油气管道焊缝的无损检测

2022-09-11

前言

目前管道焊缝缺陷的检验内容主要包括:制造与安装过程检验;运行管道位貌检验;管道运行中的在役检验;通过对各阶段的检测控制, 尽早发现管道缺陷并采取修复措施, 才能避免管道严重事故的发生, 才能避免经济、生态环保上的重大损失。因此需要深入研究焊缝的无损检测技术。

一、无损检测技术分析

1. X射线检测

相比较可见, X射线具有较强的穿透力, 能够穿透金属固体材料。并且在贯穿过程中, 强度逐渐衰减, 如果材料内部存在缺陷, 射线强度就会产生差异构成辐射图谱。然后通过X射线照相法对图谱进行检测和评定。X射线检测方法的优点在于灵敏度高, 易判断缺陷尺寸和性质, 可以持续检测, 并且对检测位置没有限制。但缺点是当管道出现平面状二维缺陷时, 对射线入射方向有着要求:必须与平面相平行, 才能检测出管道缺陷。目前已被广泛应用于焊接件的内部缺陷检测[1]。

2. 超声检测

超声检测技术主要应用于管道铺设过程, 对管道的焊缝裂纹、未焊透等缺陷进行检测, 已广泛应用于厚壁管道铺设。该检测方法的优势在于缺陷位置不受限制, 能够确定缺陷深度, 对裂纹敏感, 不因厚度变化而变化。缺点在于要求缺陷与波束垂直, 检测结果解释困难。焊件形状须简单、表面粗糙度要求高, 检测方法适用于表面缺陷、内部缺陷, 尤其是对裂纹、叠层等平面状缺陷, 具有很强的检测能力。

3. 磁粉检测

磁粉检测主要利用磁场原理, 当有缺陷部位的磁阻足够大时, 材料表面可形成漏磁场, 通过吸附磁粉形成磁痕来显示缺陷形状和位置。检测技术的优势在于设备简单、操作方便, 对缺陷的观察方便快捷, 检测灵敏度高。缺点在于对非铁磁性材料、管道的缺陷深度无法测定, 只能用于管道表面和近表面缺陷、裂纹敏感部件的检测, 适用范围具有局限性[2]。

4. 液体渗透检测

液体渗透检测主要通过采用荧光染料或着色染料, 对管道表面有开口部位, 进行施加渗透剂, 观察渗透剂在裂缝不同分布来判定裂缝形状, 适用于一切表面有开口的部件。优势在于方法简单、成本较低, 缺点在于只能检测表面开口的缺陷, 缺陷深度增加, 检测灵敏度迅速降低。

5. 金属磁记忆检测

金属磁记忆由于具有操作简单、灵敏度高、可靠性好等优点, 目前已发展成为全新的铁磁性金属材料检测技术。

记忆检测原理是由于焊接缺陷会产生异常的磁畴结构, 并以漏磁场的形式外延至焊缝表面, 所以通过分析焊缝的磁场强度分量, 就可以确定焊缝中是否存在缺陷和应力集中区域。磁记忆检测就是利用这一原理进行焊缝检测和早期诊断的。其检测时无需对工件表面进行清理, 且能实现快速自动检测, 检测速度可达100m/h。

该检测设备融合了微电子技术、计算机技术和磁记忆检测技术, 以铁磁金属磁记忆原理为依据研发出的新一代无损检测仪器。该设备无需对检测管道充磁、无需对检测表面进行预处理, 并且能在很短的时间内检测出缺陷形状和位置。主要适用于焊缝中的裂纹、未熔合、气孔等, 焊接缺陷的检测灵敏度已能满足检验要求。

二、油气管道焊缝无损检测技术的进展

目前无损检测技术在油气管道焊缝中已得到极大的推广, 并且随着科技的发展、各个学科的理论的不断丰富, 无损检测技术也进入到了电子信息时代, 并融合了电子、计算机、自动控制等技术, 检测范围也扩大到了材料评定、缺陷尺寸测量等方面, 由此可以看出未来, 检测技术必然会发生日新月异的变化。

1. 焊接过程与产品运行过程的监控

管道焊缝的无损检测一般发生在焊接完成后温度冷却后进行, 虽然能够检测出缺陷信息, 由于忽略了焊接过程中对熔池及高温金属的检测, 忽略了充分了解焊接状态信息的重要性, 无法及时调整焊接和稳定焊接过程, 因此加强运行过程的监控可有效的提高质量, 降低生产成本。

实时监测的另一个重要含义就是通过多路光导、震动传感器等预置传感器, 对管道的运行状态进行监督, 尤其是对于无法靠近的管道部位进行实时监控, 对于保证管道安全, 降低运行风险具有重要作用。

2. 检测带保温层容器与管道的质量

与常规检测手段相比, 未来检测技术应趋向于无需去除管道外表的防腐、保温材料, 以降低了检验成本。通过研制用于管道涂料表面的检测技术, 目前已有了很大的进展。如:脉冲或低频涡流检测技术试验;铁磁材料磁伸缩声发射检测技术试验;钢管与焊缝腐蚀或裂纹的漏磁测量[3]。

3. 新型传感器技术

管道缺陷信号的提取与检测传感器性能和尺寸有着密切联系, 直接关系着缺陷信号的强弱、信噪比和分辨率。并且随着管道中新材料的不断引入, 常规的检测技术已无法满足检验要求, 因此需要利用各个学科领域的成果, 不断研发适合于新型、特殊与高参数产品检测要求的传感器, 应是未来技术领域的一个重要内容。

4. 检测方法兼容

通常传感器都是把焊缝中缺陷转化成一定格式的电信号, 其后处理过程往往包括信号放大、模数转换 (A/D) 、缺陷形貌复原与显示等。因此, 可以把不同传感器取得的缺陷信号进行标准化前置处理, 最后送入同一处理系统。这样只需在软件上调整超声与电磁测量数据结构的差异, 于是可采用一台仪器兼容各种传感器。例如近来出现的兼有超声检测、测厚与涡流检测等多种功能仪器。