何德孚，王晶瀅

（1.上海久立工貿(mào)發(fā)展有限責(zé)任公司，上海200135；2.浙江德傳管業(yè)有限公司，浙江 湖州313105）

（上接2014年第10期49頁）

4 X射線檢驗(yàn)在不銹鋼焊管生產(chǎn)中的應(yīng)用

4.1 不銹鋼焊管壁厚和焊接方法

除了少數(shù)例外，不銹鋼管的應(yīng)用設(shè)計(jì)通常不考慮腐蝕余量，其壁厚都相當(dāng)?。ㄒ姳?）。因此不銹鋼焊管大都采用不加填充金屬的GTAW（t≤3 mm）或 PAW（t≤6～7 mm）方法焊接，且采用不用墊板的單面焊雙面一次成形焊接或雙面焊接。在焊接過程中需要注意以下幾點(diǎn)。

表6 國(guó)外不銹鋼管標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的不銹鋼管的常用壁厚范圍

（1）這種不加填充金屬的焊接方法（autogenous welding）是獲得優(yōu)良耐蝕性的最佳方法?？梢圆榈降慕?0項(xiàng)美國(guó)不銹鋼焊管產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)（見表7）中大多數(shù)都明確規(guī)定必須用這種方法焊接。這些標(biāo)準(zhǔn)中有12項(xiàng)同時(shí)為美國(guó)B&PVC規(guī)定的ASME SA或SB標(biāo)準(zhǔn)，其中還有5項(xiàng)為美國(guó)國(guó)防部準(zhǔn)許其機(jī)構(gòu)采用的（DD）標(biāo)準(zhǔn)和2項(xiàng)能源部核工程許用標(biāo)準(zhǔn)（NE）。

表7 按焊接方法類型劃分的美國(guó)不銹鋼焊管產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)①

續(xù)表

（2）美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中只有3項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要用加填充金屬的雙面或單面多道焊接熔化焊方法，另有9項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)則規(guī)定可用不加或加填充金屬的單面或雙面熔化焊方法，以上12項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)中只有2項(xiàng)同時(shí)為ASME SA標(biāo)準(zhǔn)和1項(xiàng)NE標(biāo)準(zhǔn)，但無一項(xiàng)為DD標(biāo)準(zhǔn)。可見不加填充金屬的焊接方法是不銹鋼焊管的主流或主導(dǎo)焊接方法，加填充金屬只是壁厚超過6.5～7 mm時(shí)不得已才采用的方法，不加填充金屬應(yīng)是不銹鋼焊管優(yōu)選方法。

（3）美國(guó)B31.1-2010新加入的“用縱縫熔化焊管制成的部件計(jì)算最小壁厚或允許設(shè)計(jì)壓力的焊縫強(qiáng)度折減因子”（見表8）明確指明在510～649℃高

表8 計(jì)算用帶縱向熔焊縫焊管制造構(gòu)件最小壁厚或許用設(shè)計(jì)壓力時(shí)適用的焊縫強(qiáng)度折減因子訩

（1）NP表示不允許采用。

（2）未列入本表的縱縫焊管不允許在蠕變狀態(tài)采用。對(duì)應(yīng)本表格的這一目的，蠕變狀態(tài) （范圍）的起點(diǎn)是指令性附錄A中對(duì)應(yīng)這些所涉母材非斜體字應(yīng)力值末端的最高溫度。

（3）本表所列焊縫填充金屬焊w（C）必須小于0.05%（對(duì)Cr-Mo及CSEF鋼）及0.04%（對(duì)奧氏體不銹鋼）。

（4）所標(biāo)材料在蠕變范圍以下溫度（見注（2））可以在不考慮焊后除應(yīng)力（WSRF）或本表格規(guī)則條件下應(yīng)用，所有其他規(guī)范規(guī)律適用。

（5）CrMo及CSEF鋼的縱向焊縫作100%體積檢驗(yàn)（RT或UT）并合格；CrMo和CSEF鋼以外的其他材料見123.4（B）小節(jié)。

（6）所列WSRF溫度以下，按本節(jié)規(guī)則取因子為1.0，本節(jié)附加規(guī)律及注均不適用。

（7）NORM表示焊后要求作正火處理。

（8）埋弧焊劑堿度≥1.0。

（9）SubCrit表示亞臨界焊后熱處理，不允許不作焊后熱處理 （PWHT）,PWHT時(shí)間和溫度應(yīng)滿足表132要求，且不允許用表132.1中PWHT替代。

（10）CrMo鋼包括0.5Cr-0.5Mo，1Cr-0.5Mo，1.25Cr-0.5Mo-Si，2.25Cr-1Mo,3Cr-1Mo， 及5Cr-0.5Mo鋼，其縱向焊縫應(yīng)正火或正火-回火或者適合于該合金亞臨界PWHT。

（11）C-0.5Mo鋼縱縫熔焊結(jié)構(gòu)不允許在蠕變范圍內(nèi)運(yùn)作（見注（2）及注（4））。

（12）CSEF（蠕變強(qiáng)度增強(qiáng)型鐵素體）鋼包括91，92，911，122及23鋼種。

（13）N+T表示正火+回火PWHT。

（14）對(duì)奧氏體不銹鋼（包括800H及800HT）縱縫焊管設(shè)定WSRF如下：

溫度/℃ 焊縫強(qiáng)度折減因子 溫度/℃ 焊縫強(qiáng)度折減因子 溫度/℃ 焊縫強(qiáng)度折減因子677 0.73 732 0.64 788 0.55 704 0.68 760 0.59 816 0.50

（15）這些不銹鋼的特定爐號(hào)，特別是哪些藉抗回火碳化物和碳氯化物析出增強(qiáng)蠕變強(qiáng)度的鋼種，焊縫熱影響區(qū)可能因脆化而導(dǎo)致焊件在高溫工作的持久失效，焊縫區(qū)的固溶熱處理減輕這一敏感性。

（16）不加填充金屬的不銹鋼焊管只要按材料標(biāo)準(zhǔn)在焊后作固溶退火處理及無損電檢驗(yàn)后提供的產(chǎn)品就確認(rèn)816℃溫度以下WSRF均可取1.00折減因子值。溫工作條件下，只有不加填充金屬的奧氏體不銹鋼才能保持1.00因子，可見區(qū)分加或不加填充金屬對(duì)不銹鋼焊管的重要性，其原因更值得深思！

4.2 不銹鋼焊管焊縫質(zhì)量及常見缺陷

（1）國(guó)際上近60年生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)表明，不加填充金屬的GTAW/PAW是不銹鋼焊接最穩(wěn)定而缺陷最少的焊接方法，只要嚴(yán)格管理和控制其焊接參數(shù)，單面一次成形的GTAW/PAW不銹鋼焊管一般不會(huì)出現(xiàn)氣孔、夾渣、裂紋等缺陷。如果管理不善或操作不當(dāng)，最容易發(fā)生的缺陷是背面或根部未焊透或未熔合。此外也可能發(fā)生咬邊、表面縱向裂紋、夾鎢及類似HFRW管毛刺的熔化金屬被擠壓輥擠壓突出的異常毛刺現(xiàn)象。后者是采用雙弧串列焊時(shí)電弧位置設(shè)置不當(dāng)，焊速過快，熔池過長(zhǎng)而造成的，咬邊、縱向表面裂紋往往也是電流過大以追求高焊速所致，夾鎢除與鎢棒刀磨不當(dāng)和使用時(shí)間過長(zhǎng)外也與電流過大有關(guān)，以上除夾鎢外都是出現(xiàn)在焊縫內(nèi)外表面的，因此都可通過適當(dāng)?shù)哪繙y(cè)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)。而夾鎢出現(xiàn)的概率很小且危險(xiǎn)性不大，表9的案例1說明，背面未焊透是此類不銹鋼焊管最容易發(fā)生的疑似缺陷。高達(dá)10.7%的未焊透似乎說明該批焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)存在嚴(yán)重的漏洞，但是對(duì)比表4的統(tǒng)計(jì)資料，說明這一結(jié)果誤判的可能性很大。而表9中第2個(gè)案例的結(jié)果更證明我國(guó)不銹鋼焊管質(zhì)量總體上是可靠的。

表9 2013年兩項(xiàng)目不銹鋼焊管X射線照相用戶復(fù)驗(yàn)結(jié)果匯總

（2）壁厚6.5 mm以上的不銹鋼焊管通常需采用雙面焊或單面多道焊，若開坡口則必須加填充金屬，這樣的雙面或單面多道焊縫，焊縫內(nèi)部的未焊透或未熔合仍然是主要潛在缺陷，而且還有出現(xiàn)內(nèi)部裂紋的可能性，如果采用SAW、氣孔、夾渣的可能性也很大，所有這些缺陷這里只能用RT或UT來檢測(cè)，而微裂紋仍然根本檢測(cè)不出。這可能就是表8中不銹鋼直縫焊管要按加或不加填充金屬區(qū)分高溫焊縫強(qiáng)度折減因子的一個(gè)重要原因（表8中倒數(shù)第2行所指為加填充金屬焊管）。

4.3 各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)不銹鋼焊管焊縫質(zhì)量檢測(cè)的規(guī)定

（1）表7所列美國(guó)所有不銹鋼管產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)只有A358和A928兩項(xiàng)加填充金屬的焊管有強(qiáng)制進(jìn)行100%射線檢測(cè)或抽檢的規(guī)定；A409因可為雙面焊或加填充金屬，只在附加要求中列有可作射線檢測(cè)的選項(xiàng)。

（2）其余所有不加填充金屬的不銹鋼焊管標(biāo)準(zhǔn)只有A312，A249和A270等含有深冷加工焊管的3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制規(guī)定深冷加工前要100%射線檢測(cè)的制造工藝要求（注意這并非產(chǎn)品檢測(cè)要求），其中僅A312又在附加要求列有 ‘對(duì)雙面焊管可作射線檢測(cè)’的選項(xiàng)要求。

（3）美國(guó)B31.1和B31.3標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)期以來曾一直規(guī)定焊管只有100%射線檢測(cè)合格才能取得Ej=1.0焊縫質(zhì)量因子，但B31.1—2010后已改為可用RT或者UT。表8中注 （16）則更明確不加填充金屬的不銹鋼焊管只需經(jīng)無損電檢測(cè)，即ET或UT而非RT即可取1.0高溫強(qiáng)度折減因子。B31.3雖未在表302.3.4中改動(dòng)，但細(xì)讀相關(guān)條文，可發(fā)現(xiàn)在341.4.3（C）及表K305.1.2中有實(shí)質(zhì)的相同內(nèi)容，類似的規(guī)定也可在EN-13480.5中找到。

（4）B31.1和B31.3等標(biāo)準(zhǔn)均指明在可能目測(cè)的前提下，內(nèi)表面未焊透等缺陷都可用目測(cè)檢驗(yàn)有效進(jìn)行檢測(cè)。因此文獻(xiàn)[15]指出 “對(duì)小直徑焊管的內(nèi)焊縫表面質(zhì)量可采用各種形式的內(nèi)窺鏡目測(cè)檢驗(yàn)”是十分重要的。表9序號(hào)1中所存在的疑似未焊透缺陷只要制造廠進(jìn)行有效的目測(cè)檢驗(yàn)完全是可以排除疑問而經(jīng)受得起射線照相復(fù)驗(yàn)的。

（5）我國(guó)GB/T 12771—2008 和 GB/T 21832—2008兩項(xiàng)不銹鋼焊管標(biāo)準(zhǔn)一方面參照美國(guó)的A/SA312和A928標(biāo)準(zhǔn)把加填充金屬的焊管分為5類；另一方面又簡(jiǎn)單地效仿歐洲EN-10217-7標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)把不加填充金屬的焊管列為第6類，雖并未強(qiáng)調(diào)后者是否要作射線檢測(cè)，但這樣的排列是否恰當(dāng)值得商榷。

（6）日本的不銹鋼焊管標(biāo)準(zhǔn)中只有兩項(xiàng)管道用管（JISG 3459—2012和 G 3468—2012）在附加要求中有按JISZ 3106附錄4要求作射線檢測(cè)的選項(xiàng)。表4匯總的資料從側(cè)面說明只有加填充金屬的多道次不銹鋼焊管才是X射線照相檢測(cè)的對(duì)象。

5 不銹鋼焊管射線照相檢測(cè)方法和評(píng)判相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

美、歐和我國(guó)目前都沒有不銹鋼焊縫射線照相檢測(cè)的專門標(biāo)準(zhǔn)，日本卻有一個(gè)針對(duì)奧氏體不銹鋼焊縫射線檢測(cè)的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JISZ 3106，歐洲還有一個(gè)針對(duì)鋼管射線檢測(cè)的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)EN ISO 10893-6。這些標(biāo)準(zhǔn)許多方面都是一致的，但也有某些細(xì)節(jié)差異，反映出各國(guó)對(duì)焊管X射線照相檢測(cè)認(rèn)識(shí)還很不一致。

5.1 JB/T 4730.2—2005和JISZ 3106：2001的細(xì)節(jié)差異

表9兩個(gè)案例分別注明按這2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行或驗(yàn)收，實(shí)際上跟它們的下列細(xì)節(jié)差異有關(guān)：

（1）JB/T4730.2規(guī)定可采用雙壁單影作焊管縱縫X射線照相檢測(cè)并規(guī)定有IQI指數(shù)，其數(shù)值與 GB/T 3323—2005和 GB/T 23901.4—2009基本相同。JISZ 3106并未指明不銹鋼管縱縫可采用雙壁單影成像的IQI指數(shù)或線徑，而在其附錄1的說明中指明焊管縱縫是應(yīng)采用單壁穿透成像的，因此表9中案例2只注明按該標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)收，其IQI指數(shù)等實(shí)際是按JB/T 4730決定的。

表10 JISZ 3106：2001中X射線照相瑕疵影像的評(píng)級(jí)規(guī)定①

（2）JB/T 4730.2規(guī)定未焊透和裂紋等缺陷一經(jīng)確認(rèn)都是不合格品，這與美國(guó)ASME BPVC和歐洲鋼管檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)相同的高標(biāo)準(zhǔn)要求。JISZ 3106則在附錄4中用表格規(guī)定允許有一定尺度以下的此類瑕疵（見表10），而且JISG 3459：2012和G 3468:2012兩項(xiàng)不銹鋼管道不銹鋼管標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定焊管縱縫的射線檢測(cè)按此標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。這是否說明日本對(duì)不銹鋼管焊縫射線檢測(cè)要求并不十分嚴(yán)格或者這是更合理的評(píng)判準(zhǔn)則，值得探討。

（3）JB/T 4730.2規(guī)定按標(biāo)稱壁厚確定X射線管電壓和IQI線徑，JISZ 3106則要乘以壁厚系數(shù)，包括316L等含Mo鋼種要乘以1.06鋼種系數(shù)后確定管電壓及IQI，這些差異實(shí)際可能導(dǎo)致射線照相參數(shù)選擇及結(jié)果評(píng)定的不同。

5.2 歐美鋼管射線照相檢測(cè)差異

歐美鋼管射線照相檢測(cè)差異都認(rèn)同奧氏體不銹鋼跟碳素或低合金鐵素體鋼相同，對(duì)于鋼管射線照相所能查到的是：

（1） 美國(guó)只在 AWSD1.6： 2007和AWSD1.1：2010中規(guī)定有鋼管結(jié)構(gòu)射線照相采用線型IQI時(shí)最大線徑（見表5），其數(shù)值大于GB/T 4730.2中源側(cè)和膠片側(cè)所要求數(shù)值。JISZ 3106附錄中所指P1和P2級(jí)數(shù)值與此相呼應(yīng)，這是否意味著美標(biāo)確認(rèn)雙壁成像的照相質(zhì)量總是較差的。

（2） EN ISO 10893-6:2011 的前身 ISO 12096：1996曾規(guī)定：“幾何條件不允許采用單壁成像時(shí)可采用雙壁技術(shù)”，新版為什么要改為“采用雙壁成像需經(jīng)雙方商定”，其背景和含義值得關(guān)注。

（3）ASTM A312/A312M規(guī)定對(duì)雙面焊管‘應(yīng)按ASME BPVC中UW-51條款作X射線照相檢測(cè)’，但對(duì)雙壁成像照相IQI指數(shù) （即成像質(zhì)量要求）卻并不明確，嚴(yán)格地講JISZ3106（表10）的要求是不符合UW-51的。

以上所反映的是各國(guó)對(duì)鋼焊管縱縫，尤其是不銹鋼焊管縱縫雙壁透射成像射線檢測(cè)認(rèn)識(shí)上存在明顯的分歧，實(shí)質(zhì)也是許多標(biāo)準(zhǔn)對(duì)此未作明確規(guī)定，和EN ISO 10893-6:2011要對(duì)ISO 12096：1996作出修正的原因。因此采用單壁成像是目前最合理的選擇，至少在發(fā)生爭(zhēng)議時(shí)應(yīng)采用單壁成像以獲取盡可能清晰成像進(jìn)行校驗(yàn)。值得注意的是，1985年全球不銹鋼產(chǎn)量不足800×104t，其中93%是日本、美國(guó)、歐洲生產(chǎn)的，日本以265×104t占據(jù)首位。 文獻(xiàn)[11－13]就是在這一背景下進(jìn)行的探索。目前我國(guó)不銹鋼年產(chǎn)量已突破1 600×104t，對(duì)不銹鋼焊縫和焊管X射線檢測(cè)中尚不十分清晰的問題應(yīng)進(jìn)行更深入的研究并制定出更確切的標(biāo)準(zhǔn)。

6 小結(jié)和建議

（1）已有60余年應(yīng)用歷史的X射線照相是檢測(cè)焊縫內(nèi)部缺陷的有效方法，但其檢測(cè)質(zhì)量受膠片品質(zhì)、拍洗操作及評(píng)片人資質(zhì)和經(jīng)驗(yàn)等眾多因素制約，即使在膠片質(zhì)量十分可靠的前提下也應(yīng)充分考慮目測(cè)檢測(cè)等其他NDT方法的配合才能作出不合格的判定。

（2）壁厚6.5 mm以下不加填充金屬的GTAW或PAW單道雙面一次成形焊接的不銹鋼焊管，尤其是奧氏體不銹鋼焊管的主流產(chǎn)品，只要有效掌控焊接設(shè)備及操作參數(shù)并經(jīng)過嚴(yán)格的目測(cè)、渦流或超聲檢測(cè)，其焊縫質(zhì)量是完全可以保障的，這些焊管一般都不必進(jìn)行X射線檢測(cè)。對(duì)小直徑焊管采用內(nèi)窺鏡或計(jì)算機(jī)視覺等有效目測(cè)檢測(cè)遠(yuǎn)比X射線檢測(cè)可靠，且經(jīng)濟(jì)、環(huán)保。

（3）壁厚6.5 mm以上的不銹鋼焊管通常采用加或不加填充金屬的GTAW或PAW雙面或單面多道焊，壁厚10.5 mm以上的厚壁管若開坡口則必須加填充金屬且多采用SAW方法，這類焊管必須進(jìn)行X射線照相檢測(cè)，但目測(cè)檢測(cè)、超聲檢測(cè)往往仍然是不可缺少的。

（4）面心立方晶的奧氏體不銹鋼焊縫很容易因晶粒粗大而在X射線照相中產(chǎn)生反映晶粒生長(zhǎng)方向的晶體衍射斑紋，也可因樹枝晶間的偏析、多孔性、微裂紋等晶界固有的不連續(xù)性而生成跟晶界相關(guān)的斑紋，前者會(huì)降低射線照相的對(duì)比度，后者則很容易誤判為未焊透、未熔合或裂紋的假像。兩者都使奧氏體不銹鋼焊縫射線照相缺陷判定更為困難。

（5）奧氏體不銹鋼焊縫X射線照相中出現(xiàn)的羽毛狀、斑點(diǎn)狀和線狀斑紋主要是和樹枝晶生長(zhǎng)形狀有關(guān)晶界偏析和多孔性等晶界不連續(xù)性的反映，但同時(shí)也受晶體衍射的影響。雖然后者可以通過改變管電壓和鉛箔屏蔽等方式加以消除或減小，還可以通過改變射線方向等加以識(shí)別，但實(shí)際兩者的識(shí)別并非總是能通過這些簡(jiǎn)單方法實(shí)現(xiàn)的。實(shí)際應(yīng)用中判別這些斑紋是否是缺陷主要還是靠積累經(jīng)驗(yàn)，其中包括建立必要標(biāo)樣圖譜或數(shù)據(jù)庫，并結(jié)合目測(cè)和超聲檢測(cè)。

（6）雙壁穿透成像的射線照相靈敏度降低，使不銹鋼焊縫射線照相斑紋和缺陷圖像識(shí)別難度加大，因此不銹鋼焊管縱縫射線照相檢測(cè)應(yīng)盡可能采用單壁成像照相。

（7）2013年兩批不銹鋼焊管X射線照相復(fù)驗(yàn)結(jié)果表明， “衍射斑紋”是干擾檢測(cè)評(píng)判的主要問題。雖然根據(jù)現(xiàn)有資料和經(jīng)驗(yàn)，這些復(fù)驗(yàn)所反映的國(guó)產(chǎn)不銹鋼焊管質(zhì)量總體上是可靠的，但也不可忽視由此造成的誤判或漏判的潛在可能性。

（8）可以查到的 “衍射斑紋”資料很少且觀點(diǎn)不盡一致，為使我國(guó)不銹鋼焊管質(zhì)量檢測(cè)水平踏上更高水平，應(yīng)加強(qiáng)與此相關(guān)的基礎(chǔ)研究。

（9）ASTM E1316-13d至今未列入 “衍射”和 “斑紋”術(shù)語條目，歐美射線檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)亦從未觸及 “衍射斑紋”問題，這意味著它是完全可清除的假象呢或者本身就是一個(gè)偽命題，抑或還有其他隱情。聯(lián)系國(guó)際上對(duì)射線照相及膠片品質(zhì)不斷完善的新標(biāo)準(zhǔn)及評(píng)判方法，不銹鋼焊縫射線照相的清晰度、對(duì)比度該如何把握，這些都是值得廓清的理論和實(shí)際應(yīng)用問題。

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