《不锈钢复合焊接钢管》Q/JZS 16—2012企标中焊缝无损检测方法的首选*

林春明，杨伟芳，钱利雄，卞忠景，李来忠

（浙江金洲管道工业有限公司，浙江 湖州 313005）

不锈钢/碳钢双金属复合管是20世纪后期发展起来的一种新型复合焊接钢管，近年来在生产生活的各个领域得到了越来越广泛的应用。鉴于市场需要，浙江金洲管道工业有限公司（以下简称金洲管道）开始开发并制造不锈钢/碳钢双金属复合管。双金属复合管的复层为不锈钢，满足腐蚀环境输送或接触介质的要求，该层厚度为管壁厚度的10%～30%；基层为满足管材力学性能要求的普通碳素钢和低合金钢，使用热轧冶金复合钢板，并经冷弯成型和复层、基层双道焊接成复合钢管。采用该工艺流程可以大幅降低复合管材的材料成本和单位综合耗能，具有重要意义。

国内对于中等厚度双金属复合板的焊接技术相对成熟。比如GB/T 13148—2008《双金属复合板焊接技术的要求》对复合层厚度≥4mm的双金属复合板焊接坡口的选择、焊接的要求、焊接的工艺评定试验以及焊后的质量检验均作了相应规定。但对于薄层和超薄层双金属复合板的成型及埋弧焊焊接工艺技术，尚没有成熟的焊接工艺和验收规范。

金洲管道以经过热轧冶金复合的不锈钢/碳钢复合卷板为原料，开发出不锈钢/碳钢薄层和超薄层复合的螺旋缝埋弧焊焊接钢管以及直缝埋弧焊焊接钢管的新产品。Q/JZS 16—2012《不锈钢复合焊接钢管》（以下简称Q/JZS 16）企业标准就是为该新产品制定的，其中无损检测虽然所占篇幅不大，但直接关系到产品的生产、质量和销售，以及发展前景，因此十分重要。笔者作为此标准中无损检测的主要起草人之一，阐述一下在这方面的思考和选择。

1 Q/JZS 16无损检测首选射线检测的原因

射线检测和超声波检测是焊管制造中焊缝检测最主要的两种无损检测方式。

射线检测的特点和局限主要表现在以下几个方面：①检测结果有直接记录；②可以获得缺陷的投影图像，缺陷定性定量准确；③体积性缺陷检出率很高，面积性缺陷的检出率则受到多种因素影响；④适宜检验较薄工件而不适宜较厚的工件；⑤适宜检测对接焊缝，检测角焊缝效果较差，不宜检测板材、棒材、锻件；⑥有些试件结构和现场条件不适合射线检测；⑦对缺陷在工件中厚度方向的位置以及尺寸（高度）的确定比较困难；⑧检测成本高；⑨射线照相检测速度较慢（实时成像另当别论）。

超声波检测特点可概括为：①面积性缺陷的检出率高，而体积性缺陷的检出率较低；②适合检验厚度较大的工件，不适合检验较薄的工件。③应用范围广，可用于各种试件；④检测成本低、速度快，仪器体积小、质量轻，现场使用较方便；⑤无法得到缺陷直观图像，定性困难，定量精度不高；⑥检测结果无直接见证记录；⑦对缺陷在工件厚度方向上的定位较准确；⑧材质、晶粒度对探伤有影响；⑨工件不规则的外形和一些结构会影响检测；⑩不平或粗糙的表面会影响耦合和扫查，从而影响检测精度和可靠性。

射线检测和超声波检测各有特色，被广泛应用于钢管的焊缝检测。但不锈钢复合焊接钢管由于是异种钢焊管，焊缝如果采用超声波检测，存在诸多难点。首先，由于奥氏体不锈钢粗大柱状晶粒结构以及组织不均匀等特点，超声波在传播过程中会产生较大的衰减和散射，探头超声声场的一些基本特性和声场规律也发生变化，主声束发生畸变等，引起较高的本底噪声使信噪比大为降低，采用常规探头进行奥氏体对接焊接接头存在较大难度。其次，作为异种钢，因其各自的声阻抗和声速不同，在结合界面处发生变化，导致声速传播方向偏离，这时探头折射角值会发生变化，给缺陷定位造成误差，焊缝返修目标性存在偏差。第三，对于不锈钢/碳钢复合管这样异种钢的焊缝来说，不仅材料的各向异性导致探伤效果差，而且两种不同钢材没有办法选取一个共同的人工试块反射体作为检测灵敏度和判断依据，超声波检测问题比较复杂。相比之下，射线检验则几乎适用于所有材料，在许多金属材料上使用均能达到良好的效果。

在不锈钢复合钢管制造过程中，也印证了上述理论分析。因此，射线检测作为首选的检测方法写入了企业标准Q/JZS 16—2012，其原因是射线检测几乎不受不锈钢材料晶粒度的影响，而且对不锈钢/碳钢复合管的焊接检测结果令人满意。

2 各个标准中焊缝检测方法的选择

首先，必须指出GB/T 9711—2011《石油天然气工业管线输送系统用钢管》（以下简称GB/T 9711）和API SPEC 5L(第45版）标准中的焊缝检测直接倾向于用超声波的检测方法。各自标准附录E（规范性附录）非酸性或非海上服役条件下钢管的无损检验方法几乎相同，见表1（API SPEC 5L中表E.1钢管焊缝无损检验）。

在使用射线检测和超声波检测这两大无损检测的方法上，标准API SPEC 5L（第45版）和标准GB/T 9711直接倾向于超声波检测。SAW（埋弧焊）钢管有明确要求的，也就是超声波检测方法必须实施和执行的。但对于射线检测方法而言，如果（双方）有协议，就要按协议做。

表1 API SPEC 5L中表E.1钢管焊缝无损检验

奥氏体不锈钢的结构特点以及不锈钢/碳钢复合钢管焊缝的特点决定了超声波检测焊缝存在较大的问题和难度。所以，Q/JZS 16企业标准根据实际情况，如果购方没有要求，就采用射线检验对焊缝的均匀性进行检验。其方法是：X射线直接透过焊缝材料，在射线检验的胶片上产生适合的影像，或者在证明具有要求的灵敏度下，在其他X射线成像介质产生适合的影像。不锈钢/碳钢复合钢管作为可以满足不同流体输送和气体输送的压力管道及受力结构件，首选选用射线检验法检验焊缝是否能达到保证质量的要求。

在此对国内外相关标准中关于焊缝检测的方法进行比较和分析。

（1）GB/T 9711.1—1997《石油天然气工业管线输送钢管交货条件第1部分：A级钢管》（以下简称GB/T9711.1—1997），其在8.10.11.1检验方法中规定：埋弧焊管应采用射线方法，按照8.10.11.2的规定进行检验，上述检验应为全长检验。

GB/T 9711.1—1997由于应用时间较长，现已被GB/T 9711—2011《石油天然气工业管线输送系统用钢管》所代替。然而至今不少业主依旧要求他们所购焊管使用GB/T9711.1—1997，该标准在射线和超声波两大无损检测方法上是比较看重射线检测的。在做这类标准埋弧焊管的时候，如果没有技术协议，按照此标准只采用射线检验一种方法检测。

（2） EN 10217-1：2002 和 EN 10219-1：2006是欧洲钢管的两项标准，也是英国国家标准。EN 10217-1：2002中11.11.2规定：对于SAW钢管的焊缝检验应符合EN 10246-9中的三级或EN 10246-10中的影像质量R2要求，钢管管端的焊缝不采用自动检测的方法，根据EN 10246-9进行手动或半自动检测，或根据EN 10246-10进行X射线照相或被截除。EN 10219-1：2006中9.4.3规定：埋弧焊型材的焊缝检测应该依据标准EN 10246-9进行，验收等级U4，或者根据EN 10246-10进行放射性检测，并且满足成像品质等级R2。

以上这两项欧洲钢管标准，在对埋弧焊管无损检测要求时，超声波检测和射线检测可以任选一项。EN 10246-9是用于埋弧焊钢管径向和/或横向缺欠的超声波检测标准，EN 10246-10是埋弧焊钢管焊缝缺欠的射线检测标准。

（3） 《蒸汽锅炉安全技术监察规程》（1996）这样规定：①额定蒸汽压力小于或等于0.1 MPa的锅炉，每条焊缝应进行10%射线探伤（焊缝交叉部位必须在内）； ②额定蒸汽压力大于0.1 MPa且小于或等于0.4 MPa的锅炉，每条焊缝应进行25%射线探伤（焊缝交叉部位必须在内）；③额定蒸汽压力大于0.4 MPa且小于2.5 MPa的锅炉，每条焊缝应进行100%射线探伤；④额定蒸汽压力大于或等于2.5 MPa且小于3.8 MPa的锅炉，每条焊缝应进行100%超声波探伤至少25%射线探伤，或进行100%射线探伤，焊缝交叉部位及超声波探伤发现的质量可疑部位应进行射线探伤；⑤额定蒸汽压力大于或等于3.8 MPa的锅炉，每条焊缝应进行100%超声波探伤加至少25%射线探伤，焊缝交叉部位及超声波探伤发现的质量可疑部位必须进行射线探伤。

可见上面的①～③都是100%射线探伤，在④中蒸汽压力 2.5～3.8 MPa以内的锅炉，可100%射线探伤，亦可100%超声波探伤加25%射线探伤。新增这一档，有关方面解释是为了使不同企业按照自己的设备情况，在保证质量的前提下，自由选择不同的探伤方法和比例。至于额定蒸汽压力大于或等于3.8 MPa的锅炉，每条焊缝应进行100%超声波探伤加25%射线探伤，也有人提出100%射线探伤加25%超声波探伤，有关方面解释是考虑到锅炉大厚壁的情况下，超声波探伤的灵敏度要高于射线，且经济性较好，现一般都采用此种探伤配比。

（4） 《压力容器安全技术监察规程》（1999）第86条压力容器焊接接头检测方法的选择要求如下：①压力容器壁厚小于等于38mm时，其对接接头应采用射线检测；由于结构等原因，不能采用射线检测时，允许采用可记录的超声检测。②压力容器壁厚大于38mm，但在大于20mm且使用材料抗拉强度规定值下限大于或者等于540 MPa时，其对接接头如采用射线检测，则每条焊缝还应附加局部超声检测；如采用超声检测，则每条焊缝还应附加局部射线检测。无法进行射线检测或超声检测时，应采用其他方法进行局部无损检测。附加局部检测应包括所有的焊缝交叉部位，附加局部检测的比例为本规程第84条规定的原无损检测比例的20%。③对有无损检测要求的角型接头、T型接头，不能进行射线或超声检测时，应做100%的表面检测。④铁磁性材料压力容器的表面检测应优先选用磁粉检测。⑤有色金属制压力容器应尽量采用射线检测。

此规程以壁厚38mm为界选择无损检测方法，压力容器壁厚小于等于38mm时，其对接接头应采用射线检测；38mm厚度以下焊缝采用射线检测的可靠性不言而喻。

3 结 语

射线检测和超声波检测都是比较成熟的检测方法，无论选用哪一种检测方法，或者两者并用，各行各业各个标准都有自己的选择和应用。Q/JZS 16企标首选射线检测，是因为不锈钢/碳钢复合钢管焊缝的超声波检测存在诸多复杂的难点，而射线检测的特点决定了不锈钢/碳钢复合钢管焊缝对检测结果的影响不大，所以把射线检测作为首选检测方式写入了Q/JZS 16。除此之外，Q/JZS 16企标虽然首选射线检测，但并不拒绝超声波检测，Q/JZS 16中有补充说明，即如果供需双方有协议，可以做超声波检测。

［1］王晓雷.承压类特种设备无损检测相关知识［M］.2版.北京：中国劳动社会保障出版社，2007.

［2］强天鹏.射线检测［M］.2版.北京：中国劳动社会保障出版社，2007.

［3］林春明.螺旋埋弧焊管管端X射线拍片探伤重要性的分析［J］.焊管，2007，30（02）：80-82.

［4］API SPEC 5L（第 45 版），管线钢管规范［S］.

［5］GB/T 9711—2011，石油天然气工业管线输送系统用钢管［S］.

［6］GB/T 9711.1—1997，石油天然气工业输送钢管交货技术条件第1部分：A级钢管［S］.

［7］EN 10217-1：2002，压力焊接钢管交货技术条件第1部分：规定室温特性的非合金钢管［S］.

［8］EN 10219-1：2006，精粒结构钢和非合金冷型焊接结构型材技术提交要求［S］.

［9］劳动部.蒸汽锅炉安全技术监察规程（1996）［DB/OL］.http：//wenku.baidu.com/view/b74821cca1c7aa00b52acb 3e.html.

［10］国家质量技术监督局.压力容器安全技术监察规程（1999）［DB/OL］.http：//wenku.baidu.com/view/5ed6fb 9a51e79b89680226a6.html.