试论天然气施工中钢管焊缝的检测方法
鲍明玮
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鲍明玮,. 试论天然气施工中钢管焊缝的检测方法[J]. 天然气进展,2023.2. DOI:10.12721/ccn.2023.157013.
摘要: 为了保障天然气的顺利传输,在管线布局过程中,常需要以电焊的方式进行不同管道之间的连接,以此产生的钢管焊缝对施工技术水平的要求更高,为了避免由于焊接缺陷引发的天然气泄露问题发生,在钢管焊接施工完成后,还需要进行焊缝检测,以判定焊缝是否无缺陷,满足天然气后续施工标准。现下钢管焊缝检测方法种类较多,有超声波、射线、涡流、渗透、磁粉等检测方法。
关键词: 天然气管线;钢管焊缝;焊缝检测
DOI:10.12721/ccn.2023.157013
基金资助:

钢管焊缝检测通常为无损检测,应用物理方法检测焊缝缺陷,涉及到光学、声学、电磁学、原子等物理学科知识,结合计算机、通讯等信息化技术,在机械设备的支持下,应用于天然气长输管线、高中压输气管线等钢管焊缝的检测中,是施工质量的有效保障。由于钢管焊接对牢固耐久和严密性方面要求严格,因此焊缝检测至关重要。

1.天然气施工中钢管焊缝常见的检测方法

1.1超声波检测

超声波只能依靠介质传播,声束特兴奋方向的集中性能好,通过调整超声波频率,可加强指向性有利于焊缝探伤,且传播能量大距离远,对各类钢管材料具有较好的穿透力。超声波在不同介质中的传播速度有所差异,当钢管焊缝中有缝隙时,缝隙中会充满空气,当超声波经由空气介质时,原有整齐的波纹就会被影响或者破坏,超声波检测就是利用超声波的特征实施焊缝无损检测的方法。无论是钢铁还是有色金属或者非金属,均可使用该种方法,适应性强灵敏度高,由于超声波设备体积较小,轻便且成本低廉,因此广泛应用于生产车间、室外、水下等各类环境条件下,不限于检测对象的运行状态。超声波检测方法在细小裂缝方面的探伤处于劣势,需要在一定的条件下才能够保障检测结果的准确性。例如:钢管焊缝表面需光滑、检测人员水准需高等。

1.2射线检测

射线检测一般适用于所有材料,对检测条件要求不高,对钢管焊缝表面的粗糙程度、形状性能等无特殊要求,薄钢板焊缝也能够完成检测,可直观清晰的显示出焊缝缺陷部位的影响,对后续定性和定量、定分分析等工作的开展提供科学的参考依据。X射线探伤多应用于天然气施工中钢管焊缝的检测,尤其是小于3cm的焊缝,其检测灵敏度和结果精准度均要高于Y射线,X射线种类较多,钢管焊缝检测一般使用携带式X射线设备,又分为单周向两种,其中周向X射线设备的工作效率更高。射线检测的设备通常较为复杂笨重、成本高操作繁琐,由于穿透钢管过程中射线容易被吸收和散射,因此常受限于钢管厚度,对垂直射线方向的薄层缺陷探伤效果欠佳。需要特别注意的是,射线具有辐射对人体有害,因此在使用过程中检测人员需做好特殊安全防护。

1.3涡流检测

涡流检测独适用于导电材料,以电磁感应为检测原理,特别适用于厚度薄的钢管,无需耦合剂即可实现非接触检测,在高温检测方面极具优势。特别是在异型材料和小零件的检测方面精准度较高。例如:涡流检测时可将线圈探头绕制成各种形状,对截面为三角形、椭圆形等异性材料可随形精准检测;对小轴、螺栓、螺母等钢管相关小零件的检测具有精准性优势。通常涡流检测的探头与钢管焊缝表面的距离增大,会降低检测的灵敏度,因此需要科学控制检测距离。涡流检测设备简单易操作、检测速度快、成本低廉,可安装在机械设备中,实现钢管焊缝探伤的自动化检测。针对粗且厚的钢管,涡流检测只能够适用于表面和近表面的标准距离,导电材料内的各种杂志成分对其检测结果的干扰较大,因此不适用于粗厚钢管焊缝的深入精准检测。

1.4渗透检测

渗透检测早期适用检测频率较高的方法之一,根据显示、清洗、显像剂状态登封方法的不同,又细化为荧光法、水洗型、干粉法等诸多种类,广泛应用于工业生产的探伤检测中,在早期工厂预制钢管焊缝的生产加工环节应用广泛,不太适用于表面多孔性材料,对于除此之外的其他钢管材料应用不受限,且方法灵活、操作简单、灵活性和适应性强,不受限于钢管的几何形状和大小尺寸。例如:小钢管焊缝可直接浸入液体中进行检测;长钢管焊缝可采用刷涂或者喷涂的检测方法,可实现一次性检测出任何方向缺陷的目的。劣势是渗透检测局限于开口式表面缺陷的检测,工序较多、受检测人员技术水平的影响较大,对钢管内部、表面皮下、检验弱项等方面缺陷,重复性检测能力较低。

1.5磁粉检测

磁粉检测原理是:利用钢管(近)表面的缺陷和钢管磁导率的差异,磁化后引发材料的磁场畸变,进而在部分磁通泄露处产生漏磁场,吸引磁粉在缺陷处堆积,在适当光照条件下,以磁痕精准定位缺陷位置和形状,可精准检测出钢管焊缝的裂纹、夹渣、发纹。常见的磁粉检测方法有连续法和剩磁法。磁粉检测可直观检测出焊缝缺陷的几何形状、大小位置、缺陷程度等,为钢管性能的判定提供科学参考依据,灵敏度极高,缺陷检测精准度可达1μm,几乎不受限于钢管的几何形状和体积大小,检测快易操作,成本低廉。受物理检测原理的影响,磁粉检测仅限于铁磁性材料的检测,且只能精准发现(近)表面缺陷,宽而浅的缺陷也难以发现,可探测深度不超过1~2mm,检测后需要进行退磁和清洗养护,要求检测时试件表面不能含有其它杂质,例如:油脂、粘附磁粉的物质等。

2.天然气施工中钢管焊缝检测方法的应用

在钢管焊缝的实际检测中涡流检测方法应用较少,可能是由于焊缝表面的粗糙程度对检测结果的精准度影响较大、缺陷的种类和形状难以预判、检测灵敏度低等原因。射线和超声波检测方法实际应用较多,对焊缝内部和对接焊缝有精准的探伤效果,射线检测方法常应用于钢管焊缝的体积型缺陷探伤,而超声波检测方法对平面型和体积型两种类缺陷的探伤均有良好效果。综合考虑检测节约成本、提高效率、对人无害、易于操作、设备便携登封方面因素,在实际钢管焊缝的检测方法应用中,超声波检测方法的应用最为广泛。   

结语:近年来新建天然气管线和旧管线改造施工量激增,为各施工环节带来了新的挑战,只有应用先进的技术和方法,才能够保障天然气施工质量。以钢管焊缝为例,检测方法种类较多,自应用以来技术水平不断提升,有效提升了检测结果的精准性和科学性,操作流程趋于智能化。还需根据钢管焊缝壁厚、材质、结构、缺陷种类等方面因素,综合各检测方法优劣势,确定最终检测方法的使用种类。

参考文献:

[1]张天宇,高望,张志阳,等.管道焊缝无损检测综合方法研究[J].中国设备工程,2020(7).

[2]蒋浩泽,李为卫,谢萍,等.天然气管道用埋弧焊钢管焊缝无损检测对标分析[J].焊管,2018,41(10):55-59.

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