钢管内焊缝边缘缺陷的分析

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1、钢管内焊缝边缘缺陷的分析王小伍(江汉石油管理局沙市钢管厂荆州434001)摘要本文运用超声波、X射线、金相试验等方法对钢管内焊缝边缘缺陷进行分析及识别，提出了消除此缺陷的控制措施。关键词焊缝边缘缺陷超声波X射线金相分析识别1.问题提出在钢管焊缝超声波探伤中，有时发现靠近内焊缝边缘出现点状、断续、反射较强的缺陷波形，此类缺陷有以下特点：1).超声波探伤十分明显，而X射线拍片却很难发现；2).一般出现在普材钢带上，尤其是纵剪钢带，管线钢带较少发生；3).缺陷处在相同的部位，呈现相同的形状，并且大多出现在自由边(纵剪边)。为了准确判别这类缺陷的性质和成因，

2、进行了超声波、X射线、金相等方法的分析。2.无损探伤2.1超声波探伤用HS500数字式超声波探伤仪，对Φ400×10Q235螺旋埋弧焊钢管焊缝进行探伤，发现缺陷靠近内焊缝一侧边缘(熔合线处)，位于焊缝中下部，缺陷呈间断性分布，缺陷波形分析：①.缺陷部位：采用薄板水平1:1定位的方法，用2.5P13×13K2.5探头探测，工件厚度为10mm，发现缺陷波位于在探伤仪水平刻度40mm上，缺陷距探头前沿的水平距离为40-30=10mm，确定该缺陷位于在母材与焊缝边缘区及内焊根部(见图1所示)。Ф1.6+10-16dBT一始脉冲；F一缺陷波；B一底波。图1缺陷

3、部位及当量反射波示意图②.缺陷当量：靠焊缝一测，缺陷波反射强烈，超基准波幅(100％)的10~16dB。另一侧缺陷波反射很低或没有。③.缺陷波根宽度：波根宽度约为3mm，说明缺陷有一定的宽度(或倾角)。④.探头前后扫查：前后移动距离约有10mm后，缺陷波缓缓消失，说明缺陷在深度方向有一定的长度。⑤.探头平行扫查：平行扫查时，缺陷波幅有起伏变化，有一定的长度(约3-5mm)。根据上述情况判定：该缺陷为线性缺陷。2.2X射线探伤4/4用GX3005便携式X射线探伤机对超声探伤确定两处缺陷的部位，(缺陷波幅分别超基准波高12dB和15dB)进行垂直和倾斜两

4、个方向X射线拍片，垂直透照：未发现缺陷，倾斜透照：发现在内焊缝影像轮廓线的附近有两处点状夹渣(见图2)，其中一处夹渣，长约5mm(影像略有放大)，按API-5L标准验收为合格。图2X射线底片示意图3.金相试验分析①.根据超声波和X射线探伤确定焊缝的缺陷部位，在规格为Φ400×10，Q235螺旋埋弧焊钢管的焊缝横断面上截取了三块试样，1＃试块经砂纸打磨，Cr2O3粉末抛光后，用3%硝酸酒精溶液侵蚀，清晰地显示了缺陷的部位和形貌，缺陷位于内焊缝，靠近熔合线处，缺陷走向平行于熔合线见图3、图4所示。图5、图6、图7是图4的放大照片，此时发现缺陷处有空洞和夹

5、杂(渣)，空洞与夹杂(渣)之间有穿晶粒的微裂纹，母材上也存在夹杂物。2＃、3＃试块经砂纸打磨，Cr2O3粉末抛光后，进行硫印试验，发现母材中部有明显的成份偏析，存在富硫带，但焊接接头上没有宏观硫化物分布。图3焊缝接头宏观图图4焊缝接头缺陷形貌20×图5焊缝接头缺陷形貌100×图6焊缝接头缺陷形貌100×图7母材缺陷形貌100×4/4②.根据超声波探伤确定焊缝的缺陷部位，在规格为Φ406.4×8.7，X60直缝埋弧焊钢管的焊缝横断面上截取了两块试样，1＃试块显示处磨制横向高倍试样，观察发现一面积约2×0.5mm²的长条形孔洞，经腐蚀后观察，孔洞位于基体

6、与焊缝的熔合线上，见图8、图9、图10所示。2＃试块显示处磨制横向高倍试样，观察发现三块大小不一的夹杂物，其中最大面积约0.2×0.05mm²见图11，经腐蚀后观察，夹杂位于基体与焊缝的熔合线上，见图12、图13所示。图81＃试块腐蚀前缺陷形貌40X图91＃试块腐蚀后缺陷低倍形貌图101＃试块腐蚀后缺陷放大25X图112＃试块腐蚀前缺陷形貌200X图122＃试块腐蚀后缺陷低倍形貌图132＃试块腐蚀后缺陷形貌200X4.缺陷成因及性质识别从上述试验结果说明该类缺陷是由于母材夹杂(夹渣)所引起的，因为焊接熔池的铁水运动方向如图14所示。当母材边缘(尤其是

7、纵剪边)存在较高的夹杂物(AI2O3及其它氧化物和硫化物)时，被电弧高温熔化后进入焊接熔池，呈窄片状分布随铁水运动到平行于熔合线时，由于熔合线附近的过冷度相对较大，铁水凝固较快，呈窄片状分布的夹杂物来不及浮出而留在了焊缝内。由于夹杂物和基体的线膨胀系数差别较大，严重时在夹杂(渣)尖角处存在较大的应力集中(在直缝管扩径时或螺焊管成型机不稳定时)易造成裂纹。因此该缺陷是产生在熔合线上因夹杂所引起的未熔合孔洞。4/4图14焊接熔池流动方向5.结论及问题讨论由于夹杂(渣)呈薄片状产生熔合线上产生未熔合孔洞，且其间有时有微裂纹，该缺陷性质为线性缺陷。由于该缺陷

8、方向几乎垂直钢板表面，故X射线工业电视拍片难以发现，因此，该缺陷验收，以超声波探伤判定为依据。为什么外焊缝和