入库管件质量检验技术探讨

白金亮

中国石油长庆油田分公司 技术监测中心特种设备检验站 （西安 陕西 710021）

1 概 述

管件又称管子配件，连接件、接头零件，是压力管道系统重要的组成件，是用来改变管道的方向、管径大小、进行管道分支、局部加强、实现特殊连接等作用，主要包括弯头、三通、大小头、管帽及各种管接头等。长庆油田在20世纪90年代之前，地面产能建设所使用的管件，大都采用现场制作，利用火焰加热、切割，然后强力成型或敲打成型，如管道拐弯时采用虾米弯头或现场煨制弯管，分叉时采用主管道开孔，支管道管端加工成马鞍状组焊而成，大小头采用氧气加热人工砸制，由于现场煨制的弯头和大小头经常出现内径不符合要求，应力集中严重，现场组焊的三通焊缝处应力分布复杂，且无法采用超声或射线检测等弊端，管件质量难以保障，造成这些部位成为整条管道的薄弱环节，曾发生多起安全事故。进入20世纪90年代之后，现场组焊管件逐渐被成品管件所代替，目前长庆油田每年购置管件近100万件，供货厂家近20家，为了确保管件质量，长庆油田采取了加强超投标管理，健全驻厂监造机制等措施，取得了一定效果，但在地面建设和使用过程中，管件出现开裂、渗漏以及投球受阻等事件时有发生，为了进一步提高管件质量，严把入库质量关，长庆油田对油气田使用的管件采取了入库检验制度，以确保地面建设和油气生产的顺利进行。

本文所称管件入库检验是指管件制造厂商将出厂检验合格的管件在运往各储存库或施工现场之前，由专业检验机构按一定抽样比例对管件实施重点项目的检验，由于入库检验是对制造合格管件的质量验证，因此入库检验没必要完全按照出厂检验项目逐一实施。

2 管件制造工艺简介和薄弱部位分析

检验人员在实施入库检验之前，应了解管件的制造工艺，明确管件的薄弱环节，采用科学的检验工艺和先进的检验方法，确定合理的抽检比例和检验重点，切实起到质量控制和把关的作用。由于近几年长庆油田所购置的弯头、三通、大小头占购置管件的90%以上，因此，对该3类管件应作重点抽查。

2.1 弯头

弯头用于改变管道方向的管件，分为无缝弯头和有缝弯头，目前无缝弯头大都采用热推法制造，就是将直管段套在芯棒上，芯棒头为弯曲的芯头（或叫牛角状芯头），在牛角芯头处采用感应加热，在管段的另一端施加外力，在感应加热和外力作用下，将直管段推制成一定曲率半径的弯头。有缝弯头主要是将钢板压制成一定形状再进行焊接而成，也可以采用有缝钢管推制而成。

从弯头的制造工艺可以看出，弯头的外侧呈拉应力状态，壁厚易减薄，内侧呈压应力状态，壁厚易增厚或出现褶皱，其应力分布见图1。对于焊缝弯头，其焊缝是应力分布较为复杂的部位，容易产生裂纹和焊接缺陷等。

2.2 三通

三通用于管道分支的管件，分为有缝和无缝三通2种，无缝三通大都采用液压鼓胀法成形，其制造原理是根据金属塑性变形原理，将内充超高压油的管坯，在一定轴向压力和速度下，使管坯金属在模腔内产生塑性流动而成。也就是将直管段放在底部平直，上边有凸缘孔的模具，管子用液压缸固定，两边充入液体向内凸胀，把管挤成“凸”字形，再把凸起处从适当位置切除，并打成坡口即可制成三通管件。有缝三通与有缝弯头制造类似。

从三通的制作过程可以看出，三通肩部是应力集中部位（图2），其周向膜应力和经向弯曲应力是三通肩部两个最大的应力分量，尤其是周向膜应力，在整个挤压角处都具有很高的水平，图3为三通肩部出现的裂纹磁痕。

2.3 大小头

大小头又叫异径管，用作管子变径的管件，分为同心和偏心2种，大小头的制作工艺比较简单，主要有压制和冲压成型，压制的大小头承受压应力，冲压成型的一般呈拉应力。

3 管件检验项目

如前所述，入库检验不同于出厂检验，因此入库检验应选择承受压力大、结构和受力情况复杂的管件作为重点检验对象，在选择检验项目时，也应选择对使用功能、结构、强度影响较大的指标作为主要检验内容。

3.1 资料审查

资料审查是对制造单位质量行为的检查，主要包括制造单位的生产许可证、型式检验报告（第一次供货时提供）、出厂检验报告、监造报告（长庆油田已派驻厂监造）、产品合格证以及产品说明书等文件是否符合法规、标准要求。

3.2 外观检验

通过肉眼或借助放大镜观察管件外观是否有裂纹、过烧、疤痕、腐蚀、机械损伤等缺陷，焊接接头是否符合标准要求。

3.3 标志检验

标志是产品不可或缺的组成部分，是实现可追溯性要求的依据。应重点检查管件标志位置、方法、内容是否符合标准要求。管件的标志内容一般包括制造厂商标或名称、材料等级、规格以及订货要求的其它内容。标志的方法包括永久性标志，如钢印、雕刻、电蚀等；非永久性标志，如喷印、标签等，应根据不同材质采用不同的方法，如不锈钢和低温钢不允许打钢印，可采用喷印或标签的形式等。

3.4 几何尺寸检验

结构几何尺寸主要影响管件的强度、安装组对以及使用功能（如投球等），其检验的内容应根据管件的用途、材料、加工方法等选择，主要包括所有管件的坡口处外径 D（D1）、端部内径 Di、圆度 B、异径接头总长F、180°弯头中心至中心距离O、焊缝错变量b（有焊缝管件）等。

3.5 螺纹检查

螺纹缺陷容易引起介质泄漏、降低连接强度。对于有螺纹的管件可采用螺纹规、卡尺等工具测量螺纹规格、螺纹的长度是否符合标准要求。

3.6 壁厚测定

壁厚是反应管件能承受多大压力的重要指标，主要通过超声波测厚仪对管件厚度进行测量，测量部位应选择加工减薄处及坡口附近，如弯头的外弧、三通的支管及肩部等，对于曲率半径较小的管件，探头隔声层应垂直管件的轴线，以减少测量误差。

3.7 硬度检验

硬度是衡量材料软硬程度、弹性、塑性、强度和韧性的综合性能指标，对于碳素钢，其硬度与强度有一定的换算关系，因此硬度检验是检验工艺中重要的检验内容之一。由于管件类型和规格多种多样，采用台式硬度计不现实，因此应选择便携式里氏硬度计进行测量，检验部位应为管件冷热加工变形及应力集中等处进行重点测量，如在管件的外弧侧、内弧侧、中性面、肩部等部位进行测量，确定管件材料综合性机械能是否符合规定要求，在测量时应注意管件的质量、稳定性、大小、曲率半径和磁场对测量值的影响。

4 检测方法

4.1 磁粉探伤

磁粉探伤主要对铁磁性材料的表面或近表面产生的缺陷进行探伤，由于管件是采用冷热加工制成，其表面容易产生裂纹，因此应对每个管件进行磁粉探伤。在磁粉探伤中，应重点检查弯头的拉应力区即弯头外侧，三通的肩部。为了提高灵敏度，可采用荧光磁粉探伤，利用管件专用磁粉探伤设备实现纵向和轴向磁化，以检出不同方向的表面缺陷和近表面缺陷，对于大口径管件如大于DN300的管件，可采用单磁轭或交叉磁轭法探伤，其效率和检验质量也能满足要求。

4.2 超声波探伤

管件焊缝是应力水平较高的部位，容易出现气孔、夹渣、未焊透、裂纹等缺陷，可采用超声波探伤进行检测，该方法对面积型缺陷较为敏感，同时对体积型缺陷也有较高的检出率，因此对样品管件焊缝应进行100%超声波探伤，对于发现的不合格缺陷可采用射线复验。

4.3 射线探伤

利用射线穿透试件，试件内部缺陷与无缺陷部位衰减不同，在胶片上产生相应缺陷图像，根据缺陷图像大小来判断工件是否合格。该类方法对体积性缺陷（如气孔、夹渣等）较为敏感，对面积性缺（如裂纹、未熔合等）陷容易漏检，因此对经超声波检验存在缺陷的管件应进行射线探伤复验。射线检测可以采用实时成像，由于管件结构较为复杂，为了减少几何不清晰度，图像增强器应与焊缝保持尽可能短的距离，以利于缺陷的判定和评定。

4.4 光谱仪测定

对于压力高、直径大、受力较复杂的碳钢管件、不锈钢、合金钢管件可以采用光谱仪测定其材料组成成分，检验其材质是否符合标准要求。主要对材料性能起主要作用的碳、硅、锰、硫、磷进行检验，对于不锈钢还应检测镍、铬含量。材质检验应按同厂家、同规格进行5%抽查。

5 管件检验程序

检验程序是管件检验过程的工艺流程，如果检测方法选择不当，检验程序不正确，将容易造成缺陷漏检、检测数据不准确以及检验效率降低等，如里氏硬度计所测的硬度值是冲击体反弹速度与冲击速度的比值来表示，如果管件进行磁粉探伤，管件内的剩磁，将会对里氏硬度计测量造成较大的误差，故硬度检验应放在磁粉探伤之前进行，再如超声波探伤使用的耦合剂将会对磁粉探伤产生不利的影响，磁粉探伤应放在超声波之前进行，因此正确的检验流程是确保检验质量的前提，长庆油田入库管件质量检验工艺流程如下：

资料审查→外观检验→标志检验→几何尺寸检验→螺纹检查（对有螺纹管件）→壁厚测定→光谱抽检→磁粉探伤→超声波探伤（有缝管件）→射线检验（针对超声波检验怀疑部位）→检验标识。

6 结束语

入库管件质量检验是长庆油田质量管理部门控制产品质量体系中的关键环节，是保证产能建设质量和油气正常生产的重要组成部分。为了确保检验质量，检验机构和检验人员应了解管件制造的工艺，明确管件的结构特点，熟悉管件缺陷产生的类型和部位，根据相关的技术标准，制定科学的检验工艺，采用先进的检测设备开展入库管件的检验工作。

[1]GB/T 12459-2005钢制对焊无缝管件[S].