高壓三通焊縫檢測技術分析

摘要：石油、化工、火力發電行業都離不開油氣輸送管道，在這些管道中高壓三通極為常見。管線工程中高壓三通通常采用焊接形式進行連接，焊縫質量對高壓三通以及整個輸送管道都有著極為關鍵的影響。文章分析了高壓三通焊縫的檢測方法，包括磁粉探傷、著色探傷、超聲波檢測法，并對超聲波檢測方法的技術要點進行了分析。

關鍵詞：高壓三通；焊縫檢測技術；磁粉探傷；著色探傷；超聲波檢測；油氣輸送管道 文獻標識碼：A

中圖分類號：TH39 文章編號：1009-2374（2015）30-0065-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.30.034

1 概述

現代社會中石油化工業、發電行業等行業都離不開輸送管道，在輸送管道中高壓三通這一連通形式比較常見，高壓三通實現了石油、天然氣等的多向輸送，在輸送管道中起著極為關鍵的作用。實際應用中高壓三通通常采用焊接的形式實現主管與支管之間的連接。由于使用環境的特殊性，高壓三通的焊縫會一直在高溫、高壓、腐蝕性環境中工作，這些工作環境會導致焊縫產生裂縫等問題，裂縫產生后高壓環境還會加速其進一步發展，因此，需要對高壓三通的焊縫進行100%的無損探傷檢測。不同于一般形式的焊縫，高壓三通的焊縫形式往往比較特殊，并且由于高壓管道的壁厚通常較大，一般情況下能夠達到20～30mm，對這種厚度較大的管道上的焊縫進行檢測的重點和難點在于如何經濟有效地對其內部損傷進行檢測，這種焊縫形式的表面探傷用磁粉探傷及著色探傷技術就可以很好地實現，對于焊縫內部損傷通常采用射線探傷方法，但這種檢測技術的檢測費用比較高，并且操作過程極為復雜。現階段，超聲波檢測技術已得到良好的發展，其技術已較為成熟，這種檢測方法具有經濟實用、易于操作的優點，因此超聲波檢測技術在高壓三通焊縫檢測工作中的應用越來越廣泛。

2 高壓三通焊縫產生缺陷及損傷的主要原因

高壓三通焊縫產生缺陷和破損問題是由內因及外因等多種因素導致的，研究表明，高壓三通焊縫的結構形式、焊縫所處位置以及其所處的高溫、高壓、腐蝕性環境都是導致高壓三通產生缺陷和損傷的原因，現對上述因素進行詳細闡述。

2.1 焊縫結構形式的影響

高壓三通焊縫不同于一般的焊縫形式，這種焊縫的斷面尺寸較一般焊縫更大，在高壓三通的焊接過程中，管道由于自重等原因會發生一定的變形，焊接處會出現塑性變形和組織轉變現象，這些現象會在高壓三通內部產生內應力，同時高壓三通有時會采用非對稱焊接的焊接形式，這使得焊縫處的內應力更大。當內應力存在的情況下，焊縫的結構形式使得焊縫的某些位置會出現應力集中現象，這些位置通常較易發生損傷破壞。

2.2 三通焊接所處位置復雜

實際焊接過程中會發現三通焊縫所處的位置較為復雜，這使得焊接過程中的焊接方向要逐點進行變化，這種焊接方式會給焊接工作帶來極大的不便和困難，在這種焊接施工條件下便容易產生焊接缺陷問題；另外，三通管道的接合處焊縫是一條馬鞍形的空間曲線，這就造成在焊接過程中很難保證按照規定的對口間隙和角度進行焊接，對口不準確是造成焊接缺陷的主要原因，在對口不準確的情況下容易出現焊接根部無法焊透、燒穿以及焊縫根部出現裂紋等問題。

2.3 所處環境的影響

如果焊接過程中焊縫存在缺陷，加之高壓三通管道一直長期處在高壓、高溫以及腐蝕等惡劣條件下，同時焊縫部分存在應力集中現象，這就使得高壓三通焊縫容易產生破壞問題。

3 高壓三通焊縫檢測技術

由于高壓三通管道的壁厚通常較厚，所以高壓三通檢測時比較常用的檢測方法是超聲波探傷檢測法，這種方法可以有效地檢測焊縫根部以及焊縫內部的焊接質量，同時可用于對原有焊縫缺陷發展情況檢測，從而確定焊縫的根部以及焊縫內部有無裂紋產生。對高壓三通焊縫進行表面檢測也比較重要，通常情況下高壓三通焊縫的材質是鐵磁性材料，所以對高壓三通焊縫進行表面檢測時應首選磁粉探傷檢測法。另一種焊縫表面檢測方法是著色探傷檢測法，這種方法在實施前應將焊縫的焊波打磨光滑，著色探傷方法比較適用于檢測焊縫表面的開口缺陷情況，用其檢測焊縫表面的裂紋時檢測過程具有很高的靈敏度。

3.1 超聲波探傷檢測法

3.1.1 探測面的確定。當對高壓三通焊縫進行超聲波探傷檢測時，其探測面應該選擇在支管的外表面，這種探測面選擇方式有以下三方面原因：一是焊縫的坡口面開在支管上，當在支管外表面進行探傷時一次波和二次波的聲束均能有效地入射到焊縫內部。如果將探測面選在主管上，則探傷過程中一次波的聲束便無法入射到焊縫的內部；二是通常情況下支管的管壁厚度要小于主管的管壁厚度，將探測面選在支管上檢測過程中聲波的衰減較小，這樣可以準確地確定焊縫缺陷；三是大量的高壓三通焊縫檢測結果表明，缺陷大多出現在焊縫的根部以及熔合面部位，將探測面選在直觀外表面更容易發現這類缺陷。

3.1.2 斜探頭的選用。當使用超聲波探測方法對高壓三通焊縫進行檢測時，當高壓三通的主管和支管的內徑比較小時，內徑尺寸無法滿足將直探頭直接伸進高壓管道內進行探傷檢測的要求，這時利用直探頭縱波在管外檢查高壓三通焊縫質量則更不適用，因此對內徑較小的高壓三通管道進行超聲波探傷檢測時只能采用斜探頭橫波來檢測其質量。

第一，合理確定探頭的頻率。對高壓三通進行超聲波探傷時，探頭的頻率大小將直接影響著探測的靈敏度和分辨率，探頭的頻率越高，探測過程的靈敏度和分辨率也就越高，探測指向性好，這對焊縫探傷來說都是有利的，但探頭的頻率也不是越高越好，探頭頻率高時其近場區長度大，衰減也大，這又給焊縫探傷帶來不利影響，因此探傷過程應綜合各種因素選取探頭頻率，通過多年實踐經驗，筆者認為高壓三通焊縫檢測所用探頭的頻率為2.5MHz較為合理。

第二，合理確定晶片尺寸。探頭的晶片尺寸與頻率的配合也是檢測過程中需要著重考慮的，選用時應兼顧近場長度N值和擴散角的大小，高壓三通焊縫支管的曲率通常較大，為了減少藕合損失宜選用小晶片探頭。

第三，K值的選擇原則為：保證主聲束能夠掃查整個焊縫截面；盡量使主聲束中心線垂直于主要危險性缺陷。通過總結實際檢測工作，在焊縫根部以及坡口邊緣較容易存在缺陷，且缺陷性質多為平面狀缺陷，因此檢測過程應使聲束基本垂直坡口。

3.1.3 耦合補償。由于管道的曲率較大，這使得探頭與管道的吻合面積小，這樣聲束發射的能量便無法全部入射到管壁。為了盡量使實際探傷的靈敏度與試塊上的靈敏度一致，則應進行耦合補償。

3.2 磁粉探傷表面探傷

3.2.1 探測面的修整。磁粉探傷對探測面有一定的要求，探測面應去除鐵銹、氧化皮、油脂等其他粘附磁粉的物質，同時表面應盡量規則，以免影響檢測結果的準確性。

3.2.2 實施檢驗。完整的磁粉探傷檢測過程通常包括磁化→施加磁粉→觀察記錄磁痕→評價缺陷→退磁→后處理。

3.3 著色探傷

3.3.1 表面準備和預清洗。檢測過程應保證被檢測表面不應有影響著色探傷的鐵銹、鐵屑、氧化皮、焊接飛濺、毛刺以及各種防護層，同時被檢測的表面的粗糙度應滿足檢測要求。

3.3.2 實施檢驗。著色探傷一般步驟為施加著色劑→去除多余著色劑→干燥→施加顯像劑→觀察及

評定。

4 結語

本文對高壓三通焊縫檢測技術進行了詳細闡述，包括表面檢測技術、焊縫根部檢測技術、內部檢測技術，著重分析了超聲波檢測技術在高壓三通焊縫檢測中的應用，希望本文的研究對高壓三通焊縫檢測技術有一定的推動作用。

參考文獻

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作者簡介：祝俊斐（1985-），男，浙江金華人，浙江工業大學化工設備有限公司助理工程師，研究方向：機械制造檢測。

（責任編輯：秦遜玉）endprint