射线照相及其在不锈钢焊管质量检测中的应用——中外不锈钢管标准细节比较研究之六（下）

何德孚，王晶滢

（1.上海久立工贸发展有限责任公司，上海200135；2.浙江德传管业有限公司，浙江 湖州313105）

（上接2014年第10期49页）

4 X射线检验在不锈钢焊管生产中的应用

4.1 不锈钢焊管壁厚和焊接方法

除了少数例外，不锈钢管的应用设计通常不考虑腐蚀余量，其壁厚都相当小（见表6）。因此不锈钢焊管大都采用不加填充金属的GTAW（t≤3 mm）或 PAW（t≤6～7 mm）方法焊接，且采用不用垫板的单面焊双面一次成形焊接或双面焊接。在焊接过程中需要注意以下几点。

表6 国外不锈钢管标准中规定的不锈钢管的常用壁厚范围

（1）这种不加填充金属的焊接方法（autogenous welding）是获得优良耐蚀性的最佳方法。可以查到的近30项美国不锈钢焊管产品标准（见表7）中大多数都明确规定必须用这种方法焊接。这些标准中有12项同时为美国B&PVC规定的ASME SA或SB标准，其中还有5项为美国国防部准许其机构采用的（DD）标准和2项能源部核工程许用标准（NE）。

表7 按焊接方法类型划分的美国不锈钢焊管产品标准①

续表

（2）美国标准中只有3项标准规定要用加填充金属的双面或单面多道焊接熔化焊方法，另有9项标准则规定可用不加或加填充金属的单面或双面熔化焊方法，以上12项标准中只有2项同时为ASME SA标准和1项NE标准，但无一项为DD标准。可见不加填充金属的焊接方法是不锈钢焊管的主流或主导焊接方法，加填充金属只是壁厚超过6.5～7 mm时不得已才采用的方法，不加填充金属应是不锈钢焊管优选方法。

（3）美国B31.1-2010新加入的“用纵缝熔化焊管制成的部件计算最小壁厚或允许设计压力的焊缝强度折减因子”（见表8）明确指明在510～649℃高

表8 计算用带纵向熔焊缝焊管制造构件最小壁厚或许用设计压力时适用的焊缝强度折减因子訩

（1）NP表示不允许采用。

（2）未列入本表的纵缝焊管不允许在蠕变状态采用。对应本表格的这一目的，蠕变状态 （范围）的起点是指令性附录A中对应这些所涉母材非斜体字应力值末端的最高温度。

（3）本表所列焊缝填充金属焊w（C）必须小于0.05%（对Cr-Mo及CSEF钢）及0.04%（对奥氏体不锈钢）。

（4）所标材料在蠕变范围以下温度（见注（2））可以在不考虑焊后除应力（WSRF）或本表格规则条件下应用，所有其他规范规律适用。

（5）CrMo及CSEF钢的纵向焊缝作100%体积检验（RT或UT）并合格；CrMo和CSEF钢以外的其他材料见123.4（B）小节。

（6）所列WSRF温度以下，按本节规则取因子为1.0，本节附加规律及注均不适用。

（7）NORM表示焊后要求作正火处理。

（8）埋弧焊剂碱度≥1.0。

（9）SubCrit表示亚临界焊后热处理，不允许不作焊后热处理 （PWHT）,PWHT时间和温度应满足表132要求，且不允许用表132.1中PWHT替代。

（10）CrMo钢包括0.5Cr-0.5Mo，1Cr-0.5Mo，1.25Cr-0.5Mo-Si，2.25Cr-1Mo,3Cr-1Mo， 及5Cr-0.5Mo钢，其纵向焊缝应正火或正火-回火或者适合于该合金亚临界PWHT。

（11）C-0.5Mo钢纵缝熔焊结构不允许在蠕变范围内运作（见注（2）及注（4））。

（12）CSEF（蠕变强度增强型铁素体）钢包括91，92，911，122及23钢种。

（13）N+T表示正火+回火PWHT。

（14）对奥氏体不锈钢（包括800H及800HT）纵缝焊管设定WSRF如下：

温度/℃ 焊缝强度折减因子 温度/℃ 焊缝强度折减因子 温度/℃ 焊缝强度折减因子677 0.73 732 0.64 788 0.55 704 0.68 760 0.59 816 0.50

（15）这些不锈钢的特定炉号，特别是哪些藉抗回火碳化物和碳氯化物析出增强蠕变强度的钢种，焊缝热影响区可能因脆化而导致焊件在高温工作的持久失效，焊缝区的固溶热处理减轻这一敏感性。

（16）不加填充金属的不锈钢焊管只要按材料标准在焊后作固溶退火处理及无损电检验后提供的产品就确认816℃温度以下WSRF均可取1.00折减因子值。温工作条件下，只有不加填充金属的奥氏体不锈钢才能保持1.00因子，可见区分加或不加填充金属对不锈钢焊管的重要性，其原因更值得深思！

4.2 不锈钢焊管焊缝质量及常见缺陷

（1）国际上近60年生产经验表明，不加填充金属的GTAW/PAW是不锈钢焊接最稳定而缺陷最少的焊接方法，只要严格管理和控制其焊接参数，单面一次成形的GTAW/PAW不锈钢焊管一般不会出现气孔、夹渣、裂纹等缺陷。如果管理不善或操作不当，最容易发生的缺陷是背面或根部未焊透或未熔合。此外也可能发生咬边、表面纵向裂纹、夹钨及类似HFRW管毛刺的熔化金属被挤压辊挤压突出的异常毛刺现象。后者是采用双弧串列焊时电弧位置设置不当，焊速过快，熔池过长而造成的，咬边、纵向表面裂纹往往也是电流过大以追求高焊速所致，夹钨除与钨棒刀磨不当和使用时间过长外也与电流过大有关，以上除夹钨外都是出现在焊缝内外表面的，因此都可通过适当的目测检验发现。而夹钨出现的概率很小且危险性不大，表9的案例1说明，背面未焊透是此类不锈钢焊管最容易发生的疑似缺陷。高达10.7%的未焊透似乎说明该批焊缝质量检验存在严重的漏洞，但是对比表4的统计资料，说明这一结果误判的可能性很大。而表9中第2个案例的结果更证明我国不锈钢焊管质量总体上是可靠的。

表9 2013年两项目不锈钢焊管X射线照相用户复验结果汇总

（2）壁厚6.5 mm以上的不锈钢焊管通常需采用双面焊或单面多道焊，若开坡口则必须加填充金属，这样的双面或单面多道焊缝，焊缝内部的未焊透或未熔合仍然是主要潜在缺陷，而且还有出现内部裂纹的可能性，如果采用SAW、气孔、夹渣的可能性也很大，所有这些缺陷这里只能用RT或UT来检测，而微裂纹仍然根本检测不出。这可能就是表8中不锈钢直缝焊管要按加或不加填充金属区分高温焊缝强度折减因子的一个重要原因（表8中倒数第2行所指为加填充金属焊管）。

4.3 各国标准中对不锈钢焊管焊缝质量检测的规定

（1）表7所列美国所有不锈钢管产品标准只有A358和A928两项加填充金属的焊管有强制进行100%射线检测或抽检的规定；A409因可为双面焊或加填充金属，只在附加要求中列有可作射线检测的选项。

（2）其余所有不加填充金属的不锈钢焊管标准只有A312，A249和A270等含有深冷加工焊管的3个标准强制规定深冷加工前要100%射线检测的制造工艺要求（注意这并非产品检测要求），其中仅A312又在附加要求列有 ‘对双面焊管可作射线检测’的选项要求。

（3）美国B31.1和B31.3标准长期以来曾一直规定焊管只有100%射线检测合格才能取得Ej=1.0焊缝质量因子，但B31.1—2010后已改为可用RT或者UT。表8中注 （16）则更明确不加填充金属的不锈钢焊管只需经无损电检测，即ET或UT而非RT即可取1.0高温强度折减因子。B31.3虽未在表302.3.4中改动，但细读相关条文，可发现在341.4.3（C）及表K305.1.2中有实质的相同内容，类似的规定也可在EN-13480.5中找到。

（4）B31.1和B31.3等标准均指明在可能目测的前提下，内表面未焊透等缺陷都可用目测检验有效进行检测。因此文献[15]指出 “对小直径焊管的内焊缝表面质量可采用各种形式的内窥镜目测检验”是十分重要的。表9序号1中所存在的疑似未焊透缺陷只要制造厂进行有效的目测检验完全是可以排除疑问而经受得起射线照相复验的。

（5）我国GB/T 12771—2008 和 GB/T 21832—2008两项不锈钢焊管标准一方面参照美国的A/SA312和A928标准把加填充金属的焊管分为5类；另一方面又简单地效仿欧洲EN-10217-7标准同时把不加填充金属的焊管列为第6类，虽并未强调后者是否要作射线检测，但这样的排列是否恰当值得商榷。

（6）日本的不锈钢焊管标准中只有两项管道用管（JISG 3459—2012和 G 3468—2012）在附加要求中有按JISZ 3106附录4要求作射线检测的选项。表4汇总的资料从侧面说明只有加填充金属的多道次不锈钢焊管才是X射线照相检测的对象。

5 不锈钢焊管射线照相检测方法和评判相关标准

美、欧和我国目前都没有不锈钢焊缝射线照相检测的专门标准，日本却有一个针对奥氏体不锈钢焊缝射线检测的专业标准JISZ 3106，欧洲还有一个针对钢管射线检测的专业标准EN ISO 10893-6。这些标准许多方面都是一致的，但也有某些细节差异，反映出各国对焊管X射线照相检测认识还很不一致。

5.1 JB/T 4730.2—2005和JISZ 3106：2001的细节差异

表9两个案例分别注明按这2个标准执行或验收，实际上跟它们的下列细节差异有关：

（1）JB/T4730.2规定可采用双壁单影作焊管纵缝X射线照相检测并规定有IQI指数，其数值与 GB/T 3323—2005和 GB/T 23901.4—2009基本相同。JISZ 3106并未指明不锈钢管纵缝可采用双壁单影成像的IQI指数或线径，而在其附录1的说明中指明焊管纵缝是应采用单壁穿透成像的，因此表9中案例2只注明按该标准验收，其IQI指数等实际是按JB/T 4730决定的。

表10 JISZ 3106：2001中X射线照相瑕疵影像的评级规定①

（2）JB/T 4730.2规定未焊透和裂纹等缺陷一经确认都是不合格品，这与美国ASME BPVC和欧洲钢管检测标准相同的高标准要求。JISZ 3106则在附录4中用表格规定允许有一定尺度以下的此类瑕疵（见表10），而且JISG 3459：2012和G 3468:2012两项不锈钢管道不锈钢管标准规定焊管纵缝的射线检测按此标准执行。这是否说明日本对不锈钢管焊缝射线检测要求并不十分严格或者这是更合理的评判准则，值得探讨。

（3）JB/T 4730.2规定按标称壁厚确定X射线管电压和IQI线径，JISZ 3106则要乘以壁厚系数，包括316L等含Mo钢种要乘以1.06钢种系数后确定管电压及IQI，这些差异实际可能导致射线照相参数选择及结果评定的不同。

5.2 欧美钢管射线照相检测差异

欧美钢管射线照相检测差异都认同奥氏体不锈钢跟碳素或低合金铁素体钢相同，对于钢管射线照相所能查到的是：

（1） 美国只在 AWSD1.6： 2007和AWSD1.1：2010中规定有钢管结构射线照相采用线型IQI时最大线径（见表5），其数值大于GB/T 4730.2中源侧和胶片侧所要求数值。JISZ 3106附录中所指P1和P2级数值与此相呼应，这是否意味着美标确认双壁成像的照相质量总是较差的。

（2） EN ISO 10893-6:2011 的前身 ISO 12096：1996曾规定：“几何条件不允许采用单壁成像时可采用双壁技术”，新版为什么要改为“采用双壁成像需经双方商定”，其背景和含义值得关注。

（3）ASTM A312/A312M规定对双面焊管‘应按ASME BPVC中UW-51条款作X射线照相检测’，但对双壁成像照相IQI指数 （即成像质量要求）却并不明确，严格地讲JISZ3106（表10）的要求是不符合UW-51的。

以上所反映的是各国对钢焊管纵缝，尤其是不锈钢焊管纵缝双壁透射成像射线检测认识上存在明显的分歧，实质也是许多标准对此未作明确规定，和EN ISO 10893-6:2011要对ISO 12096：1996作出修正的原因。因此采用单壁成像是目前最合理的选择，至少在发生争议时应采用单壁成像以获取尽可能清晰成像进行校验。值得注意的是，1985年全球不锈钢产量不足800×104t，其中93%是日本、美国、欧洲生产的，日本以265×104t占据首位。 文献[11－13]就是在这一背景下进行的探索。目前我国不锈钢年产量已突破1 600×104t，对不锈钢焊缝和焊管X射线检测中尚不十分清晰的问题应进行更深入的研究并制定出更确切的标准。

6 小结和建议

（1）已有60余年应用历史的X射线照相是检测焊缝内部缺陷的有效方法，但其检测质量受胶片品质、拍洗操作及评片人资质和经验等众多因素制约，即使在胶片质量十分可靠的前提下也应充分考虑目测检测等其他NDT方法的配合才能作出不合格的判定。

（2）壁厚6.5 mm以下不加填充金属的GTAW或PAW单道双面一次成形焊接的不锈钢焊管，尤其是奥氏体不锈钢焊管的主流产品，只要有效掌控焊接设备及操作参数并经过严格的目测、涡流或超声检测，其焊缝质量是完全可以保障的，这些焊管一般都不必进行X射线检测。对小直径焊管采用内窥镜或计算机视觉等有效目测检测远比X射线检测可靠，且经济、环保。

（3）壁厚6.5 mm以上的不锈钢焊管通常采用加或不加填充金属的GTAW或PAW双面或单面多道焊，壁厚10.5 mm以上的厚壁管若开坡口则必须加填充金属且多采用SAW方法，这类焊管必须进行X射线照相检测，但目测检测、超声检测往往仍然是不可缺少的。

（4）面心立方晶的奥氏体不锈钢焊缝很容易因晶粒粗大而在X射线照相中产生反映晶粒生长方向的晶体衍射斑纹，也可因树枝晶间的偏析、多孔性、微裂纹等晶界固有的不连续性而生成跟晶界相关的斑纹，前者会降低射线照相的对比度，后者则很容易误判为未焊透、未熔合或裂纹的假像。两者都使奥氏体不锈钢焊缝射线照相缺陷判定更为困难。

（5）奥氏体不锈钢焊缝X射线照相中出现的羽毛状、斑点状和线状斑纹主要是和树枝晶生长形状有关晶界偏析和多孔性等晶界不连续性的反映，但同时也受晶体衍射的影响。虽然后者可以通过改变管电压和铅箔屏蔽等方式加以消除或减小，还可以通过改变射线方向等加以识别，但实际两者的识别并非总是能通过这些简单方法实现的。实际应用中判别这些斑纹是否是缺陷主要还是靠积累经验，其中包括建立必要标样图谱或数据库，并结合目测和超声检测。

（6）双壁穿透成像的射线照相灵敏度降低，使不锈钢焊缝射线照相斑纹和缺陷图像识别难度加大，因此不锈钢焊管纵缝射线照相检测应尽可能采用单壁成像照相。

（7）2013年两批不锈钢焊管X射线照相复验结果表明， “衍射斑纹”是干扰检测评判的主要问题。虽然根据现有资料和经验，这些复验所反映的国产不锈钢焊管质量总体上是可靠的，但也不可忽视由此造成的误判或漏判的潜在可能性。

（8）可以查到的 “衍射斑纹”资料很少且观点不尽一致，为使我国不锈钢焊管质量检测水平踏上更高水平，应加强与此相关的基础研究。

（9）ASTM E1316-13d至今未列入 “衍射”和 “斑纹”术语条目，欧美射线检测标准亦从未触及 “衍射斑纹”问题，这意味着它是完全可清除的假象呢或者本身就是一个伪命题，抑或还有其他隐情。联系国际上对射线照相及胶片品质不断完善的新标准及评判方法，不锈钢焊缝射线照相的清晰度、对比度该如何把握，这些都是值得廓清的理论和实际应用问题。

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