油气田管道焊缝射线底片评定级别速查法

2018-04-26裴润有刘保平

石油工程建设 2018年2期

裴润有，刘保平

1.中国石油长庆油田分公司技术监测中心，陕西西安 7100182

2.石油天然气长庆工程质量监督站，陕西西安 7100182

射线检测是评判油气田管道焊接质量最重要的方法之一，一般采用SY/T4109-2013《石油天然气钢质管道无损检测》标准（以下简称SY/T4109），但射线检测人员培训取证一般采用标准NB/T 47013.2-2015《承压设备无损检测第2部分：射线检测》（以下简称NB/T47013）。两种标准相比，SY/T4109中的缺陷种类分类更多一些，而且各级别允许存在的缺陷尺寸也有较大不同，这给刚取得Ⅱ级射线检测证和经常使用NB/T47013检测标准的Ⅲ级人员从事油气田管道射线底片评定带来了一定的困扰，导致评片时间增加，有时甚至影响施工进度。为此，本文通过对两种标准所规定的各类缺陷尺寸的评级进行了比较分析，以使初入油气田从事管道焊缝射线底片评定的Ⅱ、Ⅲ级人员能加深对两标准差异性的理解。同时笔者通过多年来的实际工作经验，对油气田常用规格的管道焊缝射线底片各级别所允许的缺陷尺寸进行了计算汇总，并用表格的形式列举出来，以便于评片量大时或缺陷种类繁多时直接查表评级。

1 两标准中不同缺陷的评级比较分析

标准NB/T47013将承压设备管子及压力管道熔化焊环向焊接接头射线底片的缺陷分为裂纹、未熔合、未焊透、条形缺陷、圆形缺陷、根部内凹和根部咬边等七类[1]，而SY/T4109除以上七类缺陷外，增加了烧穿缺陷的评定[2]。

1.1 评定级别相同的缺陷

1.1.1 裂纹

裂纹按延伸方向可分为纵向裂纹、横向裂纹和辐射状裂纹。按发生部位可分为焊接裂纹、热影响区裂纹和熔合区裂纹，如果底片上出现裂纹，两标准均规定评为Ⅳ级。

1.1.2 评定区多个圆形缺陷

对于圆形缺陷的评定区大小、缺陷点数换算、不计点数的缺陷尺寸，两标准的规定是一致的。在圆形缺陷的质量分级中，各级别允许的缺陷点数也是一致的。但对于壁厚5～10 mm的管道焊缝圆形缺陷的评定，NB/T47013要严于SY/T4109，例如对于D 219 mm×7 mm的管道焊缝底片，在圆形缺陷评定区出现D 2 mm×1 mm＋D 1 mm×3 mm的圆形缺陷时，两标准规定均换算为5点，用NB/T47013评定可为Ⅲ级，但用SY/T4109评定则为Ⅱ级，说明管道壁厚在5～10 mm区间的焊缝圆形缺陷评定时，NB/T47013稍严一些。但对于壁厚2～5 mm和15～25 mm的管道焊缝，圆形缺陷的评级则完全一致。

1.2 SY/T4109缺陷评定严格于NB/T47013

对于圆形缺陷，SY/T4109规定直径大于T/3（T为壁厚）时评为Ⅳ级，而NB/T47013规定直径大于T/2时评为Ⅳ级，相比而言，SY/T4109要严格许多，例如对于φ219 mm×7 mm的管道焊缝底片中，若出现直径为2.5 mm的圆形缺陷，则评定为Ⅳ级，但用NB/T47013评定同样尺寸的缺陷，评定为Ⅱ级。这表明SY/T4109对于单个圆形缺陷尺寸非常严格，稍不留意就会出现返修片。

1.3 SY/T4109缺陷评定宽松于NB/T47013

1.3.1 条形缺陷

对于条形缺陷，SY/T 4109规定宽度不得超过2 mm，否则不管缺陷长度多少一律评为Ⅳ级，NB/T 47013对于条形缺陷的宽度无要求。

对于单个条形缺陷长度和缺陷总长，SY/T4109规定以外径89 mm为界，小于等于89 mm的管道称为小径管，它与外径大于89 mm的管道对于条形缺陷评定是有区别的。SY/T4109对其质量分级见表1，其中L指管道焊缝周长（下同）。

而NB/T 47013对于单个条形缺陷最大长度与一组中条形缺陷累计最大长度的限制要严于SY/T 4109。NB/T 47013对于条形缺陷的分级见表2，其中l是指该组条形缺陷中最长缺陷本身的长度。

表1 SY/T4109对条形缺陷的质量分级

表2 NB/T47013对条形缺陷的质量分级

如图1所示对于D 89 mm×5 mm管道的焊缝，若出现两条间距为10 mm的条形缺陷（l1和l2），按照SY/T4109可评定为Ⅱ级；但若用NB/T47013进行评级，则为Ⅳ级。

图1 小径管条状夹渣缺陷示例

1.3.2 未熔合

SY/T4109将底片中的未熔合分为两类，分别为夹层未熔合[3]和根部未熔合，且Ⅱ、Ⅲ级焊缝中是允许存在的，夹层未熔合评定如表3所示，根部未熔合的评定如表4所示。而无论何种未熔合，NB/T 47013是不允许存在的，一旦出现即为Ⅳ级。

1.3.2.1 小径管夹层未熔合单个长度与累计长度的限值讨论

如油田最常用的D 48 mm×5 mm的注水管道，根据表3所规定的单个夹层未熔合Ⅱ级允许长度≤8 mm，而累计总长度标准规定为：≤5%L，且不应超过12 mm；Ⅲ级允许单个长度≤13 mm，而累计总长度标准规定为：≤8%L，且不应超过20 mm。

表3 夹层未熔合的质量分级

表4 根部未熔合的质量分级

如对D 48 mm×5 mm的注水管道射线底片，对于Ⅱ级：单个长度≤8 mm，累计总长度≤5%L，且不应超过12 mm，则：5% ×48π＝7.5 mm （小数点后保留1位）；对于Ⅲ级：单个长度≤13 mm，累计总长度≤8%L，且不应超过20 mm，则：8%×48π＝12.1 mm（小数点后保留1位）。

显然Ⅱ、Ⅲ级焊缝中允许的夹层未熔合其单个长度值大于累计总长度值，在实际上是矛盾的。为满足标准对单个长度与累计总长度的要求，应以累计总长度为允许值来确定单个夹层未熔合的长度，这样才能满足标准的要求。

同理，对于气田常用的注醇D27 mm×4/5 mm的管道也是属于这种情况，在此不再赘述。

1.3.2.2 小径管根部未熔合、根部未焊透及错边未焊透的限值讨论

SY/T4109将根部未熔合、根部未焊透及错边引起的未焊透Ⅱ、Ⅲ级焊缝允许的缺陷尺寸归为同一允许值，如表4所示，现以φ27 mm×5 mm的注醇管道为例来说明。

Ⅱ级允许单个长度≤5 mm，累计总长度≤5%L，但最大不应超过10 mm，那么5%×27π＝4.2 mm（小数点后保留1位）；Ⅲ级允许单个长度≤7.5 mm，累计总长度≤8%L，但最大不应超过15 mm，即：8%×27π＝6.8 mm（小数点后保留1位）。

按照标准规定，通过计算得知允许单个长度值大于累计总长度值，为了满足标准对单个长度和累计长度的要求，应以最小值为二者的允许值。

1.3.3 未焊透

未焊透就是指接头根部未完全熔透的现象，中间未焊透指双面焊时接头根部出现的未焊透；对于单面焊，未焊透指在无错边的情况下，母材金属之间没有熔化，焊缝金属没有进入焊接接头的根部而造成的缺陷，错边未焊透是指由错边引起的焊缝单边未焊透。实际上油气田管道不存在中间未焊透，只有根部未焊透和错边未焊透两种。SY/T4109对于根部未焊透和错边未焊透的评定与根部未熔合的质量分级完全相同，见表4。

NB/T47013对于未焊透的评级有未焊透的最大深度、单个未焊透长度与未焊透总长3项指标来控制，实际上未焊透最大深度在油气田管道中很难测量，而一般以单个长度与累计长度来控制。

1.3.4 内凹和内咬边

1.3.4.1 内凹

内凹一般是根焊时，溶池在冷却过程中钢水下塌形成焊缝边缘良好熔合，其焊缝表面中部比壁厚稍低的凹陷，因多出现在仰焊位置（有时也出现在立焊位置）的内表面。NB/T47013对于内凹与内咬边的评级与未焊透相似，仍然以最大深度与壁厚的比值、最大深度值与累计长度3项来控制；缺陷深度用沟槽对比试块来进行黑度比较进行估判，而在油气田管道焊缝射线检测中，由于焊缝余高并非均匀一致，实际上无法使用沟槽对比试块，所以SY/T4109标准中对于内凹深度由评片人员根据经验判断，对于底片上内凹处黑度不大于母材处黑度的不管长度多少一律按Ⅱ级评定，内凹影像黑度大于母材黑度的分级如表5所示。

表5 内凹的质量分级

1.3.4.2 内咬边

咬边是在焊趾或焊根母材处烧熔形成的凹陷或沟槽，它是手工焊接常见的表面缺陷。处于管道内表面的称为内咬边，处于外表面的称外咬边，外咬边属于外观缺陷检查的范畴，可在外观目视检查中直接测量，也有相应的评定标准；内咬边由于在管道内部无法目视检查，只好借助底片上的内咬边尺寸来估判。NB/T47013对于内咬边和内凹所规定的完全一致，而SY/T4109对于内咬边的质量分级见表6所示。

表6 内咬边的质量分级

1.4 SY/T4109中的关于烧穿的评级规定

NB/T47013未提及烧穿这种缺陷，实际上油气田管道中烧穿是一种比较常见的焊接缺陷。烧穿是指部分根焊道被熔穿，熔池钢水有的未补充上就凝固了，形成不规则的黑色洞穴；有的钢水补充了一些，但仍有痕迹。SY/T4109对于烧穿的影像黑度小于母材黑度时，长度不计，应评为Ⅱ级。大于母材黑度时烧穿的质量分级规定如表7所示。

1.5 两标准的综合评级

NB/T47013规定的综合评级是在条形缺陷评定区内存在多种缺陷时，应分别评定条形缺陷评定区内各类缺陷的质量级别，取质量级别最低的级别作为综合评定的级别，当各类缺陷的级别相同时，则降低一级作为综合评级的级别。而SY/T4109的综合评级是在300 mm的焊缝长度中，Ⅱ级对接接头内条形缺陷、未熔合及未焊透的累计长度不应超过35 mm，Ⅲ级对接接头内条形缺陷、未熔合及未焊透的累计长度不应超过50 mm。

表7 烧穿的质量分级

1.5.1 两标准综合评定比较

NB/T 47013以定性为主，并未对缺陷长度有过多要求，如在条形缺陷评定区内有未熔合缺陷时即为Ⅳ级；而SY/T 4109是以定量为主，如存在条形缺陷、未熔合及未焊透时以累计长度的值进行评级。

1.5.2 关于小径管

NB/T47013的综合评级未涉及管径大小，是以条形缺陷评定区的长度来进行。而 SY/T4109规定综合评定区长度300 mm，显然将外径≤89 mm的小径管排除在外，即综合评级只针对管径较大的进行，小径管没有综合评定的说法。

2 油气田管道焊缝射线底片速查表

为了使射线底片评定人员尽快依据SY/T4109标准进行评定，笔者根据油气田常见规格管道对各级别所允许的缺陷尺寸进行了计算，以供初步进入油气田射线检测底片评定人员参考使用，如遇缺陷较多时，可直接查表得出级别。

2.1 油田管道

无论是采油、注水管道还是站内工艺管道，大多以标准规格的形式应用于实际现场，最常见的有以下规格，D 48 mm ×5 mm、D 60 mm×3.5/5 mm、D76 mm×4.5 mm、D89 mm×4.5 mm、D114 mm×4.5/11mm、D133 mm×5mm、D140mm×5/10mm的采油或注水管道，D159 mm×6 mm、D168 mm×6 mm、D 219 mm×6 mm的供水管道等，这些管道焊缝射线底片评定如表8所示，其中Ⅰ级焊缝除圆形缺陷外，其余缺陷均不允许存在，且壁厚5 mm以下圆形缺陷允许点数1点、壁厚大于5～15 mm的圆形缺陷允许点数2点，圆形缺陷长径大于T/3、条形缺陷宽度大于2 mm和各规格管道射线底片大于Ⅲ级所允许的尺寸一律评为Ⅳ级。

为此，建议对初入油气田管道焊缝射线底片评定的检测人员以及对射线底片准确性进行监督检查的建设、监理和工程质量监督人员，多看标准条款，结合现已出版的各类缺陷图谱，对照标准反复评定。

表8 油田管道焊缝射线底片评定速查表

2.2 气田管道

由于气田管道普遍压力高，壁厚较大，常见的管道规格及焊缝射线底片评定如表9所示。同样Ⅰ级焊缝除圆形缺陷外，其余缺陷均不允许存在，且壁厚5 mm以下圆形缺陷允许点数1点、壁厚大于5～15 mm的圆形缺陷允许点数2点，圆形缺陷长径大于T/3、条形缺陷宽度大于2 mm和各规格管道射线底片大于Ⅲ级所允许的尺寸一律评为Ⅳ级。

3 结束语

油气田管道焊缝射线底片评定采用中石油独自制定的标准SY/T4109，它与其他行业标准甚至国家标准对各类缺陷质量级别的评定存在较大差异。为此，建议对初入油气田管道焊缝射线底片评定的检测人员以及负责对射线底片准确性进行监督检查的建设、监理和工程质量监督人员，多看标准条款，结合现已出版的各类缺陷图谱，对照标准反复评定。

如遇底片量多、时间紧，又对SY/T4109标准掌握不熟练的情况下，可直接查表进行评定，表8和表9中的数据是笔者对油气田常用规格的管道焊缝出现圆形缺陷、条形缺陷、根部未熔合、未焊透、夹层未熔合、内凹、内咬边和烧穿等各类缺陷时经过计算得出的，但此表只是列举了油气田常用规格的管道，并没有囊括所有规格的管道，如遇到特殊规格的管道焊缝射线底片，还要按照标准规定通过计算来进行评定。