埋弧焊钢管焊缝常见缺陷综合图谱的建立及分析

蒋太秋，王自信，张圣光，边照斌，王胜辉

（山东胜利钢管有限公司，山东 淄博255082）

0 前 言

埋弧焊钢管焊缝内部缺陷的检验通常采用无损检测技术，超声波检测与X 射线检测是最常规的两种检验方法。 但是，这两种检测方法都各有优点与局限性，超声波检测对垂直于声束传播方向的缺陷最有效，对平行于声束传播方向的缺陷却有局限性；X 射线检测对平行于射线束传播方向的缺陷最有效，对垂直于射线束传播方向的缺陷却有局限性。 这两种检测方法得出的缺陷信息都比较单一，尤其是当前应用最普遍的A 型超声波回波检测法，它是通过超声波回波信息对缺陷进行判断、 评定，由于回波信号信息的抽象性，让检验人员难以对缺陷形貌有直观的了解，从而影响对缺陷的最后判定。 X 射线检测虽然能看出垂直射线方向上缺陷的平面图像，但缺乏深度方向上的信息。 为了让检验人员对各种缺陷有全面的了解，不少焊管生产企业从检验人员的培训开始，就收集了生产中各种常见的焊接缺陷试块，用于比对练习，有时甚至对部分缺陷解剖，进行金相检测，让检验人员能够观察到各种缺陷的实际形貌，通过这些方法使检验人员对缺陷的全貌有更深的了解，从而提高检验水平。 近年来，计算机数字技术在无损检测等方面得到了广泛应用，可以更加方便快捷地收集保存焊缝中各种缺陷的信息。

本研究通过数字超声波探伤仪采集焊缝缺陷的静态或动态回波信号、 数字射线平板 （DR 平板） 采集焊缝缺陷的X 射线数字影像、 金相显微镜采集缺陷解剖后的高倍或低倍数字图像，建立了埋弧焊钢管焊缝常见缺陷无损检测综合图谱，对无损检测人员进行缺陷分析提供参考和借鉴。

1 常见缺陷综合图谱建立的原则与步骤

图谱的建立基于生产过程中焊接缺陷在超声波检验、 X 射线检验和金相检验中的不同表征，目的在于帮助检验人员从各方面更形象地了解不同类型缺陷、 不同检测方法下的表现方式，有助于缺陷的识别和判定。 图谱为同一检测点、3 种不同检测方式的相互对比，若存在试样多处相同缺陷且试样较大，则选取一缺陷段进行检测。

将所有经选择录入图谱的缺陷试样进行严格分类，缺陷类型编号见表1。 同一类型的缺陷试样从小到大用钢印永久标记，例如1-1 代表裂纹缺陷1 号样，2-3 代表未焊透3 号样。 试样凹面向下，焊缝水平放置，标记在试样的左上角。

表1 图谱缺陷类型及编号

试样要求焊缝有效长度为100 mm，在条件允许的情况下，截取的试样可以尽量长，以满足X 射线检验抓图或超声波检验的需要。 保留试样尺寸为260 mm×200 mm，并在每块保留试样上钻Φ1.6 mm 的竖通孔。

依据 API SPEC 5L、 NBT 47013.2—2015 射线检测、 NBT 47013.3—2015 超声检测标准中的要求进行检测。 超声波检验时，用超声波检验方法确定缺陷中心，并尽量精确地确定缺陷中心的水平和埋深，以便于后期金相解剖。 同时，详细记录探头和缺陷中心的位置，拍照存储，并在试样上进行永久标记。 缺陷曲线图3 张 （波高最高处、 波高最高处左右半波高处各1 张），用文字备注出试样规格；检测灵敏度统一用Φ1.6 mm竖通孔，详细记录灵敏度调校仪器参数及缺陷参数等。

X 射线检验时，用X 射线检验方法确定缺陷中心，将黑度较大的位置确定为缺陷中心，抓图或拍片时放置像质计，保证像质计不遮盖缺陷显示，用箭头标记标识中心位置，并在试样上作出永久标记。 抓图时用文字备注试样规格材质以及适用丝径。

金相检验试样加工时，横向缺陷纵向切割，取纵向试样，纵向缺陷横向切割，取横向试样；缺陷样需要宏观图片和微观图片，微观图片做好标尺，并在图片上清楚标记缺陷位置。

2 常见缺陷综合图谱分析

根据以上原则，采集了生产过程中常见的缺陷试块，每种类型 3～4 块，现在对信息库中部分典型缺陷试块进行分析。

2.1 裂纹缺陷

裂纹缺陷1-2 号试样的综合图谱如图1 所示，该试样取自 Φ325 mm×7 mm 埋弧焊管。 由图1 （a） 可见缺陷是位于内外焊缝熔合线下内焊缝区域倾斜中心线的裂纹，几乎贯穿整个内焊缝；图1 （b） 中裂纹呈多层解理状态，靠近熔合线部位开裂宽度比较大，沿倾斜方向逐渐延伸至内焊缝根部；从图1 （c） 能看出缺陷为较明显的裂纹影像，在焊缝靠近中心部位平行于焊缝方向，呈现波纹状，头尾尖细，缺陷长度约为10 mm；图1 （d） 超声波检测时采用一次波探伤，回波波幅宽而直，波形稳定，前后移动探头时动态范围较大，说明该缺陷有一定的自身高度，实际检测到最高点处波高Φ1.6 mm 竖通孔+18.5 dB，水平7.7 mm，深度6.7 mm，探头垂直于焊缝时缺陷波反射幅度高，转动探头波幅变化明显，波形尖锐，从这些特征可以判断为平行于焊缝方向的纵向裂纹。

图1 裂纹缺陷1-2 号试样的综合图谱

图2 裂纹缺陷1-3 号试样的综合图谱

裂纹缺陷1-3 号试样的综合图谱如图2 所示，该试样取自Φ1 219 mm×18.4 mm 螺旋埋弧焊管，裂纹为红色箭头所指位置。 从宏观金相图看，由于采用垂直于缺陷长度方向取样，缺陷图像尺寸较短，方向倾斜，稍带弯曲，头尾尖细状；从实际焊缝解剖图看，该缺陷横跨焊缝，长度横贯整个焊缝；从X 射线检验图看，为很明显的横向裂纹缺陷图像，横跨焊缝，一头较粗，一头较细；超声波检测采用探头与焊缝垂直探测，反射波幅不高且宽，波峰分叉，两侧都能探到，说明横向裂纹延伸到焊缝与母材处，二次波也能探到，此裂纹在焊缝中有一定高度，当探头与焊缝成45°角时，波高Φ1.6 mm竖通孔+10 dB 左右，在焊缝左右两侧采用4 种角度都能检测到，说明裂纹垂直于焊缝方向，判断为横向裂纹。

2.2 未焊透缺陷

未焊透缺陷2-1 号试样的综合图谱如图3所示。 该试样取自 Φ273 mm×6.3 mm 埋弧焊管，从宏观金相解剖图看，内外焊缝均偏离坡口中心线，且内外焊重合量小，几乎相切，未焊透缺陷位于内外焊熔合三角区靠近外焊缝处，缺陷自身高度1.3 mm；微观金相图中未焊透缺陷特征比较明显；从X 射线检验图看，内外焊缝均向一侧偏约1.5 mm，造成未焊透，长度65 mm；超声波检测，一侧一次和二次波都能探到，一次波探伤时波幅宽而直，波形稳定，最高点处波高为Φ1.6 mm 竖通孔+18.5 dB，水平0.6 mm，深度4.3 mm，二次波探伤时波幅宽而分叉，波形稳定，最高点处波高为Φ1.6 mm 竖通孔+13.7 dB，水平 16.8 mm, 深度 1.8 mm。另一侧一次波探伤时因为焊偏原因会把缺陷波当成底波，缺陷性质为焊偏造成的内外焊缝熔合区外的未焊透。

图3 未焊透缺陷2-1 号试样的综合图谱

2.3 未熔合缺陷

未熔合缺陷3-1 号试样的综合图谱如图4所示，该试样取自Φ1 016 mm×14.2 mm 埋弧焊管。 从宏观金相图看，内外焊缝中心线偏离较大，焊偏量为 5 mm，内外焊缝基本没有重合量，未熔合缺陷产生于内外焊缝相切部位，尺寸较小；微观金相图上能看出未熔合缺陷图像呈不规则形貌；从X 射线检验图看，缺陷图像平行于焊缝方向，整体偏离焊缝中心线，焊偏量约2.5 mm，缺陷长度40 mm；采用超声波检测，两侧一次波和一次半波都能探到，缺陷反射波幅高而宽，一侧的一次波探测时，缺陷波靠近底波，另一侧一次波探测时，缺陷波靠近始波，最高波高为Φ1.6 mm 竖通孔+9 dB。

图4 未熔合缺陷3-1 号试样的综合图谱

2.4 气孔缺陷

气孔缺陷5-1 号试样的综合图谱如图5 所示，该试样取自Φ813 mm×12.7 mm 埋弧焊管。从宏观金相图看，该缺陷位于内焊缝中心结晶柱位置，缺陷高度约7.7 mm，最宽处约1.5 mm，开口延伸到内焊缝表面，为柱状气孔；从焊缝分布外形图看，在内焊缝表面呈现开口状；从X射线检验图看，该缺陷亮度较大，直径较小 （如按X 射线标准评判，直径小的气孔易判为合格，但因实际埋藏深度较大，应为危害性缺陷）；采用超声波检测，该缺陷最高点水平位置在焊缝中心，最高波高为 Φ1.6 mm 竖通孔+6.3 dB，采用半波高度法测得缺陷自身高度为5.2 mm，与宏观图像上缺陷自身高度7.7 mm 有一定差别。

图5 气孔缺陷5-1 号试样的综合图谱

3 结束语

埋弧焊钢管焊缝中常见缺陷综合图谱的建立，能够提升无损检测人员的专业技术水平，通过收集不同类型的缺陷试块，采用不同检验方法进行多方面分析，使检验人员对焊缝中常见缺陷的形貌有更清晰的认识，进而提高对缺陷类型识别的准确性及效率，为企业产品的质量安全保驾护航。