摘要：石油、化工、火力發(fā)電行業(yè)都離不開(kāi)油氣輸送管道，在這些管道中高壓三通極為常見(jiàn)。管線工程中高壓三通通常采用焊接形式進(jìn)行連接，焊縫質(zhì)量對(duì)高壓三通以及整個(gè)輸送管道都有著極為關(guān)鍵的影響。文章分析了高壓三通焊縫的檢測(cè)方法，包括磁粉探傷、著色探傷、超聲波檢測(cè)法，并對(duì)超聲波檢測(cè)方法的技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：高壓三通；焊縫檢測(cè)技術(shù)；磁粉探傷；著色探傷；超聲波檢測(cè)；油氣輸送管道 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TH39 文章編號(hào)：1009-2374（2015）30-0065-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.30.034

1 概述

現(xiàn)代社會(huì)中石油化工業(yè)、發(fā)電行業(yè)等行業(yè)都離不開(kāi)輸送管道，在輸送管道中高壓三通這一連通形式比較常見(jiàn)，高壓三通實(shí)現(xiàn)了石油、天然氣等的多向輸送，在輸送管道中起著極為關(guān)鍵的作用。實(shí)際應(yīng)用中高壓三通通常采用焊接的形式實(shí)現(xiàn)主管與支管之間的連接。由于使用環(huán)境的特殊性，高壓三通的焊縫會(huì)一直在高溫、高壓、腐蝕性環(huán)境中工作，這些工作環(huán)境會(huì)導(dǎo)致焊縫產(chǎn)生裂縫等問(wèn)題，裂縫產(chǎn)生后高壓環(huán)境還會(huì)加速其進(jìn)一步發(fā)展，因此，需要對(duì)高壓三通的焊縫進(jìn)行100%的無(wú)損探傷檢測(cè)。不同于一般形式的焊縫，高壓三通的焊縫形式往往比較特殊，并且由于高壓管道的壁厚通常較大，一般情況下能夠達(dá)到20～30mm，對(duì)這種厚度較大的管道上的焊縫進(jìn)行檢測(cè)的重點(diǎn)和難點(diǎn)在于如何經(jīng)濟(jì)有效地對(duì)其內(nèi)部損傷進(jìn)行檢測(cè)，這種焊縫形式的表面探傷用磁粉探傷及著色探傷技術(shù)就可以很好地實(shí)現(xiàn)，對(duì)于焊縫內(nèi)部損傷通常采用射線探傷方法，但這種檢測(cè)技術(shù)的檢測(cè)費(fèi)用比較高，并且操作過(guò)程極為復(fù)雜。現(xiàn)階段，超聲波檢測(cè)技術(shù)已得到良好的發(fā)展，其技術(shù)已較為成熟，這種檢測(cè)方法具有經(jīng)濟(jì)實(shí)用、易于操作的優(yōu)點(diǎn)，因此超聲波檢測(cè)技術(shù)在高壓三通焊縫檢測(cè)工作中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

2 高壓三通焊縫產(chǎn)生缺陷及損傷的主要原因

高壓三通焊縫產(chǎn)生缺陷和破損問(wèn)題是由內(nèi)因及外因等多種因素導(dǎo)致的，研究表明，高壓三通焊縫的結(jié)構(gòu)形式、焊縫所處位置以及其所處的高溫、高壓、腐蝕性環(huán)境都是導(dǎo)致高壓三通產(chǎn)生缺陷和損傷的原因，現(xiàn)對(duì)上述因素進(jìn)行詳細(xì)闡述。

2.1 焊縫結(jié)構(gòu)形式的影響

高壓三通焊縫不同于一般的焊縫形式，這種焊縫的斷面尺寸較一般焊縫更大，在高壓三通的焊接過(guò)程中，管道由于自重等原因會(huì)發(fā)生一定的變形，焊接處會(huì)出現(xiàn)塑性變形和組織轉(zhuǎn)變現(xiàn)象，這些現(xiàn)象會(huì)在高壓三通內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，同時(shí)高壓三通有時(shí)會(huì)采用非對(duì)稱焊接的焊接形式，這使得焊縫處的內(nèi)應(yīng)力更大。當(dāng)內(nèi)應(yīng)力存在的情況下，焊縫的結(jié)構(gòu)形式使得焊縫的某些位置會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，這些位置通常較易發(fā)生損傷破壞。

2.2 三通焊接所處位置復(fù)雜

實(shí)際焊接過(guò)程中會(huì)發(fā)現(xiàn)三通焊縫所處的位置較為復(fù)雜，這使得焊接過(guò)程中的焊接方向要逐點(diǎn)進(jìn)行變化，這種焊接方式會(huì)給焊接工作帶來(lái)極大的不便和困難，在這種焊接施工條件下便容易產(chǎn)生焊接缺陷問(wèn)題；另外，三通管道的接合處焊縫是一條馬鞍形的空間曲線，這就造成在焊接過(guò)程中很難保證按照規(guī)定的對(duì)口間隙和角度進(jìn)行焊接，對(duì)口不準(zhǔn)確是造成焊接缺陷的主要原因，在對(duì)口不準(zhǔn)確的情況下容易出現(xiàn)焊接根部無(wú)法焊透、燒穿以及焊縫根部出現(xiàn)裂紋等問(wèn)題。

2.3 所處環(huán)境的影響

如果焊接過(guò)程中焊縫存在缺陷，加之高壓三通管道一直長(zhǎng)期處在高壓、高溫以及腐蝕等惡劣條件下，同時(shí)焊縫部分存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，這就使得高壓三通焊縫容易產(chǎn)生破壞問(wèn)題。

3 高壓三通焊縫檢測(cè)技術(shù)

由于高壓三通管道的壁厚通常較厚，所以高壓三通檢測(cè)時(shí)比較常用的檢測(cè)方法是超聲波探傷檢測(cè)法，這種方法可以有效地檢測(cè)焊縫根部以及焊縫內(nèi)部的焊接質(zhì)量，同時(shí)可用于對(duì)原有焊縫缺陷發(fā)展情況檢測(cè)，從而確定焊縫的根部以及焊縫內(nèi)部有無(wú)裂紋產(chǎn)生。對(duì)高壓三通焊縫進(jìn)行表面檢測(cè)也比較重要，通常情況下高壓三通焊縫的材質(zhì)是鐵磁性材料，所以對(duì)高壓三通焊縫進(jìn)行表面檢測(cè)時(shí)應(yīng)首選磁粉探傷檢測(cè)法。另一種焊縫表面檢測(cè)方法是著色探傷檢測(cè)法，這種方法在實(shí)施前應(yīng)將焊縫的焊波打磨光滑，著色探傷方法比較適用于檢測(cè)焊縫表面的開(kāi)口缺陷情況，用其檢測(cè)焊縫表面的裂紋時(shí)檢測(cè)過(guò)程具有很高的靈敏度。

3.1 超聲波探傷檢測(cè)法

3.1.1 探測(cè)面的確定。當(dāng)對(duì)高壓三通焊縫進(jìn)行超聲波探傷檢測(cè)時(shí)，其探測(cè)面應(yīng)該選擇在支管的外表面，這種探測(cè)面選擇方式有以下三方面原因：一是焊縫的坡口面開(kāi)在支管上，當(dāng)在支管外表面進(jìn)行探傷時(shí)一次波和二次波的聲束均能有效地入射到焊縫內(nèi)部。如果將探測(cè)面選在主管上，則探傷過(guò)程中一次波的聲束便無(wú)法入射到焊縫的內(nèi)部；二是通常情況下支管的管壁厚度要小于主管的管壁厚度，將探測(cè)面選在支管上檢測(cè)過(guò)程中聲波的衰減較小，這樣可以準(zhǔn)確地確定焊縫缺陷；三是大量的高壓三通焊縫檢測(cè)結(jié)果表明，缺陷大多出現(xiàn)在焊縫的根部以及熔合面部位，將探測(cè)面選在直觀外表面更容易發(fā)現(xiàn)這類缺陷。

3.1.2 斜探頭的選用。當(dāng)使用超聲波探測(cè)方法對(duì)高壓三通焊縫進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，當(dāng)高壓三通的主管和支管的內(nèi)徑比較小時(shí)，內(nèi)徑尺寸無(wú)法滿足將直探頭直接伸進(jìn)高壓管道內(nèi)進(jìn)行探傷檢測(cè)的要求，這時(shí)利用直探頭縱波在管外檢查高壓三通焊縫質(zhì)量則更不適用，因此對(duì)內(nèi)徑較小的高壓三通管道進(jìn)行超聲波探傷檢測(cè)時(shí)只能采用斜探頭橫波來(lái)檢測(cè)其質(zhì)量。

第一，合理確定探頭的頻率。對(duì)高壓三通進(jìn)行超聲波探傷時(shí)，探頭的頻率大小將直接影響著探測(cè)的靈敏度和分辨率，探頭的頻率越高，探測(cè)過(guò)程的靈敏度和分辨率也就越高，探測(cè)指向性好，這對(duì)焊縫探傷來(lái)說(shuō)都是有利的，但探頭的頻率也不是越高越好，探頭頻率高時(shí)其近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度大，衰減也大，這又給焊縫探傷帶來(lái)不利影響，因此探傷過(guò)程應(yīng)綜合各種因素選取探頭頻率，通過(guò)多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，筆者認(rèn)為高壓三通焊縫檢測(cè)所用探頭的頻率為2.5MHz較為合理。

第二，合理確定晶片尺寸。探頭的晶片尺寸與頻率的配合也是檢測(cè)過(guò)程中需要著重考慮的，選用時(shí)應(yīng)兼顧近場(chǎng)長(zhǎng)度N值和擴(kuò)散角的大小，高壓三通焊縫支管的曲率通常較大，為了減少藕合損失宜選用小晶片探頭。

第三，K值的選擇原則為：保證主聲束能夠掃查整個(gè)焊縫截面；盡量使主聲束中心線垂直于主要危險(xiǎn)性缺陷。通過(guò)總結(jié)實(shí)際檢測(cè)工作，在焊縫根部以及坡口邊緣較容易存在缺陷，且缺陷性質(zhì)多為平面狀缺陷，因此檢測(cè)過(guò)程應(yīng)使聲束基本垂直坡口。

3.1.3 耦合補(bǔ)償。由于管道的曲率較大，這使得探頭與管道的吻合面積小，這樣聲束發(fā)射的能量便無(wú)法全部入射到管壁。為了盡量使實(shí)際探傷的靈敏度與試塊上的靈敏度一致，則應(yīng)進(jìn)行耦合補(bǔ)償。

3.2 磁粉探傷表面探傷

3.2.1 探測(cè)面的修整。磁粉探傷對(duì)探測(cè)面有一定的要求，探測(cè)面應(yīng)去除鐵銹、氧化皮、油脂等其他粘附磁粉的物質(zhì)，同時(shí)表面應(yīng)盡量規(guī)則，以免影響檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.2.2 實(shí)施檢驗(yàn)。完整的磁粉探傷檢測(cè)過(guò)程通常包括磁化→施加磁粉→觀察記錄磁痕→評(píng)價(jià)缺陷→退磁→后處理。

3.3 著色探傷

3.3.1 表面準(zhǔn)備和預(yù)清洗。檢測(cè)過(guò)程應(yīng)保證被檢測(cè)表面不應(yīng)有影響著色探傷的鐵銹、鐵屑、氧化皮、焊接飛濺、毛刺以及各種防護(hù)層，同時(shí)被檢測(cè)的表面的粗糙度應(yīng)滿足檢測(cè)要求。

3.3.2 實(shí)施檢驗(yàn)。著色探傷一般步驟為施加著色劑→去除多余著色劑→干燥→施加顯像劑→觀察及

評(píng)定。

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)高壓三通焊縫檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)闡述，包括表面檢測(cè)技術(shù)、焊縫根部檢測(cè)技術(shù)、內(nèi)部檢測(cè)技術(shù)，著重分析了超聲波檢測(cè)技術(shù)在高壓三通焊縫檢測(cè)中的應(yīng)用，希望本文的研究對(duì)高壓三通焊縫檢測(cè)技術(shù)有一定的推動(dòng)作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 龐斯雄.高壓三通管道焊縫超聲波探傷[J].廣西大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），1979，（1）.

[2] 張利民.三通焊縫的超聲檢測(cè)[J].無(wú)損探傷，1995，（6）.

[3] 宋德昌，段增錄.立式蒸焦預(yù)熱爐物料出口管三通焊縫開(kāi)裂原因淺析[J].中氮肥，1993，（2）.

作者簡(jiǎn)介：?？§常?985-），男，浙江金華人，浙江工業(yè)大學(xué)化工設(shè)備有限公司助理工程師，研究方向：機(jī)械制造檢測(cè)。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）endprint