管道焊缝的无损检测技术及分析

摘要：金属管道的焊接缺陷会显著降低结构的承载能力，在管道焊缝焊接完成后，必须进行焊缝的质量检测来确保焊接工程的质量。焊缝质量检测除了需检测外部缺陷，还需对其内部缺陷和性能进行分析。目前，通常采用无损检测技术来检测结构的内部缺陷，评定金属管道焊缝的质量。本文主要对管道焊缝的无损检测技术进行了分析研究。

关键词：管道焊缝；无损检测；常见缺陷；技术应用

中图分类号： C35 文献标识码： A

一、各种无损检测方法的特点和选用原则

无损检测是利用物质的声、光、磁和电等特性，在不损害或不影响被检测对象使用性能的前提下，检测被检对象中是否存在缺陷或不均匀性，给出缺陷大小，位置，性质和数量等信息。无损检测具有以下的特点：第

一、非破坏性。进行无损检测时不损害或不影响被检测对象的使用性能，这是无损检测最大的特点。第

二、全面性。正是基于无损检测具有非破坏性的优点，因此可对被检测对象进行100%的全面检测，这是破坏性检测无法比拟的优点。各种无损检测方法的选用应依据其具体特点进行区分。射线和超声方法用于内部缺陷检测。磁粉和渗透方法用于表面缺陷检测。射线和超声方法也可以检测出一些表面缺陷，例如表面裂纹、针孔等，但灵敏度比磁粉、渗透方法低得多。磁粉方法也可以检测出一些近表面的埋藏缺陷，但可靠性不高。

二、管道激光焊接技术及常见缺陷

1、激光焊接技术及特点

激光焊接技术是近年来发展起来的先进的金属管道连接技术，具有良好的综合焊接性能。相比常规的熔化焊技术，其焊接效率高，在焊接过程中还可清除焊缝中的有害杂质，而且焊接线能量小，热影响区域较小，能够焊接其他焊接方法难以焊到的部位。因此，采用激光焊焊接的金属管道接头具有良好的防热裂和冷裂的能力，而且大大降低了管道接头的残余应力和变形概率。当然，激光焊接技术也存在一些不足：不适合焊接淬硬性材料；引起合金元素的蒸发，从而带来管道焊缝缺陷；应用成本较高。因此，在采用激光焊接技术进行金属管道的焊接时，应严格控制激光的相关参数，并通过与传统焊接技术组合应用来提高焊接的质量和效率。

2、管道焊接的常见缺陷分析

管道焊缝为管道结构应力集中处，是最易引起管道缺陷的部位，泄漏、爆炸事故常与此有关。因此，只有在正确分析焊接缺陷的基础上，采取有效的措施及时发现缺陷，才能确保管道的焊接质量。当前，金属管道焊缝常见的缺陷主要有气孔、裂纹、夹渣、咬边、焊瘤、未焊透等几种。气孔主要是激光焊接的熔深较大，气体不易快速排出所致。金属管道焊缝的外气孔通过目视检测即可发现，而内气孔则需要采用无损检测技术才能确定。焊接裂纹是金属管道焊缝缺陷中较为严重的一类，包括热裂纹和冷裂纹两类。其中热裂纹是高温区产生的焊后裂纹，而冷裂纹是焊接完成一段时间后出现的引起脆性破坏的裂纹，是所有裂纹中危害性最大的裂缝。焊缝夹渣主要是由焊接速度过快引起，影响金属管道的塑性、韧性和疲劳性能。咬边、焊瘤、未焊透等缺陷主要是由焊接操作不当所致。总的来说，金属管道的焊接事故极少是由设计、选材和操作不当引起的，大都是由焊接裂纹的不断扩展引起的。因此，及时准确地发现金属管道焊缝的缺陷，是保证工程质量的前提。

三、管道焊缝的无损检测技术

1、焊缝TOFD超声无损检测技术

TOFD超声无损检测是通过测定超声波在传播过程中遇到金属缺陷时产生的衍射能量信号，根据衍射波信号的空间差异来判定缺陷的大小和深度。相比传统超声检测技术，TOFD超声检测仪的内部安装了放大器，可以有效地提高信噪比，通过衍射原理进行缺陷判别，可以得到更为理想的结果，克服了通过反射波能量大小来判断缺陷的固有缺点。目前，TOFD超声无损检测可以轻松检测出方向性不好的缺陷和表面延伸的缺陷，对体积型缺陷和面积型缺陷的检出率分别为98%和100%，具有缺陷定位精度高、检出能力强、速度快等优点。当然，TOFD超声无损检测技术也不能单独检测出金属管道的所有缺陷，还需与其他无损检测技术配合使用，才能获得100%的焊缝缺陷检出率。

2、红外无损检测技术

红外无损检测技术是通过获取金属管道的红外光谱和其它特征谱及图像，直观地显示金属管道缺陷的检测技术。红外无损检测技术无需与所检测材料接触，便可检测物体的表面温度和内部瑕疵，而且可检测较大面积的区域，适用于静、动态目标温度变化的常规检测和跟踪探测，具有全视场、方便快捷、直观易懂的优点。金属管道内部如果没有缺陷，则各处产生的热量大致相等，而缺陷部位的热量会出现波动，通过缺陷区和周围区的温度差还可以计算缺陷的尺寸、类型并预测危害的程度。相比其他无损检测技术，红外检测技术通过测量金属管道的热流来探测内部的缺陷，可以探测X射线、超声波等无法探测的局部缺陷，但只能在近表面进行缺陷检测。因此，要想全面了解管道焊缝的缺陷情况，还需与其他无损检测方法结合，进行综合诊断。

3、管道焊缝的综合无损检测

当前，无损检测技术多种多样，都有其自身的优点和缺点。金属管道缺陷的检测还无法通过单一的检测技术来完成，通常需要将几种检测技术配合使用，充分发挥各自的优势。因此，金属管道质量检测中不可避免地要使用综合式检测的方式。TOFD超声波无损检测技术发挥了超声波穿透能力强的优势，可用于厚度较大的管道缺陷检测，而且其比较容易发现危害比较大的面状缺陷，但对焊缝表面的缺陷不太敏感。红外无损检测技术可以获得物体表面或近表面层分布的二维温度场，从而可以快速发现热漏区，并通过图像处理技术确定缺陷的形状和尺寸，具有速度快、观测面积大、直观、非接触等传统无损检测方法所不能比拟的优点，正逐步应用于生产的各个领域。因此，若将TOFD检测技术和红外检测技术组合用于金属管道的缺陷检测，可以发挥TOFD检测技术检测深度大的优势，通过红外检测技术来弥补其表面及表面以下较浅的缺陷探测不足的缺点，从而可以用于不同厚度金属管道的缺陷检测。

四、管道焊缝缺陷的评定

管道焊接是管道施工的关键环节之一，受施工环境多种因素的影响，金属管道的焊缝处容易产生多种缺陷，如不能及时发现这些缺陷，会给管道运输安全带来威胁。因此，快速、精确地检测焊缝的质量，对确保管道的安全运行具有极其重要的意义。金属管道的整体性是确保管道在承受外载和环境作用力下能够安全有效运行的基础，焊接接头的任何缺陷都会对金属管道的整体性造成不同程度的影响，采用TOFD技术与红外检测技术相互结合的综合检测技术可以最大程度地检测出焊缝的缺陷。对于金属管道缺陷形状和尺寸的确定，需要采用图像法进行数据处理，通过处理后的图像统计出管道焊缝处的缺陷和损伤情况。

只有确保管道的整体性，才能充分发挥管道的结构性能。在确定管道焊缝的缺陷情况后，还需根据其危害等级对管道整体性的影响进行综合评定，重点分析裂纹对管道结构的影响。通过将缺陷简化，根据结构的受载荷情况，计算出应力强度因子和裂纹初始位移。然后，用断裂韧性试验或V形缺口冲击试验来计算临界裂纹尺寸。最后，与当量裂纹尺寸相比较，来确定焊缝缺陷的修复措施或者直接报废。对金属管道缺陷的风险评价可以指导管道施工，并全面提高管线的施工质量。

结束语

无损检测是管道安全工作中一种重要的检验方法和手段，在管道制造、安装、改造、维修、使用和检验等环节中应用非常广泛。根据原理的不同，在工业应用中普遍采用的有射线检测、超声检测、渗透检测和磁粉检测等无损检测方法。因此，面对不同的压力管道采取有针对性的无损检测技术，对保障管道的安全运行具有重要意义。