钢质燃气管道焊接工艺及焊缝检验

1、燃气钢管焊缝质n检验方法的比选上海燃气设计院孙永康0序言1管道焊接接头的检验方法6随着天然气在上海的不断发展，钢管在输送燃 气管道中的比例越来越高。钢管与钢管之间连接方 式有三种：焊接连接、螺纹连接、法兰连接。其中 焊接是应用最广泛的连接方式。所以焊接质量的好 坏直接影响到管道供气的可靠性和安全保障，从以 往燃气管道发生安全事故的统计资料表明，焊缝是 管道发生燃气泄漏的主要部位之一。我国对管道焊 接工艺评定以及焊接质量已经颁布了相应的标准和 验收规范。但是在燃气管道的设计和施工中，对焊 接接头（焊缝）不同检验方法之间的关系以及选用 常常会产生模糊，本文从焊接接头检验各种方法的 原理介绍入手，阐

2、明各种检验方法的优缺点和不同 适用范围，并依据目前的燃气施工验收规范和石油 部输气管道施工验收规范，结合上海的实际情况， 针不同的设计条件提出不同的检验方法和要求，供 燃气管道工程设计和施工参考。为确保管道的焊接质量，对管道焊接接头必须 按其工作介质、工作压力、钢材的类别和管道等级， 分别进行各种检验，对燃气管道来说，焊接接头的 常用检验方法下列有：（1）外观检查；（2）射线探 伤；（3）超声波探伤；（4）磁粉探伤；（5）渗透探 伤等，下面分别对上述检验方法进行简单介绍和比 较。1.1外观检查外观检查是利用肉眼、量具或放大镜检查焊缝 的外形尺寸和表面缺陷的检查方法。它是一种最简 单，当又是不可

3、缺少的检查手段。 按照CJJ33 89城 镇燃气输配工程施工及验收规范规定，管道焊后 必须对焊缝进行外观检验。检查前应将妨碍检查渣 皮、飞溅物清理干净。外观检验应在其他检验之前 进行。焊缝外观质量分级标准详见表1。表1焊缝外观质量分级标准检验项目缺陷名称质量分级InmIV焊缝外观质量分级标准裂纹不允许表面气孔不允许每50mm焊缝长度内允许直径v0.3 3 ,且v 2mm勺气孔2个孔间距> 6倍孔径每50mm焊缝长度内允许直径v 0.4 3 , 且v 3mm勺气孔2个孔间距> 6倍孔径表面夹渣不允许深V 0.1 3 ,长V 0.3 3 ,且v 10mm深V 0.2 3 ,长V 0.5

4、 5 ,且v 20mm咬边不允许< 0.05 3，且v 0.5mn续长度 v100m,且焊缝两侧咬边总长v 10%< 0.1 3 且v 1 mm长度不限未焊透不允许不加垫单面焊允许值v 0.15 3，且 < 1.5mm缺陷总长在6 3焊缝长度 内不超过3< 0.2 3 ,且v 2.0mm每100mm焊缝内缺陷总长< 25mm根部收缩不允许< 0.2+0.023 且v 0.5mm< 0.2+0.02 3 且 v 1mm< 0.2+0.04 3且 v 2mm长度不限角焊缝厚度不足不允许< 0.3+0.05 3 ,且v 1mm每 100mm焊缝长

5、度内缺陷总长度v 25mm< 0.3+0.05 3 ,且v 2mm每 100mrd旱缝长度内缺陷总长度< 25mm角焊缝焊脚不对称差值 v 1+0.1a< 2+0.15a< 2+0.2a余高< 1+0.1b,且最大为 3mm< 1+0.20b,且最大为5mm注：a一设计焊缝厚度，b 一焊缝宽度，3 一母材厚度 除注明角焊缝缺陷外，其余均为对接、角焊缝通用。 当咬边经磨削修整并平滑过渡时，可按焊缝一侧较薄母材最小允许厚度值评定。1.2射线探伤射线探伤是利用 X射线、丫射线和其它高能 射线对受检部位进行透照的一种探伤方法。这些射 线都具有穿透金属并对照像底片感光

6、的能力。当射 线、工件和胶片如图 1布置时，射线就穿透工件， 照射到底片上。由于射线射线透过金属会产生衰减， 工件的厚度差或组织结构的不同，射线的衰减程度 亦有差异，对底片就产生不同程度的感光。如焊缝 内部存在各种形状的缺陷，则由于截面的减少或组 织结构的不连续性而使底片上显现黑度深浅不同的 影像。从中可辨认出焊缝的轮廓，缺陷的形状和大 小。图2表示出带陷的焊接接头 X射线探伤底片上 典型的图象。GB 3323 97钢熔化对接接头射线照相和质量 分级中规定，根据缺陷的性质和数量，焊缝质量 分为四级：I级焊缝内应无裂纹、未熔化、未焊透和 条状夹液；II级焊缝内应无裂纹、未熔合、未焊透； m级焊缝

7、内应无裂纹、未熔合以及双面焊和加垫板 的单面焊中的未焊透，不加垫板的单面焊中的未焊 透允许长度按表10条状夹渣长度的m级评定；焊缝 缺陷超过m级者为W级。长宽比小于或等于 3的缺陷定义为圆形缺陷， 圆形缺陷的分级如表 2所示：长宽比大于 3的夹渣定义为条状夹渣，条状夹 渣的分级如表3所示：图1 X射线透照探伤法1-胶片2、3-内部缺陷4-焊缝5-X射线 6-X射线管表2圆形缺陷的分级母材y.定区 -"等s匚工10X 1010X 2010X 30< 10>10 15>15 25>25 50>50100>100I123456n369121518m612

8、18243036IV缺陷点数大于山级者注：评定区尺寸和母材厚度单位均为mm表3条状夹渣的分级质量等级单个条状夹渣长度条状夹渣总长nT < 12:4 12< Tv 60:(1/3)T TA 60:20在任意直线上，相邻两夹渣间距均不超过6L的任何一组夹渣，其累计长度在 12T焊缝长度内不超过TmT < 9:6 9< Tv 45:(2/3)T TA 45:30在任意直线上，相邻两夹渣间距均不超过3L的任何一组夹渣，其累计长度在6T焊缝长度内不超过 TIV大于HI级者注：表中“ L”为该组夹渣中最长者的长度。当被检焊缝长度小于12T （H级）或 6T （山级）时，可按比例折算

9、。图3距离一波幅曲线示意图在超声波探伤中，对缺陷的判定标准规定如下：1）发射波不超过评定线的缺陷、反射波幅位于I区的非裂纹性缺陷均评为I级。2）最大发射波超过评定线的缺陷，检验者判 定为裂纹等危害性缺陷时，无论其波幅和 尺寸如何，均评为W级。反射波幅位于m 区的缺陷，无论其指示长度如何，均评定 为W级。3）最大发射波幅位于区的缺陷，根据缺陷 指示长度按照表4的规定予以评级。1.3超声波探伤超声波探伤是利用超声波高频（二万赫兹以上） 能透过金属材料深处，在界面边缘发生反射的特点 来检查焊缝内部缺陷。当超声波束通入焊缝内部遇 到缺陷就会发生发射波束，并在荧光屏上形成脉动 波形，根据脉动波形可以判断

10、缺陷的位置和大小。GB1134A 89钢焊缝手工超声波探伤方法和探 伤结果分级中规定，根据质量要求检验等级分为 A B、C三级，检验的完善程度 A级最低，B级一般，C 级最高，A级检验难度系数为1 , B级检验难度系数 为56, C级检验难度系数为1012。在现行的焊缝超声波探伤标准中，可采用距离 一波幅曲线进行缺陷的定量。这种曲线是根据所选 用的探头、仪器和试块的实测数据绘制的，该曲线 表示工件的底波和各种缺陷与探测距离之间的相对 关系。曲线的具体绘制方法可以参照GB1134A 89中附录3曲线图由判废线 RL,定量线SL和评定线 EL组成，定量线与判废线之间称为区，判废线以 上为山区，评定

11、线以上至定量线以下为I区。 如图3 所示。表4 II区缺陷的等级分类一 检验等级切一 评定等级mmABC8508 3008 300I2/3 3 ;最/J、121/3 3 ;最小10，最大301/3 3 ;最小10,最大20n3/4 3 ;最/J、122/3 3 ;最小12，最大501/2 3 ;最小10,最大30m< a ；最/J、203/4 3 ;最小16,最大752/3 3 ;最小12,最大50IV超过三级者注： 为坡口加工侧母材板厚，母材板厚不同时，以较薄侧板厚为准管座角焊缝为焊缝截面中心线高度。1.4磁粉探伤磁粉探伤法主要用于检查碳钢及低合金钢等磁 性材料焊接接头表面和近表面的缺

12、陷。这种方法的 原理是基于钢材焊接接头中的缺陷改变了该部位的 磁阻，引起了磁力线的密集。当无缺陷的材料被磁 化时磁力线均匀地通过材料的横截面。如果材料内 存在如图4所示的缺陷，则缺陷部位的磁阻突然发 生变化，使磁力线绕过缺陷而聚集于材料表面，形 成了较强的漏磁通。如在材料表面均撒磁性粉末， 则磁粉就会在漏磁场堆集，显示缺陷的位置、大小 和形状。磁粉探伤所能发现的缺陷已具有一定的尺寸。 因此所发现的缺陷应清除，必要时加以补焊。磁粉探伤原理如图 4所示。图4磁粉探伤原理图1.5煤油渗透试验在焊缝的一面涂抹上白垩粉水溶液，待干燥后再 在焊缝的另一面涂煤油。由于煤油表面张力小且具 有较强的渗透能力，当

13、焊缝存在穿透性缺陷时，涂 于管壁表面的煤油将透过微小孔隙在涂有白垩粉的一面呈现出明显的油斑或条带。为判断焊缝缺陷的 位置，应及时观察渗透的位置变化，时间过长将使 渗透煤油蔓延而无法判断。检验时间一般为20分钟左右。2管道焊接接头的检验方法的比较管道焊接接头的检验方法各有优缺点和不同的适用范围，不同检验方法具体比较如表5所示：表5管道焊接接头的检验方法的比较序号焊缝检验方法优点缺点检验范围1外观检验简单，直观，费用最低。检验精度不够，不能精确判定焊 缝质量。检查焊缝外形尺寸和表面缺 陷。2射线探伤投射灵敏度高、能永久保存 记录。费用高、设备笨重、不能发现发 裂等一类线性缺陷。检测焊缝近表面和内部

14、缺陷。3超声波探伤适用范围广，灵敏度高，对 人体无害，运用灵活，可立 即得出探伤结论，费用较 低，可检厚度很高。表面要求高、不能确定缺陷性质 和尺寸、检测精度取决于探伤人 员的经验、不能保存永久检测记 录，不能检验薄壁管焊缝。检测出任何部位(表面、近表 面、内部)缺陷。焊缝厚度必 须大于8mm。4磁粉探伤灵敏度高、速度快，能直观 缺陷、操作方便、设备简单、 费用低。不能检测非铁磁材料，不能发现 内部缺陷，表面质量要求高，难 于确定缺陷深度。检测表面及近表面微小缺陷。5渗透探伤不受材料限制，不需专门设 备，操作简单，不受检测焊 缝厚度限制。不能精确判定焊缝缺陷大小，难 以量化分级。检查表面及贯穿

15、性缺陷3燃气管道安装焊缝检验方法的选用GB5023A 97工业金属管道工程施工及验收规 范、GB5023* 98现场设备、工业管道焊接工程 施工及验收规范、SY/T 4103-1995钢质管道焊接 及验收、SY0401 98输油输气管线工程施工验收 规范、CJJ 33 89城镇燃气输配工程施工及验收 规范、GB50251- 94输气管道工程设计规范、DBJ0 65 - 97城市天然气管道工程技术规程中 对不同压力级制的燃气管道焊缝检验均有明确的规 定。综合上述规范条例，结合上海目前人口密集、 地下管线复杂等实际情况，提出上海燃气管道工程 焊缝检验方法和规定：(1) 外管检验管道焊后必须对焊缝进

16、行外观检验。工艺要求焊缝系数为1的焊缝或规定进行 100%射 线照相或或超声波检验的焊缝，其外观质量 不得低于GB50236现场设备、工业管道焊 接工程施工及验收规范的II级焊缝标准； 一般钢质燃气管道的焊缝外观检验应符合 GB50236的ID级焊缝标准。焊缝的宽度以每 边超过坡口边缘 2mm为宜。(2) 渗透试验可采用渗透试验对管道焊缝进行初级试 验，发现和检查焊缝缺陷(3) 射线和超声波探伤1) 8MPa以上的高压或超高压燃气管道，所有焊缝100%全周长X射线拍片探伤，级焊缝合 格。对于管道壁厚大于或等于8mm勺焊件，可以先对焊缝进行 100%全周长超声波探伤， I焊缝级合格，然后再对所有

17、焊缝 30 %进行 全周长X射线探伤复检，II级焊缝合格。2） 中压 A埋地管道（0.4MPaA P>0.2 MPa ,燃 气管道所有焊缝100 %全周长X射线拍片探 伤，山级焊缝合格。对于管道壁厚大于或等于 8mm勺焊件，可以先对焊缝进行 100%全周长 超声波探伤，II级焊缝合格。然后再对所有 焊缝20%进行全周长 X射线探伤复检，ID级 焊缝合格。3） 中压B埋地管道（0.2 MP浴P> 5kPa）,燃气 管道所有焊缝20%全周长X射线拍片探伤， m级焊缝合格。4） 中压室内管道（0.4MPaA P> 5kPa）,燃气管 道所有焊缝100%全周长X射线拍片探伤，n 级焊

18、缝合格。对于管道壁厚大于或等于8mm的焊件，可以先对焊缝进行100%全周长超声波探伤，I级焊缝合格。然后再对所有焊缝30%进行全周长 X射线探伤复检，II级焊 缝合格。5）低压埋地管道（Pv 5kPa）,燃气管道所有焊 缝15%全周长X射线拍片探伤，ID级焊缝合 格。6）低压室内管道（Pv 5kPa）,燃气管道所有焊缝100%全周长X射线拍片探伤，m级焊缝 合格。对于管道壁厚大于或等于8mm勺焊件，可以先对焊缝进行100 %全周长超声波探伤，I级焊缝合格。然后再对所有焊缝15%进行全周长X射线探伤复检，m级焊缝合格。7）穿跨越河流、铁路、公路等的管道焊缝以及 室内地下管道（包括地下室及半地下室）焊 缝均应进行100%全周长X射线探伤，II级 焊缝合格。（4）磁粉检验对有特殊要求的燃气管道可采用磁粉探伤检查 焊缝表面及近表面细小缺陷。4结束语管道焊缝检验的各种方法各有优缺点和不同的检验 范围，在实际设计和施工过