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直缝埋弧钢管焊缝裂纹的检测方法

2019-02-22 09:09:42

目前,直缝埋弧焊管应用已扩展到众多,除石油气长输管道外,还向海洋平台、海上浮吊等海洋结构方面发展。埋弧焊管作为海洋结构用管具有明显的优势,如壁厚均匀,工艺简单,性能受制管工艺影响较小,易于实现、高韧性的要求,且其规格调整灵活,可满足不同管径的要求。但是,由于海洋结构用管的服役环境与陆路流体输送管有所不同,海洋结构用管服役在波浪、海潮、风暴及寒冷流冰等严峻的海洋工作环境中,因而,对海洋结构用管除了要求具有一般管道性能外,还对其强韧性和焊缝提出了高的要求。钢管的主要材质为D36钢、S355钢及具有Z向性能的结构钢板,厚度一般在20~50mm之间,由于板材厚度较大,且碳含量及碳当量均较大,可焊性较差,淬硬倾向大,使焊接接头的熔合性能降低,且易产生冷裂纹。扬州亚联钢管有限公司采用上述材质和厚度的钢板生产某些海洋平台结构钢管时,发现部分厚壁钢管存在横向裂纹缺陷。检出横向裂纹、及时返修并缺陷,对钢管、海洋平台的使用具有重要意义。

1厚壁直缝埋弧焊管焊缝存在的横向裂纹

分别采用厚度为20~50mm的D36,D36-Z35和S355结构钢板,通过JCOE成型方式生产海洋经验交流·54·HANGUAN焊管平台用直缝埋弧焊管,直径为508~1372mm。焊缝采用X形坡口,内焊为三丝埋弧焊,外焊为多层多道三丝埋弧焊。焊接完成24h或48h后对焊缝进行波检测,横向扫查时发现在焊缝壁厚中间位置有林状回波出现,进一步检测发现有时整条焊缝断续存在类似信号,在焊缝中间位置。为了查清缺陷的性质,对某些反射信号高的地方进行X射线拍片,未发现缺陷。经碳弧气刨后再次进行磁粉检测,证实该缺陷为横向裂纹。裂纹大部分横穿焊缝,但未扩展到母材中,裂纹在焊缝壁厚的中间位置,为外焊的层,与波检测的基本吻合。

2焊缝横向裂纹缺陷的检测方法

横向裂纹危害性较大,与其他缺陷相比,其波检测难度也较大,这主要是由于波检测较难判别缺陷的性质。为了提高横向裂纹的检出率,并准确判定横向裂纹,结合AWSD1.1/D1.1M和APIRP2X等标准规定,总结出了波对横向裂纹的扫查方式。实践证明,这些方法对厚壁焊缝中横向裂纹检测与判定较为。

2.1带余高焊缝的斜平行扫查

为了检测出带余高焊缝中的横向裂纹,检测时,可在焊接接头两侧边缘分别布置探头,且使探头与焊接接头中心线成10°~20°,进行两个方向的斜平行扫查。

笔者曾使用2.5MHz,13×13K1(45°)探头,沿焊缝做横向扫查,角度控制在10°左右,横向缺陷回波波幅很低,部分缺陷还不能发现。可见,如果采用沿焊缝两侧斜平行扫查方法,检测横向裂纹,其检出性较差。

2.2去掉焊缝余高后的平行扫查

如果焊缝余高已磨平,在焊缝上探测是检查横向裂纹的为的方法。检测时,将探头放在焊缝及热影响区上,进行两个方向的平行扫查。

2.3双探头横跨焊缝的交叉扫查

如果焊缝余高未磨平,在焊缝两侧各放置一个探头,一般要求两个探头K值的实测值相同,以入射声束经缺陷反射后能大限度地被接收探头所接收,并易于定位。检测时,要两个探头的声束轴线相交于要检测的部位,两个探头一发一收,在焊缝两侧同时进行同向平行于焊缝中心线的移动,这样可以检测出焊缝的横向缺陷,这种扫查方式称为交叉扫查,当示波屏上出现次反射波后即认为是缺陷波,然后沿着焊缝缓慢前后移动一个探头(发射探头或接收探头),并适当环绕或旋转探头,使缺陷波幅为大。采用双探头交叉法是检测焊缝内横向裂纹的方法,但是这种扫查方法靠手工操作,因此效率低,且不易掌握。

2.4带余高焊缝的平行扫查

采用射线检测时,有的横向裂纹很难发现,这是由于焊缝余高的存在及横向裂纹的位置,当采用斜平行扫查时,波幅不高而容易漏检。日常检测中,为了重要焊缝横向裂纹的检出,一般将所有焊缝余高全部打磨平整,探头可在焊缝上做平行扫查,进而提高横向缺陷的检出率。如JB/T4730.3—2005标准对焊接接头采用C级检测技术等级时,应将焊接接头的余高磨平,检测横向缺陷时将探头放在焊缝及热影响区上做两个方向的平行扫查。去除余高在焊缝上做平行扫查是检测横向缺陷的较好办法。

厚壁钢管一般采用多层多道焊,焊缝余高3~4mm,焊缝宽度40~70mm,如果手工用角向磨光机修磨焊缝,工作量会特别大。这类钢管的生产标准及补充技术规范并没有要求检测横向缺陷时去除焊缝余高,而且厚壁钢管外焊缝的焊接为多层多道埋弧焊,表面光滑,当使用2.5MHz9×9K1(45°)探头骑在焊缝余高表面进行扫查时,发现回波幅值很高,缺陷波形明显,较易分辨。可见,采用平行扫查方式也能检测出厚壁钢管带余高焊缝中的横向裂纹类缺陷。

厚壁钢管通常的检测方法是使用9×9K1(45°)小晶片的横波斜探头(13×13以上的大晶片探头检测效果不好),将斜楔在焊缝余高上的探头底部用砂纸修磨成弧形(有利于与焊缝好的吻合),并在焊缝上做双向扫查,这时的扫查增益一般比基准灵敏度高6~12dB,同时使用比较粘稠的耦合剂,就能地检出焊缝的横向裂纹。采用这种方法检测焊缝的横向裂纹时,大部分回波较高,只有少量的波幅在50%DAC(距离波幅校正),但仍然可以看到交替出现的典型的横向裂纹的回波特征。

检测时还需注意横向裂纹在焊缝中的形态,此类裂纹在x轴方向,即焊缝长度方向上端点和下端点坐标是不同的,即裂纹是倾斜的,所以检测时,在焊缝上的扫查从向前和向后两个相对方向进行扫查。常规波手工扫查对焊缝缺陷反射波信号的显示率可能为DAC曲线,但是由于扫查波方向与缺陷平面走向等原因,使反射波信号未达到DAC曲线或50%DAC曲线,从而会使危害性平面状缺陷漏检。

如果采用70°斜探头在母材上做双向小角度斜平行扫查来检测横向缺陷,漏检率就很高。实际工作中,焊缝的横向裂纹都是用K1(45°)探头在焊缝(焊缝有余高或者磨平)上扫查而检测出来的。


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