为焊缝的热影响区,而热影响区并没有熔化,所以不会产生“未熔合”这种焊接缺陷。我们分析认为其产生机理为:钢板边缘的夹杂物,经过预焊、内多丝埋弧焊、外多丝埋弧焊,仍残留在母材与焊缝间的热影响区内,且形态、位置未发生任何变化,而非焊接过程中造成的新缺陷。


1  专家组检测数据:


专家组首先对该批(共53支)弯管母管全部进行人工超声波检测,按《承压设备无损检测 第3部分 超声检测》JB/T4730.3-2005的B级检测方法进行,设备采用数字式超声波探伤机,探头统一用5P8×12K2.5斜探头,试块使用CSK-ⅠA和CSK-ⅢA,定量线SL:Φ1×6-3dB,结果发现27支母管发现有超标波峰出现,水平位置位于外焊焊趾线内侧3~7mm。而在此时驻厂监检组组织生产厂家按原生产工艺又生产了5支同样规格的弯管母管,专家组也对这5支母管进行超声波检测,结果显示有3支母管存在超标波峰现象,水平位置也位于外焊焊趾线内侧3~7mm。列出5支具有典型回波信号的管号的检验情况如下表1:                                                     


表1.        超声波检验情况(仅列出5支最严重部位)   


这30支母管的超声波检测所检测到的缺陷,沿钢管直缝的外焊焊趾线3~7mm的狭窄平行线内随机分布,最少2处,最多15处,最小长度2mm,最大长度25mm,超声波回波最高达到SL+17dB。


为了确定这些缺陷的具体位置、性质和产生原因,我们从这些管子中选择3支具有缺陷显示的焊缝(ss1001860,ss1001863,ss1001885),在缺陷处用γ射线进行透照拍片,并采高级别的T4胶片,结果评定底片时,3支管的底片上没有发现人眼所能识别的缺陷影像。专家组再用X射线方法进行透照拍片,也用了高级别的T4胶片,结果底片上也没有缺陷影像。最后我们对缺陷解剖,选择1个具有典型超标缺陷回波的缺陷(管号ss1001885:长度10mm,深度14mm,回波SL+13.2dB),用磨光机打磨,边打磨边用超声波测定缺陷回波是否还在,在打磨到深度12mm时,超声最高回波降低至SL+8 dB,此时用渗透检测法进行检测,结果显示3mm的纵向线性缺陷特征。再从此处横向切割抛光,显示焊缝横截面,用渗透检测进行检测,发现有2mm的线性缺陷特征,与3mm的纵向线性缺陷相连接并垂直于母材表面,而位置恰恰在于焊缝熔合线,否定了厂家所提出的缺陷位于钢材上,如下图1。


2        缺陷性质分析与初步定性


基于专家组的检测工作结果,我们初步认定该焊缝缺陷性质是未熔合。理由(1)超声波检测方法对面积型缺陷的敏感度远高于射线检测方法,采用超声波检测方法可以检出的却在射线检测方法复查时不能辨别和显示的缺陷定然是面积型缺陷----未熔合或裂纹,这类缺陷在超声波检测时对超声波的反射回波特别高;理由(2)对焊缝缺陷进行解剖,纵向显示的3mm线性缺陷与焊缝横截面显示的2mm线性缺陷互相交叉形成面,即面积型缺陷,位置刚好位于焊缝熔合线,依此也可以定为未熔合。


3   第三方检测数据


为了更进一步地确定该缺陷的性质,专家组将解剖试样送到中国石油天然气集团公司管材研究所进行样品宏观分析、金相分析及扫描电镜显微镜能谱分析等试验,部分过程如下面的图2、图3(图片来自管材所):


管材所检测结论:


(1)焊缝样品缺陷为非金属夹杂物,夹杂物位于焊缝熔合线;


(2)构成非金属夹杂物的主要元素是Fe、C、O;Fe、C、O的相对量(wt×10-2)为Fe最大含量为69.36%,C最大含量为18.27%,O最大含量为38.94%。


从中国石油天然气集团公司管材研究所的试验研究报告的内容和结论得出,所送检的焊缝样品其缺陷就是未熔合,未熔合内部的非金属夹杂物之成分符合对接焊缝焊接时产生的焊渣之成分。


故而,由于缺陷内部含有非金属夹杂物,所以专家组最终认定该焊缝缺陷为未熔合,是生产厂家在制造直缝埋弧焊钢管过程中产生的。


4   缺陷产生的工艺追溯


为了确定未熔合缺陷产生的具体原因,专家组前往弯管母管的生产现场进行调查,包括生产的技术标准、焊接工艺评定报告、钢板超声波检测工艺卡、铣边工艺卡、成型工艺卡、焊接工艺卡、水压工艺卡、焊缝自动超声波检测工艺卡、焊缝手工超声波检测工艺卡、X射线实时成像检测工艺卡、X射线拍片检测工艺卡,以及各个工序的记录和报告、首检报告等资料调查和现场问询调查。发现一下两点并分析:


(1)    铣边工艺卡的坡口钝边为h=9±1mm,与焊接工艺评定报告上的坡口钝边要求h=5±1mm不一致。而内外焊接工艺卡上的前丝、二丝、三丝、四丝的焊接电流和电弧电压、焊接速度都和焊接工艺评定报告上的参数一致,焊材也一致,焊缝尺寸要求也一致。笔者认为,这一点错误是致命性的,是直接造成焊接未熔合缺陷的直接原因。因为经过焊接工艺评定合格的工艺规程,其坡口型式、焊接速度、焊接电流、焊接电压等重要参数都认为是互相适应的,按照这些参数焊接出来的产品都应该合格,而厂家错误地将坡口型式更改,也许是笔误,也许就是本身执行工艺传递的错误,最终导致未熔合的产生。


(2)    资料审查中,有焊缝自动超声波检测工艺卡,却没有记录和报告,现场问询的回答:因为厂家对这批管道比较重视,采用了100%UT代替了自动超声波检测手段。然而,厂家的无损检测人员却没有一个发现缺陷并上报公司质量部。在使用单位提出质疑之后,却主观地认为是钢板自带的可以允许存在的“缺欠”,不重视问题,积极处理问题。


5  结论:


(1)专家组对于疑似的焊缝缺陷,通过实实在在地进行超声波检测和射线检测,并选择性地解剖及渗透检测,其反射波高的特性和存在的位置均符合焊缝未熔合的特征,初步确定是焊缝未熔合缺陷;


(2)为了进一步确定和验证缺陷性质,专家组将试样送到第三方检测单位,进行宏观检验、金相分析和电镜扫描等试验,其结果也确定缺陷是未熔合这一结论。


(3)专家组到生产厂家进行原始资料检查,发现铣边工艺卡(即坡口制作工艺卡)与焊接工艺评定报告中的坡口型式(主要是钝边)不一致,更进一步确定焊缝未熔合缺陷的产生事实。


因此,基于以上3点的调查结果,完全否定了厂家认为缺陷位于钢材上的错误观点,确定最终焊缝质量事故的形成,事故责任主体为弯管母管生产厂家。


 参考文献:


[1]   JB/T4730.1~4730.6-2005 , 承压设备无损检测[S].


[2]   郑晖,林树青. 超声检测 第2版[M]. 北京:中国劳动社会保障出版社,2008.


[3]   强天鹏. 射线检测 第2版[M]. 北京:中国劳动社会保障出版社,2007.


[4]   刘会杰. 焊接冶金与焊接性[M]. 北京:机械工业出版社,2007.


[5]   钟群鹏,赵子华.断口学[M].北京:高等教育出版社,2006.


作者简介:蒙仲英(1978-),男(壮),广西南宁人,从事锅炉、压力容器、压力管道等特种设备的焊接工艺研究及检验检测等工作。

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