高压三通焊缝检测技术分析

2015-08-11祝俊斐

中国高新技术企业 2015年30期

摘要：石油、化工、火力发电行业都离不开油气输送管道，在这些管道中高压三通极为常见。管线工程中高压三通通常采用焊接形式进行连接，焊缝质量对高压三通以及整个输送管道都有着极为关键的影响。文章分析了高压三通焊缝的检测方法，包括磁粉探伤、着色探伤、超声波检测法，并对超声波检测方法的技术要点进行了分析。

关键词：高压三通；焊缝检测技术；磁粉探伤；着色探伤；超声波检测；油气输送管道文献标识码：A

中图分类号：TH39 文章编号：1009-2374（2015）30-0065-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.30.034

1 概述

现代社会中石油化工业、发电行业等行业都离不开输送管道，在输送管道中高压三通这一连通形式比较常见，高压三通实现了石油、天然气等的多向输送，在输送管道中起着极为关键的作用。实际应用中高压三通通常采用焊接的形式实现主管与支管之间的连接。由于使用环境的特殊性，高压三通的焊缝会一直在高温、高压、腐蚀性环境中工作，这些工作环境会导致焊缝产生裂缝等问题，裂缝产生后高压环境还会加速其进一步发展，因此，需要对高压三通的焊缝进行100%的无损探伤检测。不同于一般形式的焊缝，高压三通的焊缝形式往往比较特殊，并且由于高压管道的壁厚通常较大，一般情况下能够达到20～30mm，对这种厚度较大的管道上的焊缝进行检测的重点和难点在于如何经济有效地对其内部损伤进行检测，这种焊缝形式的表面探伤用磁粉探伤及着色探伤技术就可以很好地实现，对于焊缝内部损伤通常采用射线探伤方法，但这种检测技术的检测费用比较高，并且操作过程极为复杂。现阶段，超声波检测技术已得到良好的发展，其技术已较为成熟，这种检测方法具有经济实用、易于操作的优点，因此超声波检测技术在高压三通焊缝检测工作中的应用越来越广泛。

2 高压三通焊缝产生缺陷及损伤的主要原因

高压三通焊缝产生缺陷和破损问题是由内因及外因等多种因素导致的，研究表明，高压三通焊缝的结构形式、焊缝所处位置以及其所处的高温、高压、腐蚀性环境都是导致高压三通产生缺陷和损伤的原因，现对上述因素进行详细阐述。

2.1 焊缝结构形式的影响

高压三通焊缝不同于一般的焊缝形式，这种焊缝的断面尺寸较一般焊缝更大，在高压三通的焊接过程中，管道由于自重等原因会发生一定的变形，焊接处会出现塑性变形和组织转变现象，这些现象会在高压三通内部产生内应力，同时高压三通有时会采用非对称焊接的焊接形式，这使得焊缝处的内应力更大。当内应力存在的情况下，焊缝的结构形式使得焊缝的某些位置会出现应力集中现象，这些位置通常较易发生损伤破坏。

2.2 三通焊接所处位置复杂

实际焊接过程中会发现三通焊缝所处的位置较为复杂，这使得焊接过程中的焊接方向要逐点进行变化，这种焊接方式会给焊接工作带来极大的不便和困难，在这种焊接施工条件下便容易产生焊接缺陷问题；另外，三通管道的接合处焊缝是一条马鞍形的空间曲线，这就造成在焊接过程中很难保证按照规定的对口间隙和角度进行焊接，对口不准确是造成焊接缺陷的主要原因，在对口不准确的情况下容易出现焊接根部无法焊透、烧穿以及焊缝根部出现裂纹等问题。

2.3 所处环境的影响

如果焊接过程中焊缝存在缺陷，加之高压三通管道一直长期处在高压、高温以及腐蚀等恶劣条件下，同时焊缝部分存在应力集中现象，这就使得高压三通焊缝容易产生破坏问题。

3 高压三通焊缝检测技术

由于高压三通管道的壁厚通常较厚，所以高压三通检测时比较常用的检测方法是超声波探伤检测法，这种方法可以有效地检测焊缝根部以及焊缝内部的焊接质量，同时可用于对原有焊缝缺陷发展情况检测，从而确定焊缝的根部以及焊缝内部有无裂纹产生。对高压三通焊缝进行表面检测也比较重要，通常情况下高压三通焊缝的材质是铁磁性材料，所以对高压三通焊缝进行表面检测时应首选磁粉探伤检测法。另一种焊缝表面检测方法是着色探伤检测法，这种方法在实施前应将焊缝的焊波打磨光滑，着色探伤方法比较适用于检测焊缝表面的开口缺陷情况，用其检测焊缝表面的裂纹时检测过程具有很高的灵敏度。

3.1 超声波探伤检测法

3.1.1 探测面的确定。当对高压三通焊缝进行超声波探伤检测时，其探测面应该选择在支管的外表面，这种探测面选择方式有以下三方面原因：一是焊缝的坡口面开在支管上，当在支管外表面进行探伤时一次波和二次波的声束均能有效地入射到焊缝内部。如果将探测面选在主管上，则探伤过程中一次波的声束便无法入射到焊缝的内部；二是通常情况下支管的管壁厚度要小于主管的管壁厚度，将探测面选在支管上检测过程中声波的衰减较小，这样可以准确地确定焊缝缺陷；三是大量的高压三通焊缝检测结果表明，缺陷大多出现在焊缝的根部以及熔合面部位，将探测面选在直观外表面更容易发现这类缺陷。

3.1.2 斜探头的选用。当使用超声波探测方法对高压三通焊缝进行检测时，当高压三通的主管和支管的内径比较小时，内径尺寸无法满足将直探头直接伸进高压管道内进行探伤检测的要求，这时利用直探头纵波在管外检查高压三通焊缝质量则更不适用，因此对内径较小的高压三通管道进行超声波探伤检测时只能采用斜探头横波来检测其质量。

第一，合理确定探头的频率。对高压三通进行超声波探伤时，探头的频率大小将直接影响着探测的灵敏度和分辨率，探头的频率越高，探测过程的灵敏度和分辨率也就越高，探测指向性好，这对焊缝探伤来说都是有利的，但探头的频率也不是越高越好，探头频率高时其近场区长度大，衰减也大，这又给焊缝探伤带来不利影响，因此探伤过程应综合各种因素选取探头频率，通过多年实践经验，笔者认为高压三通焊缝检测所用探头的频率为2.5MHz较为合理。

第二，合理确定晶片尺寸。探头的晶片尺寸与频率的配合也是检测过程中需要着重考虑的，选用时应兼顾近场长度N值和扩散角的大小，高压三通焊缝支管的曲率通常较大，为了减少藕合损失宜选用小晶片探头。

第三，K值的选择原则为：保证主声束能够扫查整个焊缝截面；尽量使主声束中心线垂直于主要危险性缺陷。通过总结实际检测工作，在焊缝根部以及坡口边缘较容易存在缺陷，且缺陷性质多为平面状缺陷，因此检测过程应使声束基本垂直坡口。

3.1.3 耦合补偿。由于管道的曲率较大，这使得探头与管道的吻合面积小，这样声束发射的能量便无法全部入射到管壁。为了尽量使实际探伤的灵敏度与试块上的灵敏度一致，则应进行耦合补偿。

3.2 磁粉探伤表面探伤

3.2.1 探测面的修整。磁粉探伤对探测面有一定的要求，探测面应去除铁锈、氧化皮、油脂等其他粘附磁粉的物质，同时表面应尽量规则，以免影响检测结果的准确性。

3.2.2 实施检验。完整的磁粉探伤检测过程通常包括磁化→施加磁粉→观察记录磁痕→评价缺陷→退磁→后处理。

3.3 着色探伤

3.3.1 表面准备和预清洗。检测过程应保证被检测表面不应有影响着色探伤的铁锈、铁屑、氧化皮、焊接飞溅、毛刺以及各种防护层，同时被检测的表面的粗糙度应满足检测要求。

3.3.2 实施检验。着色探伤一般步骤为施加着色剂→去除多余着色剂→干燥→施加显像剂→观察及

评定。

4 结语

本文对高压三通焊缝检测技术进行了详细阐述，包括表面检测技术、焊缝根部检测技术、内部检测技术，着重分析了超声波检测技术在高压三通焊缝检测中的应用，希望本文的研究对高压三通焊缝检测技术有一定的推动作用。