管道焊缝未熔合的底片评定
摘要:对管道焊缝射线照相底片进行评定时, 由于焊缝存在的单边未焊透、条形缺陷、根部内凹和咬边及成型不良等影像类似未熔合, 而引发各方对缺陷定性的争议。就管道焊缝和射线照相工艺特点, 研究未熔合和相类似缺陷的影像特征及评定方法, 以帮助正确判定未熔合。
压力管道及承压管子环向焊接接头(下称管道焊缝) 的射线检测质量分级把缺陷性质分为裂纹、未熔合、未焊透、条形缺陷、圆形缺陷、根部内凹和根部咬边等七类, 其中裂纹与未熔合不允许存在。受管道外观形状、焊接工艺和射线照相方法等因素影响, 焊缝存在的单边未焊透、条形夹渣、根部内凹和根部咬边及缩沟等在底片上投影与未熔合极为相似, 容易造成缺陷的误判, 由此导致的焊缝返修不仅浪费材料、设备和人工, 延误工期; 如属于在用管道定期检验的返修, 且返修焊缝位于狭窄位置或管材为特殊材料, 返修结果可能不合格或越返修焊缝越差, 给在用管道的运行增加新的不安全因素; 若是对管道产品的验证性复检, 误判可能导致需方要求退货。因此, 管道焊缝底片评定对缺陷影像的定性结果常在各方之间产生争议。笔者从管道接头的焊接工艺、射线照相特点、未熔合及其他类似缺陷影像的鉴别方法进行分析和研究, 以帮助正确评定未熔合 1管道焊缝缺陷及影像特征
1.1根部缺陷与未熔合管道接头焊接与板材焊接不同管道焊缝型式均为不加垫板的单面焊, 如未采用氢弧焊打底, 易产生未焊透、根部凹坑、根部咬边和缩沟等, 而这些根部缺陷无论从产生机理、所处部位、在底片上的影像形状、黑度及走向均与未熔合相似, 因而底片评定时容易引起误判。
1.2未熔合产生几率管道焊缝属薄壁工件焊接, 除根部缺陷外, 产生的任何其他缺陷的外形不会很大。由于薄壁工件焊接坡口尺寸不大, 熔池较小, 起弧后熔池温度升高很快, 且由于焊接时少有横向运条的操作, 缺乏产生坡口未熔合的外部条件。一些小径管焊接时, 焊缝金属填充面是曲率较大的凸面, 不适合运条速度快的焊接操作, 难以发生因焊接速度过快产生层间未熔合。从理论上说, 管道接头焊接产生层间和坡口未熔合的几率不大。
1.3外观缺陷
管道安装施工现场水平方向对接接头包含了平、横、立、仰的全位置焊接, 同性质的缺陷可能因处在不同的焊接位置, 其影像的外观轮廓有较大差异; 垂直方向安装的管道接头需采用横焊, 容易出现焊趾咬边、焊道间咬边、焊沟及成型不良等外观缺陷。当采用双壁双影照相时, 这些外观缺陷投影在底片上的影像也可能与未熔合影像混淆。
1.4小径管缺陷投影成像特征
小径管焊缝几乎都采用双壁双影倾斜透照方法, 被检部位靠近射线源侧的管道上半部焊缝是突出圆环, 靠近底片侧的下环焊缝是凹面的圆环。焊缝与缺陷投影在底片上都为平面影像, 从投影成像原理分析, 底片上的缺陷影像既有放大也有压缩, 且对位于曲面投影部位的缺陷, 投影在底片上其外观形状会发生畸变, 射线倾斜人射角度的变化会使底片上的缺陷影像在焊缝中的相对位置、形状、尺寸均发生质的改变, 因此小径管焊缝底片评定单凭缺陷影像在底片上的位置、外形和黑度来定性是不准确的。
2未熔合的特征及其影像评定
未熔合定义为焊缝金属与母材或焊缝金属各焊层之未熔合的部分图。未熔合以层间、坡口和根部的形式存在。
2.1 层间未熔合
层间未熔合是多层焊时各层焊缝金属之间未熔化成一体的缺陷阁。图1是层间未熔合在焊缝中的形貌与产生部位, 其在底片上的影像黑度与背景黑度差别较小, 外观特征与片状夹渣相近, 多出现在厚板多层焊的焊缝中, 与射线穿透方向垂直时在底片上的影像系一薄层阴影。
如前文所述, 管道焊缝产生层间未熔合的几率层间未熔合较低, 即使发生也较难在底片上投影成像。从对焊缝强度的影响分析, 其类似于夹层, 对焊缝影响有限, 是在射线照相时难于在底片上投影成像的缺陷。
2.2 坡口未熔合
坡口未熔合是指坡口侧壁处发生焊缝金属与母材金属未熔化成一体的缺陷。在焊缝中的形貌与产生位置见图2。一般发生于焊缝宽度约34/处, 形貌多呈月牙形, 外边(靠母材侧) 平直, 内侧(靠焊缝中心侧) 为弧形, 黑度逐渐变浅4j[。小径管双壁双影倾斜透照时射线束方向接近于沿坡口面方向, 透照时会获得黑度大、轮廓清晰、近似于线状细夹渣的影像, 用放大镜可观察出坡口痕迹。
坡口未熔合图2坡口未熔合如前文所述, 管道(尤其是小径管) 焊缝由于壁厚薄、填充金属的层数不多而产生的坡口未熔合缺陷高度不大, 与相同尺寸的夹渣相比, 对焊缝性能的影响程度没有多大区别, 建议在一般情况下可按夹渣评定。
2.3 根部未熔合
根部未熔合是指坡口根部处发生焊缝金属与母材金属未熔化成一体的缺陷, 在焊缝中的形貌与位置见图3。
其影像在根部焊道一侧的焊址线上呈现直线状黑线条, 黑度较大, 细而均匀, 轮廓较为清晰, 用放大镜观察到坡口端部的加工痕迹。靠近焊缝的中轴线呈曲齿状, 与根部焊瘤同生是判定为未熔合的重要特征之一(有焊瘤存在可排除未焊透) 。由于它产生在根部, 容易与根部凹坑、根部咬边和收缩沟等焊接缺陷的影像混淆。管道焊缝所产生的三种形式的未熔合中, 根部未熔合的几率最大。
综上所述, 管道焊缝底片评定对未熔合的定性应遵循以下三个原则:首先是不考虑层间未熔合, 因为它产生几率不大, 在底片上成像的可能性很小; 其次是除非观察到坡口的影像, 一般忽略坡口未熔合存在, 疑似影像按条渣评定; 三是重点分析根部未熔合与其他根部缺陷区别, 与焊瘤共生是根部未熔合定性的重要依据之一。
3 容易错评为未熔合的几种缺陷影像
3.1 单面未焊透未焊透
为实际熔深与公称熔深之间的差异. 单面未焊透是根部一个熔合面未被金属填充。当管道组对不当、管道不圆、管径或壁厚误差造成对接接头错边时更容易产生如图4所示的单边(高低) 未焊透。底片上的影像与根部未熔合相似:都处于焊缝根部一侧、沿着焊接方向呈现一边较直、另一边为曲面的黑影。无论从影像的轮廓形状、黑度深浅的变化和所处部位都和根部未熔合类似。判别方法是观察底片上的焊缝根部如果有白色焊瘤影像说明已焊透, 可判定为未熔合。
3.2 条状夹渣
夹渣为残留在焊缝金属中的溶渣, 长宽比大于3的夹渣称为条状夹渣。条状夹渣在底片上的影像为沿着焊缝长度方向呈现块状、边缘不整齐的黑影, 有位于坡口面上的条状夹渣影像与未熔合极为相似, 也会产生一边较直类似于未熔合的影像(图5), 评定结果常引起争议。区分未熔合与条状夹渣影像的方法是条状夹渣的影像黑度较大且边缘不规则。
3.3 根部凹坑
根部凹坑为焊缝根部收缩所产生的沟槽。存在形式为根部焊道中间或两侧可观察到的沟槽（图6) 。中间沟槽成像呈现为一条较宽的带状暗影，与未熔合类似。以下是根部凹坑错评为未熔合的真实案例。
广西某燃煤电厂1 O0 t/h锅炉安装施工过程中, 业主方按合同规定对锅炉制造单位出厂的高温过热器和高温再热器管产品进行焊缝射线照相抽查。底片评定显示有02多个管焊缝存在未熔合缺陷. 按供货合同这批管件产品需退货。而锅炉制造单位对未熔合底片的复评结果为、、级, 焊缝合格, 拒绝退货。在双方争议情况下, 另邀请了多名射线高级人员进行复核, 仍有不同的评定结果。最后双方同意对两个管道编号分别为126B 号(材料12Cr1M oVG;,规格笋60.3mm*5 m m)和lG63号(材料SA 一213T91, 规格势51 mm*8 mm)的原评定存在未熔合的焊缝采取割管和解lJa 验证方法. 以确认缺陷性质。解剖结果为, 原判定为未熔合影像的焊缝实为根部凹坑缺陷, 如图7(a)和(b).证实原先判定的结果属误判。
上述举例说明了管道焊缝根部Jl 坑经双壁双影倾斜透照后影像类似于未熔合所造成误判。如果没有进行解剖验证, 这批管道将作退货处理, 势必造成不必要的经济损失, 还将严重影响工程的施工进度。
3.4 根部咬边和缩沟
根部咬边为母材在根部焊趾处因焊接产生的不规则缺口; 缩沟定义为在根部焊道的每侧都观察到的沟槽。根部咬边和缩沟经倾斜透照投影在底片上的影像与未熔合类似。判断方法是咬边总是发生在根部焊趾线上, 并中断焊趾线。缩沟在底片上一定出现在焊缝根部投影的两侧, 产生在离焊趾线靠中间的部位, 这是它与未熔合的主要区别。评定时需注意根部咬边和缩沟影像的宽度较宽, 直线度较差, 黑度为中间高边缘较浅的特征。 4 结语
底片评定的准确性及结论的科学性体现了评片人员的综合水平。管道焊缝底片评定与板对接焊缝底片评定相比, 其缺陷的投影成像具有较多的复杂78 02 1年第3卷第8期性和不确定性。如将一些允许存在的单边未焊透、条形夹渣、根部内凹、根部咬边及缩沟等焊接缺欠误判为不允许存在的未熔合, 则必须进行返修、复检和增加检测比例等, 给焊接和检测带来无意义的重复工作, 对社会资源造成极大的浪费。评片人员应注意
了解各种焊接位置的焊纹规律, 对管道接头焊接工艺和检测方法有充分的了解, 掌握各种缺陷投影在底片上的影像特征, 力求做到评定准确、科学、合理、不错评、不漏评。
管道焊缝未熔合的底片评定
摘要:对管道焊缝射线照相底片进行评定时, 由于焊缝存在的单边未焊透、条形缺陷、根部内凹和咬边及成型不良等影像类似未熔合, 而引发各方对缺陷定性的争议。就管道焊缝和射线照相工艺特点, 研究未熔合和相类似缺陷的影像特征及评定方法, 以帮助正确判定未熔合。
压力管道及承压管子环向焊接接头(下称管道焊缝) 的射线检测质量分级把缺陷性质分为裂纹、未熔合、未焊透、条形缺陷、圆形缺陷、根部内凹和根部咬边等七类, 其中裂纹与未熔合不允许存在。受管道外观形状、焊接工艺和射线照相方法等因素影响, 焊缝存在的单边未焊透、条形夹渣、根部内凹和根部咬边及缩沟等在底片上投影与未熔合极为相似, 容易造成缺陷的误判, 由此导致的焊缝返修不仅浪费材料、设备和人工, 延误工期; 如属于在用管道定期检验的返修, 且返修焊缝位于狭窄位置或管材为特殊材料, 返修结果可能不合格或越返修焊缝越差, 给在用管道的运行增加新的不安全因素; 若是对管道产品的验证性复检, 误判可能导致需方要求退货。因此, 管道焊缝底片评定对缺陷影像的定性结果常在各方之间产生争议。笔者从管道接头的焊接工艺、射线照相特点、未熔合及其他类似缺陷影像的鉴别方法进行分析和研究, 以帮助正确评定未熔合 1管道焊缝缺陷及影像特征
1.1根部缺陷与未熔合管道接头焊接与板材焊接不同管道焊缝型式均为不加垫板的单面焊, 如未采用氢弧焊打底, 易产生未焊透、根部凹坑、根部咬边和缩沟等, 而这些根部缺陷无论从产生机理、所处部位、在底片上的影像形状、黑度及走向均与未熔合相似, 因而底片评定时容易引起误判。
1.2未熔合产生几率管道焊缝属薄壁工件焊接, 除根部缺陷外, 产生的任何其他缺陷的外形不会很大。由于薄壁工件焊接坡口尺寸不大, 熔池较小, 起弧后熔池温度升高很快, 且由于焊接时少有横向运条的操作, 缺乏产生坡口未熔合的外部条件。一些小径管焊接时, 焊缝金属填充面是曲率较大的凸面, 不适合运条速度快的焊接操作, 难以发生因焊接速度过快产生层间未熔合。从理论上说, 管道接头焊接产生层间和坡口未熔合的几率不大。
1.3外观缺陷
管道安装施工现场水平方向对接接头包含了平、横、立、仰的全位置焊接, 同性质的缺陷可能因处在不同的焊接位置, 其影像的外观轮廓有较大差异; 垂直方向安装的管道接头需采用横焊, 容易出现焊趾咬边、焊道间咬边、焊沟及成型不良等外观缺陷。当采用双壁双影照相时, 这些外观缺陷投影在底片上的影像也可能与未熔合影像混淆。
1.4小径管缺陷投影成像特征
小径管焊缝几乎都采用双壁双影倾斜透照方法, 被检部位靠近射线源侧的管道上半部焊缝是突出圆环, 靠近底片侧的下环焊缝是凹面的圆环。焊缝与缺陷投影在底片上都为平面影像, 从投影成像原理分析, 底片上的缺陷影像既有放大也有压缩, 且对位于曲面投影部位的缺陷, 投影在底片上其外观形状会发生畸变, 射线倾斜人射角度的变化会使底片上的缺陷影像在焊缝中的相对位置、形状、尺寸均发生质的改变, 因此小径管焊缝底片评定单凭缺陷影像在底片上的位置、外形和黑度来定性是不准确的。
2未熔合的特征及其影像评定
未熔合定义为焊缝金属与母材或焊缝金属各焊层之未熔合的部分图。未熔合以层间、坡口和根部的形式存在。
2.1 层间未熔合
层间未熔合是多层焊时各层焊缝金属之间未熔化成一体的缺陷阁。图1是层间未熔合在焊缝中的形貌与产生部位, 其在底片上的影像黑度与背景黑度差别较小, 外观特征与片状夹渣相近, 多出现在厚板多层焊的焊缝中, 与射线穿透方向垂直时在底片上的影像系一薄层阴影。
如前文所述, 管道焊缝产生层间未熔合的几率层间未熔合较低, 即使发生也较难在底片上投影成像。从对焊缝强度的影响分析, 其类似于夹层, 对焊缝影响有限, 是在射线照相时难于在底片上投影成像的缺陷。
2.2 坡口未熔合
坡口未熔合是指坡口侧壁处发生焊缝金属与母材金属未熔化成一体的缺陷。在焊缝中的形貌与产生位置见图2。一般发生于焊缝宽度约34/处, 形貌多呈月牙形, 外边(靠母材侧) 平直, 内侧(靠焊缝中心侧) 为弧形, 黑度逐渐变浅4j[。小径管双壁双影倾斜透照时射线束方向接近于沿坡口面方向, 透照时会获得黑度大、轮廓清晰、近似于线状细夹渣的影像, 用放大镜可观察出坡口痕迹。
坡口未熔合图2坡口未熔合如前文所述, 管道(尤其是小径管) 焊缝由于壁厚薄、填充金属的层数不多而产生的坡口未熔合缺陷高度不大, 与相同尺寸的夹渣相比, 对焊缝性能的影响程度没有多大区别, 建议在一般情况下可按夹渣评定。
2.3 根部未熔合
根部未熔合是指坡口根部处发生焊缝金属与母材金属未熔化成一体的缺陷, 在焊缝中的形貌与位置见图3。
其影像在根部焊道一侧的焊址线上呈现直线状黑线条, 黑度较大, 细而均匀, 轮廓较为清晰, 用放大镜观察到坡口端部的加工痕迹。靠近焊缝的中轴线呈曲齿状, 与根部焊瘤同生是判定为未熔合的重要特征之一(有焊瘤存在可排除未焊透) 。由于它产生在根部, 容易与根部凹坑、根部咬边和收缩沟等焊接缺陷的影像混淆。管道焊缝所产生的三种形式的未熔合中, 根部未熔合的几率最大。
综上所述, 管道焊缝底片评定对未熔合的定性应遵循以下三个原则:首先是不考虑层间未熔合, 因为它产生几率不大, 在底片上成像的可能性很小; 其次是除非观察到坡口的影像, 一般忽略坡口未熔合存在, 疑似影像按条渣评定; 三是重点分析根部未熔合与其他根部缺陷区别, 与焊瘤共生是根部未熔合定性的重要依据之一。
3 容易错评为未熔合的几种缺陷影像
3.1 单面未焊透未焊透
为实际熔深与公称熔深之间的差异. 单面未焊透是根部一个熔合面未被金属填充。当管道组对不当、管道不圆、管径或壁厚误差造成对接接头错边时更容易产生如图4所示的单边(高低) 未焊透。底片上的影像与根部未熔合相似:都处于焊缝根部一侧、沿着焊接方向呈现一边较直、另一边为曲面的黑影。无论从影像的轮廓形状、黑度深浅的变化和所处部位都和根部未熔合类似。判别方法是观察底片上的焊缝根部如果有白色焊瘤影像说明已焊透, 可判定为未熔合。
3.2 条状夹渣
夹渣为残留在焊缝金属中的溶渣, 长宽比大于3的夹渣称为条状夹渣。条状夹渣在底片上的影像为沿着焊缝长度方向呈现块状、边缘不整齐的黑影, 有位于坡口面上的条状夹渣影像与未熔合极为相似, 也会产生一边较直类似于未熔合的影像(图5), 评定结果常引起争议。区分未熔合与条状夹渣影像的方法是条状夹渣的影像黑度较大且边缘不规则。
3.3 根部凹坑
根部凹坑为焊缝根部收缩所产生的沟槽。存在形式为根部焊道中间或两侧可观察到的沟槽（图6) 。中间沟槽成像呈现为一条较宽的带状暗影，与未熔合类似。以下是根部凹坑错评为未熔合的真实案例。
广西某燃煤电厂1 O0 t/h锅炉安装施工过程中, 业主方按合同规定对锅炉制造单位出厂的高温过热器和高温再热器管产品进行焊缝射线照相抽查。底片评定显示有02多个管焊缝存在未熔合缺陷. 按供货合同这批管件产品需退货。而锅炉制造单位对未熔合底片的复评结果为、、级, 焊缝合格, 拒绝退货。在双方争议情况下, 另邀请了多名射线高级人员进行复核, 仍有不同的评定结果。最后双方同意对两个管道编号分别为126B 号(材料12Cr1M oVG;,规格笋60.3mm*5 m m)和lG63号(材料SA 一213T91, 规格势51 mm*8 mm)的原评定存在未熔合的焊缝采取割管和解lJa 验证方法. 以确认缺陷性质。解剖结果为, 原判定为未熔合影像的焊缝实为根部凹坑缺陷, 如图7(a)和(b).证实原先判定的结果属误判。
上述举例说明了管道焊缝根部Jl 坑经双壁双影倾斜透照后影像类似于未熔合所造成误判。如果没有进行解剖验证, 这批管道将作退货处理, 势必造成不必要的经济损失, 还将严重影响工程的施工进度。
3.4 根部咬边和缩沟
根部咬边为母材在根部焊趾处因焊接产生的不规则缺口; 缩沟定义为在根部焊道的每侧都观察到的沟槽。根部咬边和缩沟经倾斜透照投影在底片上的影像与未熔合类似。判断方法是咬边总是发生在根部焊趾线上, 并中断焊趾线。缩沟在底片上一定出现在焊缝根部投影的两侧, 产生在离焊趾线靠中间的部位, 这是它与未熔合的主要区别。评定时需注意根部咬边和缩沟影像的宽度较宽, 直线度较差, 黑度为中间高边缘较浅的特征。 4 结语
底片评定的准确性及结论的科学性体现了评片人员的综合水平。管道焊缝底片评定与板对接焊缝底片评定相比, 其缺陷的投影成像具有较多的复杂78 02 1年第3卷第8期性和不确定性。如将一些允许存在的单边未焊透、条形夹渣、根部内凹、根部咬边及缩沟等焊接缺欠误判为不允许存在的未熔合, 则必须进行返修、复检和增加检测比例等, 给焊接和检测带来无意义的重复工作, 对社会资源造成极大的浪费。评片人员应注意
了解各种焊接位置的焊纹规律, 对管道接头焊接工艺和检测方法有充分的了解, 掌握各种缺陷投影在底片上的影像特征, 力求做到评定准确、科学、合理、不错评、不漏评。