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導(dǎo)讀

 

焊接鋼管是將鋼板（或鋼卷）成型，并將一組相對邊焊接在一起所形成的中空管狀物。

 

目前，國家大力開發(fā)能源領(lǐng)域，興建了諸多油氣輸送管線及天然氣城市管網(wǎng)，焊接鋼管在油氣輸送過程中承擔(dān)著重要的作用。

 

油氣輸送過程中任何泄漏或斷裂失效都可能造成無法估量的損失，尤其是天然氣管道的泄漏或斷裂失效更可能造成毀滅性的災(zāi)難，所以在油氣輸送用焊接鋼管的生產(chǎn)過程中需采用多種檢驗(yàn)手段對其質(zhì)量進(jìn)行控制。

 

雙面埋弧焊是焊接鋼管采取的主要焊接工藝之一，因鋼管端部的質(zhì)量直接影響管道對接質(zhì)量，現(xiàn)行鋼管制造標(biāo)準(zhǔn)對雙面埋弧焊鋼管的管端焊縫均要求進(jìn)行射線檢測。

 

近年來，數(shù)字射線檢測技術(shù)發(fā)展較快，其某些像質(zhì)指標(biāo)已與利用膠片拍片所得到的相當(dāng)，一些標(biāo)準(zhǔn)也規(guī)定允許采用數(shù)字射線檢測替代膠片法進(jìn)行管端焊縫射線檢測。

 

現(xiàn)在兩種技術(shù)屬于銜接、過渡和并存的階段，目前膠片法在鋼管制造行業(yè)仍屬主流。

 

黑度在膠片法的射線檢測技術(shù)中是衡量底片質(zhì)量的一個重要指標(biāo)。

 

它既影響影像對比度和顆粒度（噪聲），也影響到均勻試樣厚度中隱藏的平面狀危害性缺陷的檢出靈敏度，以及厚度變化較大的試樣中缺陷的可檢性。

 

現(xiàn)行鋼管制造標(biāo)準(zhǔn)及其引用的相關(guān)檢測標(biāo)準(zhǔn)對黑度的規(guī)定存在差異，使得在實(shí)際工作中常因黑度問題引發(fā)爭議。如采用或引用殼牌標(biāo)準(zhǔn)DEP 31.40.20.37:2013檢測壁厚較小的鋼管焊縫時，常因底片黑度超出標(biāo)準(zhǔn)要求而產(chǎn)生爭議；再如采用GB/T9711等標(biāo)準(zhǔn)檢測壁厚較大的鋼管焊縫時，底片黑度雖然符合標(biāo)準(zhǔn)要求，但會因檢測結(jié)果一致性較差而產(chǎn)生爭議。

 

實(shí)踐案例分享

 

結(jié)合實(shí)際應(yīng)用情況，番禺珠江鋼管有限公司的張志剛利用射線檢測理論對雙面埋弧焊鋼管焊縫射線檢測黑度規(guī)定的合理性進(jìn)行了探討分析。

 

雙面埋弧焊直縫焊管的外徑一般大于400mm，螺旋埋弧焊焊管的外徑一般大于250mm，壁厚一般小于40mm，射線檢測常采用X射線單壁外照的透照工藝。

 

因鋼管管端的內(nèi)焊縫余高會影響施工現(xiàn)場鋼管組對，通常要求去除管端的焊縫內(nèi)余高，去除長度一般為75~100mm。

 

而管端的外焊縫余高會影響鋼管組對后環(huán)焊縫的焊接及自動超聲波檢測，通常管端焊縫的外余高也有去除要求，去除長度一般為100~250mm。

 

管端焊縫內(nèi)外余高去除后的焊縫型式可以根據(jù)余高去除情況分為3個區(qū)域，即余高去除區(qū)、余高去除過渡區(qū)和余高完整區(qū)，相應(yīng)射線檢測所形成的影像如圖1所示。

 

(圖1 射線底片上管端焊縫的影像)

 

鋼管焊縫射線檢測黑度的規(guī)定主要來自產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)所引用的相關(guān)檢測標(biāo)準(zhǔn)以及項(xiàng)目技術(shù)規(guī)格書。

 

執(zhí)行檢測工藝時，項(xiàng)目技術(shù)規(guī)格書的規(guī)定應(yīng)優(yōu)先采用，其次采用的才是產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)及其引用相關(guān)檢測標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

 

項(xiàng)目技術(shù)規(guī)格書是設(shè)計(jì)單位主要依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和項(xiàng)目具體需求而設(shè)定的，其規(guī)定帶有一定的針對性，故在此不將其作為分析對象。

 

產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)及其引用相關(guān)檢測標(biāo)準(zhǔn)對于黑度的規(guī)定見表2。

 

(表2 產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)及引用檢測標(biāo)準(zhǔn)對黑度的規(guī)定)

 

通過表2可以看出，各標(biāo)準(zhǔn)對黑度的規(guī)定存在差異。單從黑度范圍的要求來看，DEP 31.40.20.37:2013的規(guī)定最為嚴(yán)格，其他標(biāo)準(zhǔn)要求較為寬松。那么這些規(guī)定是否合理？

 

規(guī)定合理性探討

 

(圖2 余高完整的焊縫截面)

 

圖2為余高完整的焊縫截面，可以看出焊縫的透照厚度并不均勻，透照厚度從焊縫最大厚度處的(T+ΔT1+ΔT2)變化到焊趾處的T。

 

因余高的去除程度不同，管端焊縫的透照厚度也是不均勻的，從余高完整區(qū)到余高去除區(qū)，透照厚度也是從(T+ΔT1+ΔT2)變化到T。

 

從主因?qū)Ρ榷裙娇芍?，透照厚度變?Delta;T必然會引起透過工件到達(dá)膠片的射線強(qiáng)度變化ΔI，進(jìn)而形成黑度變化ΔD。

 

當(dāng)壁厚增大時，透照時所采用的射線能量增強(qiáng)，減小，同樣的ΔT對ΔD影響的程度變??；當(dāng)壁厚減小時，則相反。

 

另外，從膠片對比度公式來看，在相同的膠片類型和暗室處理?xiàng)l件下，膠片對比度G值相對固定，壁厚增大時隨著射線能量的增大，寬容度也隨之變大，即同樣的透照厚度差ΔT引起的相對曝光量差變小，黑度變化ΔD會隨之變??；當(dāng)壁厚減小時，則相反。

 

可見鋼管壁厚不同，同樣的透照厚度差ΔT對黑度差ΔD的影響程度是不同的，在檢測壁厚較小鋼管焊縫時影響程度較大。

 

標(biāo)準(zhǔn)對鋼管焊縫余高所允許的最大值為3.5～4.5mm，對壁厚小于13mm的焊縫余高所允許的最大值為3.5mm。

 

當(dāng)實(shí)際檢測鋼管壁厚小于10mm時，即使余高實(shí)物控制水平為2.0mm，焊縫部位的黑度依然難以實(shí)現(xiàn)2.0～3.0的要求。

 

防止短焦距情況下一次透照長度過大時導(dǎo)致不均勻輻照場和射線束傾角過大，這是黑度變化范圍規(guī)定的一個主要作用。

 

黑度變化范圍規(guī)定在一定程度上與規(guī)定橫向裂紋檢出角的效果相同。

 

但射線檢測技術(shù)中對比度才是發(fā)現(xiàn)缺陷的關(guān)鍵，黑度指標(biāo)在某種程度上可以說是服務(wù)于對比度指標(biāo)的。

 

當(dāng)壁厚較小時，不均勻的透照厚度帶來較大的黑度變化，焊縫影像的最大黑度可能超過3.0，甚至達(dá)到4.0。

 

如圖3（引自Agfa膠片產(chǎn)品說明書）所示，黑度在3.0～4.0時膠片的對比度較黑度在3.0以下時的將更高，而且目前的觀片條件足以對黑度為3.0～4.0的底片進(jìn)行有效觀測，所以這種黑度超過3.0的情況并不能表示底片像質(zhì)不好，也不意味著檢測技術(shù)出了問題。因此在檢測壁厚較小時，DEP 31.40.20.37:2013對焊縫部位黑度為2.0～3.0的規(guī)定突顯出其不合理性。

 

(圖3 Agfa C4型及C7型的膠片特性曲線)

 

在檢測壁厚較小鋼管焊縫時常會因黑度問題發(fā)生爭議。

 

如在生產(chǎn)某國外項(xiàng)目雙面埋弧焊Φ508 mm×9.53 mm鋼管時，內(nèi)外焊縫余高實(shí)物控制水平為2.5 mm，射線檢測焊縫黑度按照DEP 31.40.20.37:2013中2.0～3.0的要求。

 

在優(yōu)化拍片工藝條件下，底片上實(shí)際焊縫影像黑度范圍控制在2.0～3.7，仍然達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，于是在焊縫影像黑度問題上發(fā)生了爭議。

 

因該項(xiàng)目外方技術(shù)人員不夠?qū)I(yè)，難以達(dá)成共識，最終采用了修磨降低拍片區(qū)域焊縫余高來達(dá)到黑度規(guī)定范圍的荒唐做法。

 

表2中除DEP 31.40.20.37:2013的其他標(biāo)準(zhǔn)對黑度的要求較為寬松，對于檢測壁厚較薄的鋼管焊縫其規(guī)定相對合理，但對于檢測壁厚較厚的鋼管焊縫也是存在問題的。

 

如采用GB/T9711-2011檢測壁厚為25mm鋼管焊縫時，某些檢測人員選用適中的檢測參數(shù)可將底片黑度控制在2.3～3.0，而某些檢測人員采用較低的檢測參數(shù)將底片黑度控制在1.8～2.5。

 

黑度范圍要求過為寬松結(jié)果造成檢測工藝窗口過大、檢測結(jié)果一致性變差，尤其是對于影像較淡的缺陷會因檢測結(jié)果一致性較差而產(chǎn)生質(zhì)量爭議。

 

在制定具體檢測工藝時，應(yīng)遵從標(biāo)準(zhǔn)的合理規(guī)定，并修正標(biāo)準(zhǔn)的不合理規(guī)定。

 

筆者根據(jù)雙面埋弧焊鋼管管端的實(shí)際情況，總結(jié)得出黑度的相對合理規(guī)定如表3所示，并在長期實(shí)踐中得到了較好的應(yīng)用。

 

(表3 雙面埋弧焊焊接鋼管管端黑度的指導(dǎo)規(guī)定)

 

總結(jié)

 

對比現(xiàn)行鋼管制造標(biāo)準(zhǔn)及其引用相關(guān)檢測標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于黑度的規(guī)定，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，通過深入分析探討雙面埋弧焊鋼管管端焊縫射線檢

 

測黑度規(guī)定的合理性，得出以下結(jié)論：

 

（1）DEP 31.40.20.37:2013的規(guī)定較為嚴(yán)格，對檢測壁厚大的鋼管較為合理，但對于檢測壁厚小的鋼管其合理性較差。

 

（2）表2中GB/T 9711-2011等其他標(biāo)準(zhǔn)對于檢測壁厚小的鋼管焊縫其規(guī)定相對合理，但對于檢測壁厚大的鋼管要求過于寬松，易導(dǎo)致檢測工藝窗口過大、檢測結(jié)果一致性變差。

 

（3）在制定具體檢測工藝時應(yīng)遵從標(biāo)準(zhǔn)的合理規(guī)定并恰當(dāng)修正標(biāo)準(zhǔn)的不合理規(guī)定。

 

黑度是射線檢測的一項(xiàng)重要參數(shù)，但并不是控制像質(zhì)的唯一指標(biāo)，尤其在檢測透照厚度不均勻的薄壁鋼管焊縫時更應(yīng)綜合考慮各項(xiàng)指標(biāo)的均衡。合理的黑度規(guī)定有利于提高像質(zhì)且便于實(shí)現(xiàn)檢測。

 

面對標(biāo)準(zhǔn)的不合理規(guī)定，無損檢測同行應(yīng)勇于提出質(zhì)疑，以利于標(biāo)準(zhǔn)的日后修訂完善，切忌用過度提高寬容度的錯誤做法來遷就標(biāo)準(zhǔn)中黑度的不合理規(guī)定。