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文章录入：压力管道许可证咨询网 文章来源：压力管道许可证咨询网 添加时间：2021/11/24
1、管道对接焊缝与容器对接焊缝的不同点
管道对接焊缝较容器对接焊缝从焊接工艺、结构型式、主要缺陷产生的部位、缺陷信号判别、探头扫查面、探头折射角度的选择以及耦合面曲率等都有较大区别。
因此从事管道对接焊缝超声波检测的人员必须对比有一定的了解。
表1是管道对接焊缝与容器对接焊缝超声波检测不同点的比较。
2、焊接工艺及缺陷分析
管道对接焊缝的超声波检测有两个重要环节,一是如何能保证不漏检缺陷,二是如何能正确识别和判定缺陷。
以下对管道的接头型式、焊接方法、焊接位置及易产生的缺陷进行了分析,为设计检测工艺、提高缺陷的检出率和信号判定提供参考。
2.1结构型式与扫查面
石化装置工艺管道对接焊缝一般可分为3种型式:直管与直管对接、直管与管件对接、管件与管件对接。
(1)直管与直管对接焊缝探头可以在焊缝两侧进行扫查。
(2)直管与管件对接焊缝由于管件侧表面为不规则曲面(如弯头、法兰、阀门或三通等),探头不能良好耦合,因此,只能从直管一侧进行扫查,为了提高缺陷检出率,应选择2种不同角度的探头进行扫查。
(3)管件与管件对接焊缝由于焊缝两侧均为不规则曲面(如弯头、法兰、阀门或三通等),探头不能良好耦合,因此,这类焊缝不能进行正常的超声波检测。如客户有措施将焊缝余高磨平(与母材平齐)则可将探头通过磨平的焊缝进行检测。将焊缝打磨至与母材平齐是一件很困难的事,一般不这样做。
2.2焊接位置
了解焊接位置有助于缺陷性质的分析判断。管道对接焊缝的焊接位置分为水平转动、水平固定、垂直固定和45°倾斜固定。
(1)水平转动口焊接时,焊接位置总是处于时钟11点或1点附近的位置,焊接操作最易控制,最不易产生焊接缺陷。
(2)水平固定口焊接时,上半部分处于平焊位置下半部分处于仰焊位置,两侧处于立焊位置。
(3)垂直固定口焊接时,其位置为橫焊,焊接位置示意见图。
(4)45°倾斜固定口焊接时,各部分在水平固定的基础上又增加了倾斜角度,加大了焊接难度。
2.3各焊接位置易产生的缺陷类型
(1)焊接程序
目前石化装置管道对接焊缝均采用氩弧焊打底,焊工在打底结束前留一小段用作检查孔,用手电筒观察根部打底情况,若有不良现象则立即将不良部位用磨光机去除重焊,最终检查良好后将根部最后一小段焊好。
氩弧焊打底结束后对于较厚的焊缝一般采用手工电弧焊或埋弧自动焊填充盖面。
(2)平焊位置
铁水熔化后在重力的作用下会向下淌,因此平焊位置焊接时要控制电流不能过大焊接电流和焊接速度要适当,否则易形成焊瘤和烧穿。焊条接头和焊瘤部位易产生气孔。
(3)立焊位置
在立焊位置因铁水下淌导致焊缝波纹粗糙及内外表面焊缝成型不良,也容易产生未焊透、未熔合、焊瘤及咬边。
因此要控制焊接电流不能过大,焊接速度不能过快。
(4)仰焊位置
仰焊位置易产生内凹、未焊透、未熔合及焊瘤(余高过高),仰焊位置电流过大易产生内凹、烧穿和焊瘤,电流过小易产生未焊透和未熔合,因此仰焊部位的焊接难度最大。
焊工常采用灭弧焊法进行焊接,即引弧、将焊条熔化一点立即断弧、待片刻熔池凝固、再继续引弧熔化一点焊条立即断弧……
这样循环持续,直至铁水成型达到可控为止,在烧第二层焊缝时电流也不能过大,否则将第一层的铁水熔化下坠形成内凹,电流越大形成的内凹越深。
(5)橫焊位置
管子垂直固定,焊工围绕焊缝进行横向焊接。
横焊位置焊接时,铁水受重力作用,上部易出现咬边,坡口易产生未熔合,焊接每层之间如果清理不好易产生夹渣。
焊缝表面橫排波纹控制不好会比较粗糙。
3、探头的选择
探头选择时要考虑的因素有:
(1)检测厚度
检测较薄焊缝应选择大K值、短前沿探头,一次波尽可能扫查更多的焊缝截面;对于大厚度焊缝应选择晶片尺寸较大、K值合适、具有足够灵敏度的探头。
根据实际工作经验,笔者推荐壁厚≥7mm的焊缝宜采用单斜探头进行检测。
壁厚<7mm的焊缝检测时杂波干扰严重,目前多选用聚焦探头或双晶探头。
但聚焦探头和双晶探头一般宽度较大,与小径管耦合时要进行修磨。
由于聚焦探头和双晶探头都是在焦点附近灵敏度最高,探测范围受到一定影响,工艺管道壁厚<7mm的管道管径一般均较小,因此,对壁厚<7mm的管道焊缝不推荐采用超声波检测法进行检测
(2)检测面曲
率半径R较小的管道,要选择接触面小的探头,以保证良好耦合;直径较大的管道可以选择尺寸较大的探头,以提高检测效率。
目前市场销售的晶片尺寸为6mm×6mm的短前沿小晶片探头,其探头宽度一般为12mm。
由式(1)计算可得管道直径应>72mm。
为提高耦合效果,笔者推荐采用探头宽度为12mm的小晶片短前沿探头进行检测时,管道直径下限为100mm。
(3)扫查面
直管与直管对接,探头在焊缝两侧扫查时,可以选择1种K值的探头;
直管与管件对接,探头只能在焊缝一侧进行扫查时,应选择2种折射角相差不少于10°的探头进行扫查,其中较小K值的探头,一次波扫查范围不少于焊缝截面的1/4。
(4)探头频率
管道探伤宜选择较高频率的探头,以提高指向性和定位精度。
推荐采用频率为5MH的探头,对于较厚管道(厚度≥40mm)可以选择2.5MHz的探头。
对于根部可疑信号,尽可能选择小K值探头复验。经验表明,小K值探头定位精度高,误差小。
综合上述条件,不同厚度的管道推荐选择的探头角度和前沿距离见表2,不同曲率的管道推荐选择的探头尺寸。
4、检测灵敏度分析
检测标准执行JB/T4730.32005,外径≥159mm的管子按标准中表19调节检测灵敏度;外径<159mm的管子按标准中表30调节灵敏度。
管道对接焊缝中存在的主要缺陷有未焊透、未熔合、内凹、焊瘤、错口、气孔、夹渣和裂纹等。
根部未焊透、未熔合和裂纹属面状缺陷,超声波对其非常敏感。
试验表明,深度为0.5mm切槽的反射波幅均较高,回波均在判废线上下。
因探头的角度不同,回波幅度有所不同,探头折射角度越小,回波幅度越高,因此根部未焊透、未熔合和根部纵向裂纹类面状缺陷一般不会漏检。
5、检测工艺卡编制举例
工艺卡的编制原则:工艺卡要能够真正指导工作,使检测人员能够看懂,按工艺卡要求可以方便实施。
编制检测工艺卡时需重点关注的内容如下:
(1)探头数量和参数能够满足标准和实际检测的需要,能否最大限度地检出危害性缺陷。
(2)检测面要明确。
(3)试块和检测灵敏度符合标准要求。
下文对管道焊缝超声波检测工艺卡的编制进行举例。
已知某石化装置检修改造工程中有一条规格为219mm×2omm的碳钢工艺管道,坡口型式为V型,氩弧焊打底,手工电弧焊填充、盖面,检测比例为100%。按JB/T4730.3-2005标准进行检测,合格级别为I级。
检测工艺卡编制结果见表4。表4中未对检测技术等级提出要求,这是因为JB/T4730.3-2005的检测技术等级不适用于直管与管件对接的焊缝检测。
管道对接焊缝较容器对接焊缝从焊接工艺、结构型式、主要缺陷产生的部位、缺陷信号判别、探头扫查面、探头折射角度的选择以及耦合面曲率等都有较大区别。
因此从事管道对接焊缝超声波检测的人员必须对比有一定的了解。
表1是管道对接焊缝与容器对接焊缝超声波检测不同点的比较。
2、焊接工艺及缺陷分析
管道对接焊缝的超声波检测有两个重要环节,一是如何能保证不漏检缺陷,二是如何能正确识别和判定缺陷。
以下对管道的接头型式、焊接方法、焊接位置及易产生的缺陷进行了分析,为设计检测工艺、提高缺陷的检出率和信号判定提供参考。
2.1结构型式与扫查面
石化装置工艺管道对接焊缝一般可分为3种型式:直管与直管对接、直管与管件对接、管件与管件对接。
(1)直管与直管对接焊缝探头可以在焊缝两侧进行扫查。
(2)直管与管件对接焊缝由于管件侧表面为不规则曲面(如弯头、法兰、阀门或三通等),探头不能良好耦合,因此,只能从直管一侧进行扫查,为了提高缺陷检出率,应选择2种不同角度的探头进行扫查。
(3)管件与管件对接焊缝由于焊缝两侧均为不规则曲面(如弯头、法兰、阀门或三通等),探头不能良好耦合,因此,这类焊缝不能进行正常的超声波检测。如客户有措施将焊缝余高磨平(与母材平齐)则可将探头通过磨平的焊缝进行检测。将焊缝打磨至与母材平齐是一件很困难的事,一般不这样做。
2.2焊接位置
了解焊接位置有助于缺陷性质的分析判断。管道对接焊缝的焊接位置分为水平转动、水平固定、垂直固定和45°倾斜固定。
(1)水平转动口焊接时,焊接位置总是处于时钟11点或1点附近的位置,焊接操作最易控制,最不易产生焊接缺陷。
(2)水平固定口焊接时,上半部分处于平焊位置下半部分处于仰焊位置,两侧处于立焊位置。
(3)垂直固定口焊接时,其位置为橫焊,焊接位置示意见图。
(4)45°倾斜固定口焊接时,各部分在水平固定的基础上又增加了倾斜角度,加大了焊接难度。
2.3各焊接位置易产生的缺陷类型
(1)焊接程序
目前石化装置管道对接焊缝均采用氩弧焊打底,焊工在打底结束前留一小段用作检查孔,用手电筒观察根部打底情况,若有不良现象则立即将不良部位用磨光机去除重焊,最终检查良好后将根部最后一小段焊好。
氩弧焊打底结束后对于较厚的焊缝一般采用手工电弧焊或埋弧自动焊填充盖面。
(2)平焊位置
铁水熔化后在重力的作用下会向下淌,因此平焊位置焊接时要控制电流不能过大焊接电流和焊接速度要适当,否则易形成焊瘤和烧穿。焊条接头和焊瘤部位易产生气孔。
(3)立焊位置
在立焊位置因铁水下淌导致焊缝波纹粗糙及内外表面焊缝成型不良,也容易产生未焊透、未熔合、焊瘤及咬边。
因此要控制焊接电流不能过大,焊接速度不能过快。
(4)仰焊位置
仰焊位置易产生内凹、未焊透、未熔合及焊瘤(余高过高),仰焊位置电流过大易产生内凹、烧穿和焊瘤,电流过小易产生未焊透和未熔合,因此仰焊部位的焊接难度最大。
焊工常采用灭弧焊法进行焊接,即引弧、将焊条熔化一点立即断弧、待片刻熔池凝固、再继续引弧熔化一点焊条立即断弧……
这样循环持续,直至铁水成型达到可控为止,在烧第二层焊缝时电流也不能过大,否则将第一层的铁水熔化下坠形成内凹,电流越大形成的内凹越深。
(5)橫焊位置
管子垂直固定,焊工围绕焊缝进行横向焊接。
横焊位置焊接时,铁水受重力作用,上部易出现咬边,坡口易产生未熔合,焊接每层之间如果清理不好易产生夹渣。
焊缝表面橫排波纹控制不好会比较粗糙。
3、探头的选择
探头选择时要考虑的因素有:
(1)检测厚度
检测较薄焊缝应选择大K值、短前沿探头,一次波尽可能扫查更多的焊缝截面;对于大厚度焊缝应选择晶片尺寸较大、K值合适、具有足够灵敏度的探头。
根据实际工作经验,笔者推荐壁厚≥7mm的焊缝宜采用单斜探头进行检测。
壁厚<7mm的焊缝检测时杂波干扰严重,目前多选用聚焦探头或双晶探头。
但聚焦探头和双晶探头一般宽度较大,与小径管耦合时要进行修磨。
由于聚焦探头和双晶探头都是在焦点附近灵敏度最高,探测范围受到一定影响,工艺管道壁厚<7mm的管道管径一般均较小,因此,对壁厚<7mm的管道焊缝不推荐采用超声波检测法进行检测
(2)检测面曲
率半径R较小的管道,要选择接触面小的探头,以保证良好耦合;直径较大的管道可以选择尺寸较大的探头,以提高检测效率。
目前市场销售的晶片尺寸为6mm×6mm的短前沿小晶片探头,其探头宽度一般为12mm。
由式(1)计算可得管道直径应>72mm。
为提高耦合效果,笔者推荐采用探头宽度为12mm的小晶片短前沿探头进行检测时,管道直径下限为100mm。
(3)扫查面
直管与直管对接,探头在焊缝两侧扫查时,可以选择1种K值的探头;
直管与管件对接,探头只能在焊缝一侧进行扫查时,应选择2种折射角相差不少于10°的探头进行扫查,其中较小K值的探头,一次波扫查范围不少于焊缝截面的1/4。
(4)探头频率
管道探伤宜选择较高频率的探头,以提高指向性和定位精度。
推荐采用频率为5MH的探头,对于较厚管道(厚度≥40mm)可以选择2.5MHz的探头。
对于根部可疑信号,尽可能选择小K值探头复验。经验表明,小K值探头定位精度高,误差小。
综合上述条件,不同厚度的管道推荐选择的探头角度和前沿距离见表2,不同曲率的管道推荐选择的探头尺寸。
4、检测灵敏度分析
检测标准执行JB/T4730.32005,外径≥159mm的管子按标准中表19调节检测灵敏度;外径<159mm的管子按标准中表30调节灵敏度。
管道对接焊缝中存在的主要缺陷有未焊透、未熔合、内凹、焊瘤、错口、气孔、夹渣和裂纹等。
根部未焊透、未熔合和裂纹属面状缺陷,超声波对其非常敏感。
试验表明,深度为0.5mm切槽的反射波幅均较高,回波均在判废线上下。
因探头的角度不同,回波幅度有所不同,探头折射角度越小,回波幅度越高,因此根部未焊透、未熔合和根部纵向裂纹类面状缺陷一般不会漏检。
5、检测工艺卡编制举例
工艺卡的编制原则:工艺卡要能够真正指导工作,使检测人员能够看懂,按工艺卡要求可以方便实施。
编制检测工艺卡时需重点关注的内容如下:
(1)探头数量和参数能够满足标准和实际检测的需要,能否最大限度地检出危害性缺陷。
(2)检测面要明确。
(3)试块和检测灵敏度符合标准要求。
下文对管道焊缝超声波检测工艺卡的编制进行举例。
已知某石化装置检修改造工程中有一条规格为219mm×2omm的碳钢工艺管道,坡口型式为V型,氩弧焊打底,手工电弧焊填充、盖面,检测比例为100%。按JB/T4730.3-2005标准进行检测,合格级别为I级。
检测工艺卡编制结果见表4。表4中未对检测技术等级提出要求,这是因为JB/T4730.3-2005的检测技术等级不适用于直管与管件对接的焊缝检测。
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