不锈钢管等离子弧焊接焊缝射线检测中伪缺陷的评判与分析

李根强,吴胜强

(1.劳氏船级社(中国)有限公司, 上海 200001;2.浙江久立特材科技股份有限公司, 湖州 313012)

不锈钢管等离子弧焊接焊缝射线检测中伪缺陷的评判与分析

李根强1,吴胜强2

(1.劳氏船级社(中国)有限公司, 上海 200001;2.浙江久立特材科技股份有限公司, 湖州 313012)

液化气船舶的管系系统的焊接质量至关重要，在对其不锈钢管射线检测的评片过程中，发现等离子焊接焊缝的射线底片上存在一类疑似缺陷的显示。对显示的成因进行分析，证实该显示为伪缺陷显示，并且针对性地对切割工艺和焊接工艺提出了改进措施，以为同行提供参考。

管系系统；等离子弧焊；伪缺陷；未熔合

能源消费和化工生产所需的大宗液化气运输通常由液化气船来承担。在运输的过程中，石油气通常在相对较高的温度下，采用加压、机械制冷等方式进行液化。而承载液-气交换的管系系统的质量尤其重要，对此类管系系统，相关规范通常要求对焊缝进行100%的射线检测，以此保证系统的安全运行。

在对某管系系统的例行射线检查评片过程中， 发现在规格为(外径×壁厚)φ219 mm×3.76 mm、φ323 mm×4.57 mm、φ273 mm×4.19 mm的钢管的底片上,存在疑似未熔合的危害性缺陷,黑度较大。此类疑似显示多发生在钢管制造厂制作的薄壁管纵缝端，其特征多成线性，位于焊缝和母材熔合线区域。同时通过目视、渗透观察比对，发现其不属于咬边类型的缺陷。由于未熔合属于危害性缺陷，会严重影响到系统使用的安全性，因此需要对此类疑似未熔合显示[1]进行判断确认。

图1 发现疑似缺陷的某不锈钢管焊缝射线底片

发现疑似缺陷的某不锈钢管焊缝射线底片如图1所示。对此焊缝打磨平滑后进行渗透检测,未发现线状痕迹显示。对其重新拍片,从射线底片(见图2)可看出类似的阴影线部分已消除，可判断疑似阴影线的位置位于表面或近表面。

图2 焊缝(对应图1)打磨后的射线底片

1 原因分析

1.1 从原材料切割方面分析

钢管的卷管加工,采用的是对不锈钢钢板或钢带，进行冷剪切切割的加工方式[2]，切割示意如图3所示(A截面放大示意见图4)。

图3 钢管的切割示意

由于不锈钢的塑性好，延伸率大，故在冷剪切割过程中，钢带的两边会形成一条压痕，而在钢带切断面形成一个变薄量，通常在0.1～0.2 mm间,如图4所示。

图4 纵剪后钢带的边部及现场结构装配实例

1.2 从焊接方面分析

图5 对接焊缝结构装配示意

由于此类管系的质量要求高、管壁薄，钢管制作厂一般采用全自动单面焊双面成型的等离子弧焊的焊接方式(见图5)。等离子弧焊[3]采用高热输出量的方式，能量集中，对厚度小于8 mm的不锈钢单面焊双面成型，不需要开坡口；因此具有焊接速度快、热影响区小、焊接变形小、焊接稳定、缺陷少的特点，能有效地提高焊管的产量。但由于该焊接方式线能量大，焊管厚度薄，容易造成内焊缝余高窄而高；当压痕线位于管内壁时，焊接区从而与母材变薄区形成尖锐的焊趾缺口。在射线拍片过程中，容易形成此类焊缝的“焊趾线”阴影，造成射线底片的误判，对接焊缝剖面示意如图6所示。

图6 对接焊缝剖面示意

2 试验验证

2.1 未熔合缺陷和疑似缺陷射线底片比对

未熔合缺陷和疑似缺陷射线底片，如图7和图8所示。

图7 带有未熔合缺陷的射线底片

图8 疑似缺陷的射线底片

全自动等离子弧焊为成熟的焊接工艺， 焊接质量的可靠性较高。从底片上看，未熔合缺陷的产生具有随机性，而疑似缺陷显示多出现在焊缝两侧，且有一定的长度，具有一定的连续性和规律性。同时，通过对不同射线透照角度底片的比对，可发现：未熔合的底片影像一般是在焊缝两侧边缘，位于焊缝宽度约3/4处，多呈月牙形，靠近母材侧呈直线状，底片上缺陷显示的中心黑度大，边缘逐渐变浅。而由焊趾线形成的阴影线的影像变化主要是由于内焊缝余高与母材纵剪面厚度差引起检测底片上黑度显示较大。

2.2 试样的力学性能对比及金相分析

(1) 弯曲、拉伸试验

对底片阴影线区的试件进行取样，然后对其进行拉伸和弯曲试验，结果见图9,可见在形成影阴线部位区未发现表面开口或裂纹类缺陷。

图9 拉伸、弯曲试验结果的试样

(2) 金相低倍检验

对(1)中试样进行金相低倍检验(1 000倍)，结果未发现焊接裂纹、未熔合、未焊透等缺陷。

图10 试样低倍组织图

综上所述，通过进一步的试验，验证了原因分析的可靠性，此类疑似缺陷显示是由于生产工艺、加工的不完善造成的工艺性虚假缺陷。

3 改进措施

结合生产设备以及生产状况，提出以下改进措施[4]:① 原材料切割时，优化切割工艺参数，降低板材厚度的变薄量， 减少装配错边量；② 焊接时，优化焊接工艺参数，在保证能够熔透的前提下，降低焊接线能量，使电弧电流、焊接速度等参数合理匹配。做到以上两点，可从根源上避免此类虚假影像的产生，减少射线底片缺陷影像的误判。

4 结语

在对液化气船舶管系系统中的不锈钢管的射线评片过程中，发现等离子焊接焊缝的底片上存在一类疑似缺陷的显示。对显示的成因进行了分析，证实该显示为伪缺陷显示，并且针对性地提出了优化切割、焊接工艺参数的改进措施，以为同行提供参考。

[1] 刘书强，张涛， 陈立刚，等 工业射线胶片常见伪缺陷简析[J]. 影像技术，2001(3)：22-24.

[2] 樊立奎. 小直径薄壁不锈钢焊管生产工艺与应用[J]. 钢管， 2001,30(2)：20-26.

[3] 章海源.不锈钢等离子弧焊接质量的控制[J].机械工人，1996(7):6-7.

[4] 夏克.无损检测用X光片伪缺陷的产生及防止方法[J].工业安全与环保, 2005，31(4)：59-60.

Assessment and Analysis on Suspected Indications in Radiographic Inspection ofPlasma Arc Welds of Stainless Steel Pipes

LI Genqiang1, WU Shengqiang2

(1.Lloyd′s Register Classification Society (China) Co., Ltd., Shanghai 200001, China;2.Zhejiang Jiu Li Hi-tech Metals Co., Ltd., Huzhou 313012, China)

The quality of welds is very important on the pipes system of VLGC ship. Suspected indications on the RT films of the welds were found in the process of radiographic evaluation of stainless steel pipes. Research work was done on the basic root cause of suspected indications and it was concluded that the suspected indications were not due to serious defects. Hereafter, some improvement measures for the cutting and welding procedure of stainless steel pipes were put forward.

pipe system; plasma arc welding; suspected indication; lack of fusion

2016-06-28

李根强(1975-),男，工程师，主要从事工程检测、科研及新技术的研发与应用工作

李根强，jacky.li@lr.org

10.11973/wsjc201706012

TG115.28

A

1000-6656(2017)06-0053-03