CN105572225A - 天然气场站压力设备常用材质焊缝缺陷制作及检测方法 - Google Patents

天然气场站压力设备常用材质焊缝缺陷制作及检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种天然气场站压力设备常用材质焊缝缺陷制作及检测方法，包括以下步骤：1)选取若干试板，再依次对试板进行坡口加工、试板组对、基础焊接、缺陷制作、填充焊接、表面处理及标牌安装，得缺陷试块，其中，所述缺陷制作包括外表面裂纹缺陷的制作、内表面裂纹缺陷的制作、试块表面及层间未融合缺陷的制作、根部及双面未焊透缺陷的制作、气孔缺陷的制作及试块夹渣缺陷的制作；2)通过超声波探伤仪检测对缺陷试块进行检测，获取各种缺陷对应的检测信号，建立各种缺陷与其检测信号的对应关系。本发明能够实现天然气场站压力设备常用材质焊缝缺陷的制作及检测。

Description

天然气场站压力设备常用材质焊缝缺陷制作及检测方法
技术领域
本发明属于机械缺陷检测领域，涉及一种天然气场站压力设备常用材质焊缝缺陷制作及检测方法。
背景技术
随着国民经济发展对天然气需求量的“加速度”增长，本世纪以来，我国先后建成西气东输一线、二线、三线，陕京二线、三线，中亚管线等一批高压天然气管道系统。天然气场站作为整个管线系统中的关键环节，具备天然气的储配、调度分流、工艺处理等功能。同时，场站是天然气输人和输出的场所，聚集了巨大的能量。天然气站场重大危险事故基本上可以归结为巨大能量的意外释放，站场输配系统中聚集的能量越大，系统的潜在危险性越大。
目前，全国各地建成了许多天然气场站，包括集气站、净化站、输(配)气站、清管站和加压站等。这些天然气场站中压力设备越来越多的被广泛应用，场站压力设备按照功能可分为两大类：承压设施和压缩机组，其中承压设施包括过滤分离设备、储罐、各类工艺管道、法兰等；压缩机组包括主轴承、曲轴、连杆、十字头、活塞、气缸等部件。如何确保天然气场站设施安全运行直接关系到国民经济发展、人员安全和社会稳定。定期检测和评价是保障天然气场站安全的重要手段和措施。
对场站在役压力设备无损检测是发现压力设备缺陷的必要步骤，可为压力设备后续的安全评估提供基础数据，是有效保证压力设备安全的重要途径。射线和超声波检测是最为常用的压力设备检测方法。相比与射线检测，超声波检测可探测厚度较大的材料，且具有检测速度快，费用低并能对缺陷进行定位和定量，对人体无害以及对危害性较大的平面型缺陷的检测灵敏度较高等优点。因此，超声检测是应用最为广泛的无损检测方法。对缺陷的定位、定性和定量是超声波检测技术中对缺陷的评定的三大关键内容，常用超声波检测标准中要求对缺陷进行定位和定量评判，但对缺陷进行定性评判由于较困难而未作统一要求，这是由于缺陷的超声波反射特性(缺陷回波的时间和幅度)受到缺陷的几何形状、取向、相对超声波传播方向的长度和厚度，缺陷的内含物、缺陷表面的粗糙度等因素综合影响，探伤人员根据这两方面的信息来判定缺陷的性质是有困难的。实际探伤中常常是根据经验结合工件的加工工艺、缺陷特征、缺陷波形和底波来分析估计缺陷的性质。但这种估计常常因检测人员经验和水平的高低会造成一定风险，如估计偏危险，则对一些含非危险性缺陷(如小气孔、夹杂等)的产品进行返修，造成浪费，反之，也可能估计便保守，会对产品中危险性缺陷(如裂纹、未焊透)忽视，造成安全隐患不能及时发现及处理。
因此急需要一种技术，能够针对常用材质焊缝缺陷制备预埋缺陷仿真对比试块和探头，并完成预埋缺陷验证和超声信号识别分析研究和现场应用。
针对场站压力设备超声检测现场问题，进行了场站压力设备常用材质调研，并针对常用材质焊缝缺陷制备了预埋缺陷仿真对比试块和探头，并完成了预埋缺陷验证和超声信号识别分析研究和现场应用，形成了系统的场站压力设备常用材质焊缝缺陷定量检测方法，以提高现场检测的精度和可靠性，保证场站压力设备安全运行，然而现有技术中没有针对上述技术的文献及资料。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种天然气场站压力设备常用材质焊缝缺陷制作及检测方法，该方法实现天然气场站压力设备常用材质焊缝缺陷的制作及检测。
为达到上述目的，本发明所述的天然气场站压力设备常用材质焊缝缺陷制作及检测方法包括以下步骤：
1)选取若干试板，再依次对试板进行坡口加工、试板组对、基础焊接、缺陷制作、填充焊接、表面处理及标牌安装，得缺陷试块，其中，所述缺陷制作包括外表面裂纹缺陷的制作、内表面裂纹缺陷的制作、试块表面及层间未融合缺陷的制作、根部及双面未焊透缺陷的制作、气孔缺陷的制作及试块夹渣缺陷的制作；
2)通过超声波探伤仪对缺陷试块进行检测，获取各种缺陷对应的检测信号，建立各种缺陷与其检测信号的对应关系，实现天然气场站压力设备常用材质焊缝缺陷制作及检测。
所述外表面裂纹缺陷的制作的具体操作为：通过添加硫元素的方法调整及控制焊缝成分进行试块外表面裂纹缺陷的制作。
所述内表面裂纹缺陷的制作的具体操作为：利用大拘束条件下短道焊接的方法使短道焊道开裂，实现试块内表面裂纹缺陷的制作。
所述表面及层间未融合缺陷的制作的具体操作为：控制加热时间及融化程度使焊缝与母材或焊道层间受热不均，实现试块表面及层间未融合缺陷的制作。
所述根部及双面未焊透缺陷的制作的具体操作为：在试板组对时预留间隙，在焊接过程中，对未焊透位置采用小电流施焊的方法实现试块根部及双面未焊透缺陷的制作。
所述气孔缺陷的制作的具体操作为：在试块上进行气孔预制，然后进行盖面的焊接，其中，在进行盖面焊接时，在气孔预制的位置通过线能量的控制确保气孔的完整性，实现试块上气孔缺陷的制作。
所述夹渣缺陷的制作的具体操作为：通过角磨机在所需夹渣的位置打磨凹槽，再在试件上焊接夹渣焊道，然后在有夹渣焊道的试件上进行盖面的焊接。
所述超声波探伤仪为Ms380M型超声波探伤仪。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的天然气场站压力设备常用材质焊缝缺陷制作及检测方法在具体操作时，通过试板来制备有缺陷试块，再通过超声波探伤仪检测缺陷试块，建立各种缺陷与其检测信号的对应关系，从而实现天然气场站压力设备常用材质焊缝缺陷的制作及检测。同时，缺陷试块上的缺陷包括外表面裂纹缺陷、内表面裂纹缺陷、试块表面及层间未融合缺陷、根部及双面未焊透缺陷、气孔缺陷及试块夹渣缺陷，制作的缺陷的类型较为全面，在实际应用时，可以根据所述对应关系有效避免实际检测中因检测人员经验和水平不同所引起的定性或定量检测结果的差异，提高现场超声检测的精度和可靠性，为后续的安全评估提供精确检测数据，保证场站压力设备安全运行。
附图说明
图1为本发明中坡口的结构示意图；
图2为本发明中焊缝的结构示意图；
图3为本发明中外表面裂纹缺陷的示意图；
图4为本发明中内表面裂纹缺陷的示意图；
图5(a)为本发明中表面未熔合缺陷的示意图；
图5(b)为本发明中层间未熔合缺陷的示意图；
图6为本发明中双面未焊透缺陷的示意图；
图7为本发明中气孔缺陷的示意图；
图8为本发明中夹渣缺陷的示意图；
图9(a)为裂纹波形图；
图9(b)为裂纹波形对应的射线底片的示意图；
图10(a)为未熔合波形图；
图10(b)为未熔合波形对应的射线底片的示意图；
图11(a)为未焊透波形图；
图11(b)为未焊透波形对应的射线底片的示意图；
图12(a)为夹渣波形图；
图12(b)为夹渣波形对应的射线底片的示意图；
图13(a)为气孔波形图；
图13(b)为气孔波形对应的射线底片的示意图；
图14为本发明中形状不规则的长条形缺陷示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
本发明所述的天然气场站压力设备常用材质焊缝缺陷制作及检测方法包括以下步骤：
1)选取若干试板，再依次对试板进行坡口加工、试板组对、基础焊接、缺陷制作、填充焊接、表面处理及标牌安装，得缺陷试块，其中，所述缺陷制作包括外表面裂纹缺陷的制作、内表面裂纹缺陷的制作、试块表面及层间未融合缺陷的制作、根部及双面未焊透缺陷的制作、气孔缺陷的制作及试块夹渣缺陷的制作；
2)通过超声波探伤仪对缺陷试块进行检测，获取各种缺陷对应的检测信号，建立各种缺陷与其检测信号的对应关系，实现天然气场站压力设备常用材质焊缝缺陷制作及检测。
所述外表面裂纹缺陷的制作的具体操作为：通过添加硫元素的方法调整及控制焊缝成分进行试块外表面裂纹缺陷的制作。
所述内表面裂纹缺陷的制作的具体操作为：利用大拘束条件下短道焊接的方法使短道焊道开裂，实现试块内表面裂纹缺陷的制作。
所述表面及层间未融合缺陷的制作的具体操作为：控制加热时间及融化程度使焊缝与母材或焊道层间受热不均，实现试块表面及层间未融合缺陷的制作。
所述根部及双面未焊透缺陷的制作的具体操作为：在试板组对时预留间隙，在焊接过程中，对未焊透位置采用小电流施焊的方法实现试块根部及双面未焊透缺陷的制作。
所述气孔缺陷的制作的具体操作为：在试块上进行气孔预制，然后进行盖面的焊接，其中，在进行盖面焊接时，在气孔预制的位置通过线能量的控制确保气孔的完整性，实现试块上气孔缺陷的制作。
所述夹渣缺陷的制作的具体操作为：通过角磨机在所需夹渣的位置打磨凹槽，再在试件上焊接夹渣焊道，然后在有夹渣焊道的试件上进行盖面的焊接。
所述超声波探伤仪为Ms380M型超声波探伤仪。
参考图9(a)及图9(b)，外表面裂纹缺陷及内表面裂纹缺陷对应的检测信号的特征为：裂纹的回波高度较大，波幅宽，会出现多峰，超声波探伤仪检中的探头平移时，反射波连续出现，波幅有变动；超声波探伤仪检中的探头转动时，波峰有上下错动现象。另外，裂纹也易出现在焊缝热影响区，而且裂纹多垂直于焊缝，探测时，应在平行于焊缝方向扫查，当有裂纹，超声波能直射至裂纹，便于发现。
参考图10(a)、图10(b)及图10(c)，试块表面及层间未融合缺陷对应的检测信号的特征为：未融合的区域包括坡口和层间未熔合，片状缺陷类似裂纹，但表面比裂纹光滑，超声波探伤仪检中的探头折射角合适时回波较高，从焊缝两侧探测时，反射幅度不同。
参考图11(a)及图11(b)，根部及双面未焊透缺陷对应的检测信号的特征为：波幅较高，超声波探伤仪检中的探头平移时，波形较稳定；两侧探测时，会得到大致相同的反射波，位置不变，超声波探伤仪检中的探头垂直焊缝转动时，波形消失快。
参考图12(a)及图12(b)，试块夹渣缺陷对应的检测信号的特征为：夹渣的回波位置无规律，波形较紊乱，移动超声波探伤仪检中的探头时回波波形变化相对迟缓，反射率较低，起波速度较慢，波峰较圆钝，后沿斜率不大，回波占宽较大，当超声波探伤仪检中的探头声束改变对其延伸方向的垂直度时，波幅变化不太显著，回波表现为形状不规则的长条形缺陷特征。
参考图13(a)及图13(b)，气孔缺陷对应的检测信号的特征为：单个气孔回波幅度不高，波形为单峰且较不稳定；密集气孔常出现一簇反射波，波高与气孔大小有关，从不同方位探测，幅度随探头移动面作平滑变化，回波幅度变化不大。
图14中，S1为第1处缺陷长度；S2为第1处缺陷中心距离试块左端基准线的距离；S3为第2处缺陷长度；S4为第2处缺陷中心距离试块左端基准线的距离；S5为A处Φ1.6mm通孔与试块上端基准线的距离；S6为A处Φ1.6mm通孔与试块左端基准线的距离；S7为B处Φ1.6mm通孔与试块左端基准线的距离，该通孔位于焊缝中心；S8为D处Φ3.2mm通孔与试块左端基准线的距离；S9为C处Φ3.2mm通孔与试块下端基准线的距离；S10为C处Φ3.2mm通孔与试块左端基准线的距离，该通孔位于焊缝中心。
本发明专用无损检测技术研究成果于2014年7月14日至10月22日完成了陕京一线和二线六个场站34台压力设备的筒体、环焊缝和纵焊缝现场检测工作。分别为阳曲压气站、应县压气站、灵丘分输站、大张坨储气库地面场站、板中北板中南储气库地面场站及板808、828储气库地面场站。检测结果效果明显，发现5台压力设备(分离器3台、除尘器2台)纵焊缝存在外表面裂纹、气孔等缺陷，均已建议场站管理部门进行了及时处理。

Claims (8)

1.一种天然气场站压力设备常用材质焊缝缺陷制作及检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)选取若干试板，再依次对试板进行坡口加工、试板组对、基础焊接、缺陷制作、填充焊接、表面处理及标牌安装，得缺陷试块，其中，所述缺陷制作包括外表面裂纹缺陷的制作、内表面裂纹缺陷的制作、试块表面及层间未融合缺陷的制作、根部及双面未焊透缺陷的制作、气孔缺陷的制作及试块夹渣缺陷的制作；
2)通过超声波探伤仪对缺陷试块进行检测，获取各种缺陷对应的检测信号，建立各种缺陷与其检测信号的对应关系，实现天然气场站压力设备常用材质焊缝缺陷制作及检测。
2.根据权利要求1所述的天然气场站压力设备常用材质焊缝缺陷制作及检测方法，其特征在于，
所述外表面裂纹缺陷的制作的具体操作为：通过添加硫元素的方法调整及控制焊缝成分进行试块外表面裂纹缺陷的制作。
3.根据权利要求1所述的天然气场站压力设备常用材质焊缝缺陷制作及检测方法，其特征在于，
所述内表面裂纹缺陷的制作的具体操作为：利用大拘束条件下短道焊接的方法使短道焊道开裂，实现试块内表面裂纹缺陷的制作。
4.根据权利要求1所述的天然气场站压力设备常用材质焊缝缺陷制作及检测方法，其特征在于，
所述表面及层间未融合缺陷的制作的具体操作为：控制加热时间及融化程度使焊缝与母材或焊道层间受热不均，实现试块表面及层间未融合缺陷的制作。
5.根据权利要求1所述的天然气场站压力设备常用材质焊缝缺陷制作及检测方法，其特征在于，
所述根部及双面未焊透缺陷的制作的具体操作为：在试板组对时预留间隙，在焊接过程中，对未焊透位置采用小电流施焊的方法实现试块根部及双面未焊透缺陷的制作。
6.根据权利要求1所述的天然气场站压力设备常用材质焊缝缺陷制作及检测方法，其特征在于，
所述气孔缺陷的制作的具体操作为：在试块上进行气孔预制，然后进行盖面的焊接，其中，在进行盖面焊接时，在气孔预制的位置通过线能量的控制确保气孔的完整性，实现试块上气孔缺陷的制作。
7.根据权利要求1所述的天然气场站压力设备常用材质焊缝缺陷制作及检测方法，其特征在于，
所述夹渣缺陷的制作的具体操作为：通过角磨机在所需夹渣的位置打磨凹槽，再在试件上焊接夹渣焊道，然后在有夹渣焊道的试件上进行盖面的焊接。
8.根据权利要求1所述的天然气场站压力设备常用材质焊缝缺陷制作及检测方法，其特征在于，所述超声波探伤仪为Ms380M型超声波探伤仪。
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