大口径不锈钢焊管无损检测方法及技术应用

本文主要介绍了大口径不锈钢焊管常用的三种探伤手段。分析了三种探伤的优缺点：超声波探伤具有检测穿透力强、缺陷定位、定量准确、成本低、探伤速度快等特点，但对缺陷的定性不直观，有些需要通过经验来进行来评定，不利于对检测结果的保存；X射线探伤技术具有测量结果可以直观显示和长期保存、最适合检测体积性缺陷，但是，检测成本高、并对面积性缺陷受方向性的限制，由于射线探伤存在辐射，工作时必须考虑安全防护；磁粉检测对表面缺陷具有灵敏度高，能很好地分辨出钢管内外表面及近表面缺陷，相对于其他表面探伤方法成本低、速度快。

在大口径不锈钢焊管制造和使用过程中，为了保证大口径不锈钢焊管质量，无损检测是重要的质量检测手段，也是质量管理体系的一个重要支持过程。大口径不锈钢焊管常用的无损检测手段有：大口径不锈钢焊管原材料钢板和焊缝的在线超声波检测、焊缝射线检测、管端射线拍片以及管端磁粉检测。本文将通过对大口径直缝双面埋弧焊钢管检测标准API SPEC 5L（第46版）《管线钢管规范》，结合大口径不锈钢焊管生产经验以及大口径不锈钢焊管常用的无损检测原理与技术，并对其优缺点进行分析比较。

1 钢板超声波检测控制

钢板超声波检测可有效地检测出钢板内在分层、夹杂物等缺陷，从而确保大口径不锈钢焊管原材料质量，也是大口径不锈钢焊管在成材之前的首道检测工序之一。根据API SPEC 5L（第46版）标准，要求对天然气输送管道用焊接钢管进行钢板或管体超声波检测。

1.1钢板超声波检测设备要求

采用的超声波频率要高于20kHz。不同频率和波形的超声波，从材料返回的波形是不同的。超声波检测时检测探头必须与被测工件接触，并且在探头和被测工件之间要有一种能使超声波进入工件里面的传输介质，在钢板的超声波探伤中，一般用水作为这种传输介质，即所谓“耦合水”。探头探伤参数的设置：在探伤时，将仪器和探头调试到最佳位置，在试块上的人工缺陷回波最强且杂波波高不超过20%的波幅。

1.2钢板超声波检测敏度要求

对于钢板分层检测，CDP-S-NGP-PL-013标准要求采用对比试块人工缺陷尺寸为：平底孔直径Ø60+0.35mm，平底孔深度包括t/2、t/4和3t/4；条形刻槽宽度：60+0.35mm mm，深度包括t/2、t/4和3t/4。通过静态校准检测仪器，以人工缺陷产生的信号回波100%幅度作为设定设备的报警闸门。

1.3钢板超声波检测的应用

钢板超声波检测主要是针对钢板内部的分层、夹杂物等缺陷的检测。

2 钢管焊缝超声波检测

2.1焊缝超声波检测设备要求

钢管焊缝超声检测设备探头布置如图1（探头固定导向系统），该探头固定导向系统从左到右由纵伤、横伤、分层、串列来排列。超声波检测系统目的是检测直缝埋弧钢管焊缝和焊缝两侧25mm的母材。E11554L/2Q/4D/8TL型系统与配备7组探头架，其中，两套纵向检测系统（4个探头）独立检测焊缝区以及焊缝热影响区域的内部和外部的纵向缺陷；一套横向检测系统（2个探头）检测焊缝和热影响区域内部和外部的横向缺陷；两套测厚检测系统（4个探头）通过喷水耦合检测焊缝两侧30mm范围内的母材分层缺陷；两套串联检测系统（8个探头）主要检测焊缝中部未焊透缺陷，每组探头距离可根据钢管的壁厚以及管径进行反射角调整。

2.2焊缝超声波探伤标准要求

超声波自动检测是对直缝埋弧焊钢管的焊缝、热影响区以及焊缝两侧30mm的焊接和母材缺陷检测，钢管管端检测盲区可以通过探伤系统设置，一般将钢管管端检测盲区小于150mm，钢管超声波自动检测对比样管应具有6个纵向N5刻槽和2个横向N5刻槽。如图2钢管超声波对比样管示意图。

2.3焊缝超声波检测的应用

钢管焊缝超声波检测主要是针对钢管在焊接过程中产生的面积性缺陷，例如，夹渣、气孔、裂纹、未焊透等缺陷的检测。

3 钢管焊缝X射线检测

目前，钢管焊缝射线检测技术大致可以分为：X射线胶片成像和数字成像等。

3.1 X射线检测设备要求

大口径不锈钢焊管焊缝射线检测是X射线直接透过焊缝材料，在射线检验胶片上或者数字成像介质上产生适合的影像。射线底片的黑度不低于2.0（焊缝黑度不低于1.5）；X射线使用ISO规定的象质计，象质计选用与透照厚度相对应，X射线拍片灵敏度优于2%，工业电视动态灵敏度优于4%。

3.2 X射线检测技术要求

（1）评片室应整洁、安静、温度适宜，光线应暗且柔和。

（2）检测环境要保持一定的温度和湿度。

（3）为了保证底片质量，要严格按照要求保证显影和定影工作质量以及胶片的质量和有效期。

（4）暗室安全照射要定期进行确定。

3.3 X射线检测的应用

大口径不锈钢焊管焊缝X射线检测主要是针对大口径不锈钢焊管在焊接过程中产生的体积性缺陷，例如，未熔合、夹珠、气孔、裂纹、未焊透、夹钨等缺陷。

4 钢管管端磁粉探伤

管端磁粉检测是指钢管金属材料被磁化后，使钢管内外表面和近表面的材质不一致而在钢管表面形成的漏磁场，通过漏磁场显示磁痕通过外观发现缺陷的无损检测技术。钢管磁粉检测利用便携式电磁轭磁粉探伤仪主要检测管端焊缝、母材、坡口面以及补焊焊缝等表面和近表面缺陷。

4.1磁粉检测设备要求

仪器各项性能指标均应达到标准的要求，仪器应经计量周期鉴定合格，保证设备在有效使用周期之内。磁轭法磁化时要按照相关规定要求进行。

4.2磁粉检测灵敏度试片使用要求

使用A型灵敏度试片时，应将试片有“十”字刻槽的面与钢管外壁紧贴。为使灵敏度试片与被检面接触良好，可用透明胶带将其平整粘贴在钢管检面上，并注意胶带不能覆盖试片的“十”字刻槽。

4.3磁粉检测的应用

大口径不锈钢焊管管端磁粉检测主要是针对钢管表面和坡口上存在的裂纹、折叠、疏松、分层等缺陷的检测，对钢管表面及近表面缺陷能更好地通过磁痕显示出缺陷的形状、大小和位置。

5 结语

（1）超声波检测具有检测范围广、穿透力强、缺陷定位定量准确、成本低、检测方便等特征，但是，在实际检查过程中，需要利用耦合剂才能检测（一般用水作为耦合剂），对缺陷的定性也不直观，检测结果的评定对操作人员的技术水平要求较高。

（2）X射线检测技术主要优点：①拍片结果可以通过底片直接看出缺陷的大小和形状；②检测结果可以通过底片长期保存；③最适合检验体积形缺陷，即对射线能量衰减较大缺陷的检测，或者具有一定厚度的缺陷，通过射线底片的黑度差进行缺陷的对比。但是，射线检验成本较高、检验的射线底片为一次性，不能重复利用，对面积性缺陷受方向性的限制，由于射线探伤存在辐射，为了工作人员安全检测，工作时必须考虑安全防护措施。

（3）磁粉检测灵敏度高，能很好地分辨出钢管内外表面及近表面缺陷，特别是大口径不锈钢焊管表面及近表面缺陷能更好地通过磁痕显示出缺陷的形状、大小和位置，相对于其他表面，探伤方法成本低、速度快，但对钢管内部缺陷不容易发现。