林春明，楊偉芳，錢利雄，卞忠景，李來忠

（浙江金洲管道工業(yè)有限公司，浙江 湖州 313005）

不銹鋼/碳鋼雙金屬復(fù)合管是20世紀(jì)后期發(fā)展起來的一種新型復(fù)合焊接鋼管，近年來在生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。鑒于市場需要，浙江金洲管道工業(yè)有限公司（以下簡稱金洲管道）開始開發(fā)并制造不銹鋼/碳鋼雙金屬復(fù)合管。雙金屬復(fù)合管的復(fù)層為不銹鋼，滿足腐蝕環(huán)境輸送或接觸介質(zhì)的要求，該層厚度為管壁厚度的10%～30%；基層為滿足管材力學(xué)性能要求的普通碳素鋼和低合金鋼，使用熱軋冶金復(fù)合鋼板，并經(jīng)冷彎成型和復(fù)層、基層雙道焊接成復(fù)合鋼管。采用該工藝流程可以大幅降低復(fù)合管材的材料成本和單位綜合耗能，具有重要意義。

國內(nèi)對(duì)于中等厚度雙金屬復(fù)合板的焊接技術(shù)相對(duì)成熟。比如GB/T 13148—2008《雙金屬復(fù)合板焊接技術(shù)的要求》對(duì)復(fù)合層厚度≥4mm的雙金屬復(fù)合板焊接坡口的選擇、焊接的要求、焊接的工藝評(píng)定試驗(yàn)以及焊后的質(zhì)量檢驗(yàn)均作了相應(yīng)規(guī)定。但對(duì)于薄層和超薄層雙金屬復(fù)合板的成型及埋弧焊焊接工藝技術(shù)，尚沒有成熟的焊接工藝和驗(yàn)收規(guī)范。

金洲管道以經(jīng)過熱軋冶金復(fù)合的不銹鋼/碳鋼復(fù)合卷板為原料，開發(fā)出不銹鋼/碳鋼薄層和超薄層復(fù)合的螺旋縫埋弧焊焊接鋼管以及直縫埋弧焊焊接鋼管的新產(chǎn)品。Q/JZS 16—2012《不銹鋼復(fù)合焊接鋼管》（以下簡稱Q/JZS 16）企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)就是為該新產(chǎn)品制定的，其中無損檢測(cè)雖然所占篇幅不大，但直接關(guān)系到產(chǎn)品的生產(chǎn)、質(zhì)量和銷售，以及發(fā)展前景，因此十分重要。筆者作為此標(biāo)準(zhǔn)中無損檢測(cè)的主要起草人之一，闡述一下在這方面的思考和選擇。

1 Q/JZS 16無損檢測(cè)首選射線檢測(cè)的原因

射線檢測(cè)和超聲波檢測(cè)是焊管制造中焊縫檢測(cè)最主要的兩種無損檢測(cè)方式。

射線檢測(cè)的特點(diǎn)和局限主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①檢測(cè)結(jié)果有直接記錄；②可以獲得缺陷的投影圖像，缺陷定性定量準(zhǔn)確；③體積性缺陷檢出率很高，面積性缺陷的檢出率則受到多種因素影響；④適宜檢驗(yàn)較薄工件而不適宜較厚的工件；⑤適宜檢測(cè)對(duì)接焊縫，檢測(cè)角焊縫效果較差，不宜檢測(cè)板材、棒材、鍛件；⑥有些試件結(jié)構(gòu)和現(xiàn)場條件不適合射線檢測(cè)；⑦對(duì)缺陷在工件中厚度方向的位置以及尺寸（高度）的確定比較困難；⑧檢測(cè)成本高；⑨射線照相檢測(cè)速度較慢（實(shí)時(shí)成像另當(dāng)別論）。

超聲波檢測(cè)特點(diǎn)可概括為：①面積性缺陷的檢出率高，而體積性缺陷的檢出率較低；②適合檢驗(yàn)厚度較大的工件，不適合檢驗(yàn)較薄的工件。③應(yīng)用范圍廣，可用于各種試件；④檢測(cè)成本低、速度快，儀器體積小、質(zhì)量輕，現(xiàn)場使用較方便；⑤無法得到缺陷直觀圖像，定性困難，定量精度不高；⑥檢測(cè)結(jié)果無直接見證記錄；⑦對(duì)缺陷在工件厚度方向上的定位較準(zhǔn)確；⑧材質(zhì)、晶粒度對(duì)探傷有影響；⑨工件不規(guī)則的外形和一些結(jié)構(gòu)會(huì)影響檢測(cè)；⑩不平或粗糙的表面會(huì)影響耦合和掃查，從而影響檢測(cè)精度和可靠性。

射線檢測(cè)和超聲波檢測(cè)各有特色，被廣泛應(yīng)用于鋼管的焊縫檢測(cè)。但不銹鋼復(fù)合焊接鋼管由于是異種鋼焊管，焊縫如果采用超聲波檢測(cè)，存在諸多難點(diǎn)。首先，由于奧氏體不銹鋼粗大柱狀晶粒結(jié)構(gòu)以及組織不均勻等特點(diǎn)，超聲波在傳播過程中會(huì)產(chǎn)生較大的衰減和散射，探頭超聲聲場的一些基本特性和聲場規(guī)律也發(fā)生變化，主聲束發(fā)生畸變等，引起較高的本底噪聲使信噪比大為降低，采用常規(guī)探頭進(jìn)行奧氏體對(duì)接焊接接頭存在較大難度。其次，作為異種鋼，因其各自的聲阻抗和聲速不同，在結(jié)合界面處發(fā)生變化，導(dǎo)致聲速傳播方向偏離，這時(shí)探頭折射角值會(huì)發(fā)生變化，給缺陷定位造成誤差，焊縫返修目標(biāo)性存在偏差。第三，對(duì)于不銹鋼/碳鋼復(fù)合管這樣異種鋼的焊縫來說，不僅材料的各向異性導(dǎo)致探傷效果差，而且兩種不同鋼材沒有辦法選取一個(gè)共同的人工試塊反射體作為檢測(cè)靈敏度和判斷依據(jù)，超聲波檢測(cè)問題比較復(fù)雜。相比之下，射線檢驗(yàn)則幾乎適用于所有材料，在許多金屬材料上使用均能達(dá)到良好的效果。

在不銹鋼復(fù)合鋼管制造過程中，也印證了上述理論分析。因此，射線檢測(cè)作為首選的檢測(cè)方法寫入了企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/JZS 16—2012，其原因是射線檢測(cè)幾乎不受不銹鋼材料晶粒度的影響，而且對(duì)不銹鋼/碳鋼復(fù)合管的焊接檢測(cè)結(jié)果令人滿意。

2 各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中焊縫檢測(cè)方法的選擇

首先，必須指出GB/T 9711—2011《石油天然氣工業(yè)管線輸送系統(tǒng)用鋼管》（以下簡稱GB/T 9711）和API SPEC 5L(第45版）標(biāo)準(zhǔn)中的焊縫檢測(cè)直接傾向于用超聲波的檢測(cè)方法。各自標(biāo)準(zhǔn)附錄E（規(guī)范性附錄）非酸性或非海上服役條件下鋼管的無損檢驗(yàn)方法幾乎相同，見表1（API SPEC 5L中表E.1鋼管焊縫無損檢驗(yàn)）。

在使用射線檢測(cè)和超聲波檢測(cè)這兩大無損檢測(cè)的方法上，標(biāo)準(zhǔn)API SPEC 5L（第45版）和標(biāo)準(zhǔn)GB/T 9711直接傾向于超聲波檢測(cè)。SAW（埋弧焊）鋼管有明確要求的，也就是超聲波檢測(cè)方法必須實(shí)施和執(zhí)行的。但對(duì)于射線檢測(cè)方法而言，如果（雙方）有協(xié)議，就要按協(xié)議做。

表1 API SPEC 5L中表E.1鋼管焊縫無損檢驗(yàn)

奧氏體不銹鋼的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及不銹鋼/碳鋼復(fù)合鋼管焊縫的特點(diǎn)決定了超聲波檢測(cè)焊縫存在較大的問題和難度。所以，Q/JZS 16企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)實(shí)際情況，如果購方?jīng)]有要求，就采用射線檢驗(yàn)對(duì)焊縫的均勻性進(jìn)行檢驗(yàn)。其方法是：X射線直接透過焊縫材料，在射線檢驗(yàn)的膠片上產(chǎn)生適合的影像，或者在證明具有要求的靈敏度下，在其他X射線成像介質(zhì)產(chǎn)生適合的影像。不銹鋼/碳鋼復(fù)合鋼管作為可以滿足不同流體輸送和氣體輸送的壓力管道及受力結(jié)構(gòu)件，首選選用射線檢驗(yàn)法檢驗(yàn)焊縫是否能達(dá)到保證質(zhì)量的要求。

在此對(duì)國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于焊縫檢測(cè)的方法進(jìn)行比較和分析。

（1）GB/T 9711.1—1997《石油天然氣工業(yè)管線輸送鋼管交貨條件第1部分：A級(jí)鋼管》（以下簡稱GB/T9711.1—1997），其在8.10.11.1檢驗(yàn)方法中規(guī)定：埋弧焊管應(yīng)采用射線方法，按照8.10.11.2的規(guī)定進(jìn)行檢驗(yàn)，上述檢驗(yàn)應(yīng)為全長檢驗(yàn)。

GB/T 9711.1—1997由于應(yīng)用時(shí)間較長，現(xiàn)已被GB/T 9711—2011《石油天然氣工業(yè)管線輸送系統(tǒng)用鋼管》所代替。然而至今不少業(yè)主依舊要求他們所購焊管使用GB/T9711.1—1997，該標(biāo)準(zhǔn)在射線和超聲波兩大無損檢測(cè)方法上是比較看重射線檢測(cè)的。在做這類標(biāo)準(zhǔn)埋弧焊管的時(shí)候，如果沒有技術(shù)協(xié)議，按照此標(biāo)準(zhǔn)只采用射線檢驗(yàn)一種方法檢測(cè)。

（2） EN 10217-1：2002 和 EN 10219-1：2006是歐洲鋼管的兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，也是英國國家標(biāo)準(zhǔn)。EN 10217-1：2002中11.11.2規(guī)定：對(duì)于SAW鋼管的焊縫檢驗(yàn)應(yīng)符合EN 10246-9中的三級(jí)或EN 10246-10中的影像質(zhì)量R2要求，鋼管管端的焊縫不采用自動(dòng)檢測(cè)的方法，根據(jù)EN 10246-9進(jìn)行手動(dòng)或半自動(dòng)檢測(cè)，或根據(jù)EN 10246-10進(jìn)行X射線照相或被截除。EN 10219-1：2006中9.4.3規(guī)定：埋弧焊型材的焊縫檢測(cè)應(yīng)該依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)EN 10246-9進(jìn)行，驗(yàn)收等級(jí)U4，或者根據(jù)EN 10246-10進(jìn)行放射性檢測(cè)，并且滿足成像品質(zhì)等級(jí)R2。

以上這兩項(xiàng)歐洲鋼管標(biāo)準(zhǔn)，在對(duì)埋弧焊管無損檢測(cè)要求時(shí)，超聲波檢測(cè)和射線檢測(cè)可以任選一項(xiàng)。EN 10246-9是用于埋弧焊鋼管徑向和/或橫向缺欠的超聲波檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，EN 10246-10是埋弧焊鋼管焊縫缺欠的射線檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。

（3） 《蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（1996）這樣規(guī)定：①額定蒸汽壓力小于或等于0.1 MPa的鍋爐，每條焊縫應(yīng)進(jìn)行10%射線探傷（焊縫交叉部位必須在內(nèi)）； ②額定蒸汽壓力大于0.1 MPa且小于或等于0.4 MPa的鍋爐，每條焊縫應(yīng)進(jìn)行25%射線探傷（焊縫交叉部位必須在內(nèi)）；③額定蒸汽壓力大于0.4 MPa且小于2.5 MPa的鍋爐，每條焊縫應(yīng)進(jìn)行100%射線探傷；④額定蒸汽壓力大于或等于2.5 MPa且小于3.8 MPa的鍋爐，每條焊縫應(yīng)進(jìn)行100%超聲波探傷至少25%射線探傷，或進(jìn)行100%射線探傷，焊縫交叉部位及超聲波探傷發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量可疑部位應(yīng)進(jìn)行射線探傷；⑤額定蒸汽壓力大于或等于3.8 MPa的鍋爐，每條焊縫應(yīng)進(jìn)行100%超聲波探傷加至少25%射線探傷，焊縫交叉部位及超聲波探傷發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量可疑部位必須進(jìn)行射線探傷。

可見上面的①～③都是100%射線探傷，在④中蒸汽壓力 2.5～3.8 MPa以內(nèi)的鍋爐，可100%射線探傷，亦可100%超聲波探傷加25%射線探傷。新增這一檔，有關(guān)方面解釋是為了使不同企業(yè)按照自己的設(shè)備情況，在保證質(zhì)量的前提下，自由選擇不同的探傷方法和比例。至于額定蒸汽壓力大于或等于3.8 MPa的鍋爐，每條焊縫應(yīng)進(jìn)行100%超聲波探傷加25%射線探傷，也有人提出100%射線探傷加25%超聲波探傷，有關(guān)方面解釋是考慮到鍋爐大厚壁的情況下，超聲波探傷的靈敏度要高于射線，且經(jīng)濟(jì)性較好，現(xiàn)一般都采用此種探傷配比。

（4） 《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（1999）第86條壓力容器焊接接頭檢測(cè)方法的選擇要求如下：①壓力容器壁厚小于等于38mm時(shí)，其對(duì)接接頭應(yīng)采用射線檢測(cè)；由于結(jié)構(gòu)等原因，不能采用射線檢測(cè)時(shí)，允許采用可記錄的超聲檢測(cè)。②壓力容器壁厚大于38mm，但在大于20mm且使用材料抗拉強(qiáng)度規(guī)定值下限大于或者等于540 MPa時(shí)，其對(duì)接接頭如采用射線檢測(cè)，則每條焊縫還應(yīng)附加局部超聲檢測(cè)；如采用超聲檢測(cè)，則每條焊縫還應(yīng)附加局部射線檢測(cè)。無法進(jìn)行射線檢測(cè)或超聲檢測(cè)時(shí)，應(yīng)采用其他方法進(jìn)行局部無損檢測(cè)。附加局部檢測(cè)應(yīng)包括所有的焊縫交叉部位，附加局部檢測(cè)的比例為本規(guī)程第84條規(guī)定的原無損檢測(cè)比例的20%。③對(duì)有無損檢測(cè)要求的角型接頭、T型接頭，不能進(jìn)行射線或超聲檢測(cè)時(shí)，應(yīng)做100%的表面檢測(cè)。④鐵磁性材料壓力容器的表面檢測(cè)應(yīng)優(yōu)先選用磁粉檢測(cè)。⑤有色金屬制壓力容器應(yīng)盡量采用射線檢測(cè)。

此規(guī)程以壁厚38mm為界選擇無損檢測(cè)方法，壓力容器壁厚小于等于38mm時(shí)，其對(duì)接接頭應(yīng)采用射線檢測(cè)；38mm厚度以下焊縫采用射線檢測(cè)的可靠性不言而喻。

3 結(jié) 語

射線檢測(cè)和超聲波檢測(cè)都是比較成熟的檢測(cè)方法，無論選用哪一種檢測(cè)方法，或者兩者并用，各行各業(yè)各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都有自己的選擇和應(yīng)用。Q/JZS 16企標(biāo)首選射線檢測(cè)，是因?yàn)椴讳P鋼/碳鋼復(fù)合鋼管焊縫的超聲波檢測(cè)存在諸多復(fù)雜的難點(diǎn)，而射線檢測(cè)的特點(diǎn)決定了不銹鋼/碳鋼復(fù)合鋼管焊縫對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響不大，所以把射線檢測(cè)作為首選檢測(cè)方式寫入了Q/JZS 16。除此之外，Q/JZS 16企標(biāo)雖然首選射線檢測(cè)，但并不拒絕超聲波檢測(cè)，Q/JZS 16中有補(bǔ)充說明，即如果供需雙方有協(xié)議，可以做超聲波檢測(cè)。

［1］王曉雷.承壓類特種設(shè)備無損檢測(cè)相關(guān)知識(shí)［M］.2版.北京：中國勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2007.

［2］強(qiáng)天鵬.射線檢測(cè)［M］.2版.北京：中國勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2007.

［3］林春明.螺旋埋弧焊管管端X射線拍片探傷重要性的分析［J］.焊管，2007，30（02）：80-82.

［4］API SPEC 5L（第 45 版），管線鋼管規(guī)范［S］.

［5］GB/T 9711—2011，石油天然氣工業(yè)管線輸送系統(tǒng)用鋼管［S］.

［6］GB/T 9711.1—1997，石油天然氣工業(yè)輸送鋼管交貨技術(shù)條件第1部分：A級(jí)鋼管［S］.

［7］EN 10217-1：2002，壓力焊接鋼管交貨技術(shù)條件第1部分：規(guī)定室溫特性的非合金鋼管［S］.

［8］EN 10219-1：2006，精粒結(jié)構(gòu)鋼和非合金冷型焊接結(jié)構(gòu)型材技術(shù)提交要求［S］.

［9］勞動(dòng)部.蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程（1996）［DB/OL］.http：//wenku.baidu.com/view/b74821cca1c7aa00b52acb 3e.html.

［10］國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程（1999）［DB/OL］.http：//wenku.baidu.com/view/5ed6fb 9a51e79b89680226a6.html.