埋弧焊鋼管焊縫常見缺陷綜合圖譜的建立及分析

蔣太秋，王自信，張圣光，邊照斌，王勝輝

（山東勝利鋼管有限公司，山東 淄博255082）

0 前 言

埋弧焊鋼管焊縫內部缺陷的檢驗通常采用無損檢測技術，超聲波檢測與X 射線檢測是最常規的兩種檢驗方法。 但是，這兩種檢測方法都各有優點與局限性，超聲波檢測對垂直于聲束傳播方向的缺陷最有效，對平行于聲束傳播方向的缺陷卻有局限性；X 射線檢測對平行于射線束傳播方向的缺陷最有效，對垂直于射線束傳播方向的缺陷卻有局限性。 這兩種檢測方法得出的缺陷信息都比較單一，尤其是當前應用最普遍的A 型超聲波回波檢測法，它是通過超聲波回波信息對缺陷進行判斷、 評定，由于回波信號信息的抽象性，讓檢驗人員難以對缺陷形貌有直觀的了解，從而影響對缺陷的最后判定。 X 射線檢測雖然能看出垂直射線方向上缺陷的平面圖像，但缺乏深度方向上的信息。 為了讓檢驗人員對各種缺陷有全面的了解，不少焊管生產企業從檢驗人員的培訓開始，就收集了生產中各種常見的焊接缺陷試塊，用于比對練習，有時甚至對部分缺陷解剖，進行金相檢測，讓檢驗人員能夠觀察到各種缺陷的實際形貌，通過這些方法使檢驗人員對缺陷的全貌有更深的了解，從而提高檢驗水平。 近年來，計算機數字技術在無損檢測等方面得到了廣泛應用，可以更加方便快捷地收集保存焊縫中各種缺陷的信息。

本研究通過數字超聲波探傷儀采集焊縫缺陷的靜態或動態回波信號、 數字射線平板 （DR 平板） 采集焊縫缺陷的X 射線數字影像、 金相顯微鏡采集缺陷解剖后的高倍或低倍數字圖像，建立了埋弧焊鋼管焊縫常見缺陷無損檢測綜合圖譜，對無損檢測人員進行缺陷分析提供參考和借鑒。

1 常見缺陷綜合圖譜建立的原則與步驟

圖譜的建立基于生產過程中焊接缺陷在超聲波檢驗、 X 射線檢驗和金相檢驗中的不同表征，目的在于幫助檢驗人員從各方面更形象地了解不同類型缺陷、 不同檢測方法下的表現方式，有助于缺陷的識別和判定。 圖譜為同一檢測點、3 種不同檢測方式的相互對比，若存在試樣多處相同缺陷且試樣較大，則選取一缺陷段進行檢測。

將所有經選擇錄入圖譜的缺陷試樣進行嚴格分類，缺陷類型編號見表1。 同一類型的缺陷試樣從小到大用鋼印永久標記，例如1-1 代表裂紋缺陷1 號樣，2-3 代表未焊透3 號樣。 試樣凹面向下，焊縫水平放置，標記在試樣的左上角。

表1 圖譜缺陷類型及編號

試樣要求焊縫有效長度為100 mm，在條件允許的情況下，截取的試樣可以盡量長，以滿足X 射線檢驗抓圖或超聲波檢驗的需要。 保留試樣尺寸為260 mm×200 mm，并在每塊保留試樣上鉆Φ1.6 mm 的豎通孔。

依據 API SPEC 5L、 NBT 47013.2—2015 射線檢測、 NBT 47013.3—2015 超聲檢測標準中的要求進行檢測。 超聲波檢驗時，用超聲波檢驗方法確定缺陷中心，并盡量精確地確定缺陷中心的水平和埋深，以便于后期金相解剖。 同時，詳細記錄探頭和缺陷中心的位置，拍照存儲，并在試樣上進行永久標記。 缺陷曲線圖3 張 （波高最高處、 波高最高處左右半波高處各1 張），用文字備注出試樣規格；檢測靈敏度統一用Φ1.6 mm豎通孔，詳細記錄靈敏度調校儀器參數及缺陷參數等。

X 射線檢驗時，用X 射線檢驗方法確定缺陷中心，將黑度較大的位置確定為缺陷中心，抓圖或拍片時放置像質計，保證像質計不遮蓋缺陷顯示，用箭頭標記標識中心位置，并在試樣上作出永久標記。 抓圖時用文字備注試樣規格材質以及適用絲徑。

金相檢驗試樣加工時，橫向缺陷縱向切割，取縱向試樣，縱向缺陷橫向切割，取橫向試樣；缺陷樣需要宏觀圖片和微觀圖片，微觀圖片做好標尺，并在圖片上清楚標記缺陷位置。

2 常見缺陷綜合圖譜分析

根據以上原則，采集了生產過程中常見的缺陷試塊，每種類型 3～4 塊，現在對信息庫中部分典型缺陷試塊進行分析。

2.1 裂紋缺陷

裂紋缺陷1-2 號試樣的綜合圖譜如圖1 所示，該試樣取自 Φ325 mm×7 mm 埋弧焊管。 由圖1 （a） 可見缺陷是位于內外焊縫熔合線下內焊縫區域傾斜中心線的裂紋，幾乎貫穿整個內焊縫；圖1 （b） 中裂紋呈多層解理狀態，靠近熔合線部位開裂寬度比較大，沿傾斜方向逐漸延伸至內焊縫根部；從圖1 （c） 能看出缺陷為較明顯的裂紋影像，在焊縫靠近中心部位平行于焊縫方向，呈現波紋狀，頭尾尖細，缺陷長度約為10 mm；圖1 （d） 超聲波檢測時采用一次波探傷，回波波幅寬而直，波形穩定，前后移動探頭時動態范圍較大，說明該缺陷有一定的自身高度，實際檢測到最高點處波高Φ1.6 mm 豎通孔+18.5 dB，水平7.7 mm，深度6.7 mm，探頭垂直于焊縫時缺陷波反射幅度高，轉動探頭波幅變化明顯，波形尖銳，從這些特征可以判斷為平行于焊縫方向的縱向裂紋。

圖1 裂紋缺陷1-2 號試樣的綜合圖譜

圖2 裂紋缺陷1-3 號試樣的綜合圖譜

裂紋缺陷1-3 號試樣的綜合圖譜如圖2 所示，該試樣取自Φ1 219 mm×18.4 mm 螺旋埋弧焊管，裂紋為紅色箭頭所指位置。 從宏觀金相圖看，由于采用垂直于缺陷長度方向取樣，缺陷圖像尺寸較短，方向傾斜，稍帶彎曲，頭尾尖細狀；從實際焊縫解剖圖看，該缺陷橫跨焊縫，長度橫貫整個焊縫；從X 射線檢驗圖看，為很明顯的橫向裂紋缺陷圖像，橫跨焊縫，一頭較粗，一頭較細；超聲波檢測采用探頭與焊縫垂直探測，反射波幅不高且寬，波峰分叉，兩側都能探到，說明橫向裂紋延伸到焊縫與母材處，二次波也能探到，此裂紋在焊縫中有一定高度，當探頭與焊縫成45°角時，波高Φ1.6 mm豎通孔+10 dB 左右，在焊縫左右兩側采用4 種角度都能檢測到，說明裂紋垂直于焊縫方向，判斷為橫向裂紋。

2.2 未焊透缺陷

未焊透缺陷2-1 號試樣的綜合圖譜如圖3所示。 該試樣取自 Φ273 mm×6.3 mm 埋弧焊管，從宏觀金相解剖圖看，內外焊縫均偏離坡口中心線，且內外焊重合量小，幾乎相切，未焊透缺陷位于內外焊熔合三角區靠近外焊縫處，缺陷自身高度1.3 mm；微觀金相圖中未焊透缺陷特征比較明顯；從X 射線檢驗圖看，內外焊縫均向一側偏約1.5 mm，造成未焊透，長度65 mm；超聲波檢測，一側一次和二次波都能探到，一次波探傷時波幅寬而直，波形穩定，最高點處波高為Φ1.6 mm 豎通孔+18.5 dB，水平0.6 mm，深度4.3 mm，二次波探傷時波幅寬而分叉，波形穩定，最高點處波高為Φ1.6 mm 豎通孔+13.7 dB，水平 16.8 mm, 深度 1.8 mm。另一側一次波探傷時因為焊偏原因會把缺陷波當成底波，缺陷性質為焊偏造成的內外焊縫熔合區外的未焊透。

圖3 未焊透缺陷2-1 號試樣的綜合圖譜

2.3 未熔合缺陷

未熔合缺陷3-1 號試樣的綜合圖譜如圖4所示，該試樣取自Φ1 016 mm×14.2 mm 埋弧焊管。 從宏觀金相圖看，內外焊縫中心線偏離較大，焊偏量為 5 mm，內外焊縫基本沒有重合量，未熔合缺陷產生于內外焊縫相切部位，尺寸較小；微觀金相圖上能看出未熔合缺陷圖像呈不規則形貌；從X 射線檢驗圖看，缺陷圖像平行于焊縫方向，整體偏離焊縫中心線，焊偏量約2.5 mm，缺陷長度40 mm；采用超聲波檢測，兩側一次波和一次半波都能探到，缺陷反射波幅高而寬，一側的一次波探測時，缺陷波靠近底波，另一側一次波探測時，缺陷波靠近始波，最高波高為Φ1.6 mm 豎通孔+9 dB。

圖4 未熔合缺陷3-1 號試樣的綜合圖譜

2.4 氣孔缺陷

氣孔缺陷5-1 號試樣的綜合圖譜如圖5 所示，該試樣取自Φ813 mm×12.7 mm 埋弧焊管。從宏觀金相圖看，該缺陷位于內焊縫中心結晶柱位置，缺陷高度約7.7 mm，最寬處約1.5 mm，開口延伸到內焊縫表面，為柱狀氣孔；從焊縫分布外形圖看，在內焊縫表面呈現開口狀；從X射線檢驗圖看，該缺陷亮度較大，直徑較小 （如按X 射線標準評判，直徑小的氣孔易判為合格，但因實際埋藏深度較大，應為危害性缺陷）；采用超聲波檢測，該缺陷最高點水平位置在焊縫中心，最高波高為 Φ1.6 mm 豎通孔+6.3 dB，采用半波高度法測得缺陷自身高度為5.2 mm，與宏觀圖像上缺陷自身高度7.7 mm 有一定差別。

圖5 氣孔缺陷5-1 號試樣的綜合圖譜

3 結束語

埋弧焊鋼管焊縫中常見缺陷綜合圖譜的建立，能夠提升無損檢測人員的專業技術水平，通過收集不同類型的缺陷試塊，采用不同檢驗方法進行多方面分析，使檢驗人員對焊縫中常見缺陷的形貌有更清晰的認識，進而提高對缺陷類型識別的準確性及效率，為企業產品的質量安全保駕護航。