王海涛1,2,李仕力1,2,鞠舰波1,张 智1,罗艳龙1,2
[1.中国特种设备检测研究院,北京 100029; 2.国家市场监管技术创新中心(油气管道与储存设备安全),北京 100029]
摘 要:某 L458M 钢管道在无损检测过程中发现检测缺陷,射线和超声检测方法对缺陷复验的 结论差别较大,不能确定缺陷种类。采用宏观分析、金相分析及能谱分析等方法对该管段取样进行 缺陷原因分析。结果表明:该 L485M 钢管道无损检测缺陷为裂纹,该位置处进行过管体补焊,裂 纹为焊接过程中产生,服役过程中并未发生扩展。原损伤位置在补焊前即存在铜污染,裂纹主要与 焊缝金属凝固过程中液体金属不能及时充填收缩位置以及低熔点金属铜引起的结晶裂纹等两方面 原因有关。
关键词:管道;无损检测;裂纹;补焊;铜污染 中图分类号:TG115 文献标志码:B 文章编号:1001-4012(2021)04-0048-03
压力管道安装检验和定期检验中都需要采用无 损检测技术对管道本体损伤和焊缝缺陷进行检测。 由于各种无损检测方法的原理、设备等带来的局限 性,往往需要通过多种检测方法的结果比较来对发 现的缺陷进行定性判断[1-2]。某管径为813mm,壁 厚为14.4mm,材料为L485M 钢的管道在漏磁内检 测时发现一处管道本体存在32%(体积分数)的金 属损失。采用超声检测、相控阵检测、射线检测等无 损检测方法对该处进行检测,超声波检测结果显示该 处12.5mm 深度上存在长约20mm 的管道本体内部 夹层,缺陷自身高度约2mm;超声相控阵检测结果显 示该处10~12mm 深度上存在长约20mm 的细小 夹层;但射线检测结果判断该处为长度25mm 的裂 纹。超声检测和射线检测对缺陷的判定结果差别较 大,无法确定缺陷类型,因此对缺陷部位进行解剖取 样和分析,以明确缺陷类型及其产生原因。
1 理化检验
1.1 宏观分析
对存在缺陷的管段解剖后取样,所切取样品如 图1所示。对该样品的缺陷位置进行射线检测复 核,根据复核结果判断缺陷为裂纹的可能性较大。将样品内壁打磨后,用4%(质量分数,下同)硝 酸酒精溶液对该缺陷位置进行浸蚀,其形貌如图2 所示。可见内壁缺陷部位显示出两处呈圆形且与管 体母材明显不同的区域,在两处圆形缺陷位置处切 取试样。
1.2 金相分析 上述两个试样经过镶嵌、研磨和抛光,并用4% 硝酸酒精溶液浸蚀后,在金相显微镜下进行观察。 试样1的金相照片可见明显焊接特征区域(焊缝区 和热影响区),如图3所示。焊缝区内存在大量焊接 缺陷和裂纹,其显微组织形貌如图4所示,焊缝区裂 纹为沿柱状晶方向开裂的结晶裂纹。在热影响区也 存在沿晶裂纹,且在晶界处发现黄色物质,如图5中箭头所示处,同时在裂纹内有灰色氧化物存在。 试样2的金相照片如图6所示。在焊缝区存在 沿柱状晶方向开裂的裂纹,没有发现其他焊接缺陷, 如图7所示。在热影响区同样存在沿晶裂纹,裂纹 内有灰色氧化物和黄色物质,如图8中箭头处所示。
1.3 能谱分析
为了确定焊缝区及热影响区晶界分布的黄色物 质的成分,在扫描电镜下对其进行能谱(EDS)分析。 对试样1的焊缝金属的不同区域进行 EDS分析,结果见图9。可见白色区域的铜含量很高(质量分数 达到93.95%),灰色区域的铜含量为19.52%(质量 分数,下同)。对试样2的焊缝金属中的不同相进行 EDS分析,结果见图10。可见试样2焊缝金属中也 含有一定量铜,但各微区铜含量的差别不大,分别为 8.69%,5.79%和5.61%,比试样1的焊缝中铜含量 少。热影响区裂纹中的黄色物质全部为铜,灰色物 质为铁的氧化物。
2 分析与讨论
该缺陷管段经射线检测发现近表面存在长度约 20mm 的主裂纹,且存在多条与主裂纹成一定角度 的微裂纹。经磨抛、浸蚀后的金相试样表面出现两 处呈圆形 且 与 管 体 母 材 明 显 区 分 的 区 域,直 径 约 10mm。对该处取样进行金相检验及能谱分析发 现,缺陷位置存在明显的焊缝区和热影响区,可以判 断该位置进行过管体补焊。 在焊缝区存在主裂纹及与主裂纹成一定角度的 微裂纹,这主要与焊缝金属凝固过程中液体金属不能 及时充填收缩位置以及低熔点金属铜引起的结晶裂 纹等两方面原因有关[3-4],造成焊缝区存在大量的缩 孔、裂纹等焊接缺陷。补焊过程中在热影响区也产生 了沿晶裂纹,低熔点的铜受热液化渗入了热影响区裂 纹内部,在裂纹内部残存了大量渗入的铜元素。 热影响区的裂纹中均发现有铜渗入,并有较多 的高温氧化产物,说明焊缝及热影响区的裂纹均是 在焊接过程中产生的,在服役过程中并未发生扩展。
由于试样1和试样2中的铜元素含量差异较 大,因此判断原损伤位置在补焊前即存在了铜污染, 在管体内表面缺陷未清理或者清理不彻底的情况下 进行了管体补焊。基于该结论对管道制造安装过程 中可能造成铜污染的环节进行了调查取证,核实了 之前的推测。
3 结论及建议
该 L485M 钢管道无损检测缺陷为裂纹,该位 置处进行过管体补焊,裂纹为焊接过程中产生,服役 过程中并未发生扩展。原损伤位置在补焊前即存在 铜污染,裂纹主要与焊缝金属凝固过程中液体金属 不能及时充填收缩位置以及低熔点金属铜引起的结 晶裂纹等两方面原因有关。 建议焊接前清理干净污染金属,防止沿晶裂纹 的产生;并改进焊接工艺,防止出现缩孔、裂纹等焊 接缺陷,保证焊接质量。
来源：材料与测试网