王海濤1,2 李仕力1,2 張智1 黃輝1 王俊強1,2 羅艷龍1,2

1.中國特種設備檢測研究院； 2.國家市場(chǎng)監管總局油氣管道工程技術(shù)研究中心

摘要：介紹了某管道檢測過(guò)程中發(fā)現缺陷的致因分析案例。射線(xiàn)和超聲檢測方法對缺陷復驗的結論差別較大時(shí)，取樣對該缺陷進(jìn)行了致因分析，發(fā)現該缺陷由補焊產(chǎn)生，且判斷原損傷位置在補焊前即存在銅污染，并確定熱影響區的裂紋在服役過(guò)程中未發(fā)生擴展。缺陷致因分析為該隱患的排查治理提供了方向，減少了經(jīng)濟損失，也有利于管道元件制造或安裝企業(yè)等相關(guān)方查找原因，做好質(zhì)量控制。

關(guān)鍵詞：檢驗檢測；管道；致因分析；銅污染

壓力管道安裝檢驗和定期檢驗中都需要采用無(wú)損檢測技術(shù)對管道本體損傷和焊縫缺陷進(jìn)行檢測。由于各種無(wú)損檢測方法的原理、設備等帶來(lái)的局限性，往往需要通過(guò)多種檢測方法的結果比較，對發(fā)現的缺陷進(jìn)行定性判斷。某管徑為813 mm、壁厚為14.4 mm、材質(zhì)為L(cháng)485M的管道在漏磁內檢測時(shí)發(fā)現一處管道本體存在32%的金屬損失，開(kāi)挖后對該缺陷采用超聲檢測、相控陣檢測、射線(xiàn)檢測等無(wú)損檢測技術(shù)進(jìn)行驗證。超聲波檢測結果顯示該處12.5 mm深度存在長(cháng)約20 mm的管道本體內部夾層，缺陷自身高度約2 mm；超聲相控陣檢測結果顯示該處10～12 mm深度存在長(cháng)約20 mm的細小夾層；但射線(xiàn)檢測結果判斷該處為長(cháng)度25 mm的裂紋。超聲和射線(xiàn)檢測對缺陷的判定結果差別較大，無(wú)法確定缺陷類(lèi)型，必須取樣對缺陷部位進(jìn)行解剖和致因分析。

1 材料和試驗

對存在缺陷的管段現場(chǎng)換管取樣，所切取樣品如圖 1所示。對缺陷位置進(jìn)行數字射線(xiàn)檢測復核，如圖 2所示，檢測人員根據射線(xiàn)照片，判斷缺陷為裂紋的可能性較大。

對樣品內壁打磨后用4%硝酸酒精對該缺陷位置進(jìn)行侵蝕，內壁缺陷部位顯示出兩處呈圓形且與管體母材明顯區分的區域，如圖 3所示，在兩處圓形缺陷位置切取金相樣品，進(jìn)行截面金相、電鏡顯微組織觀(guān)察。

2 試驗結果分析

2.1 顯微組織觀(guān)察

試樣經(jīng)過(guò)鑲嵌、研磨和拋光， 4%硝酸酒精侵蝕后，在金相顯微鏡下觀(guān)察，試樣 1宏觀(guān)可見(jiàn)明顯焊接特征區域——焊縫區和熱影響區，如圖 4所示。焊縫區內存在大量焊接缺陷和裂紋，組織形態(tài)如圖 5所示，焊縫區裂紋為沿柱狀晶方向開(kāi)裂的結晶裂紋。在熱影響區也存在沿晶裂紋，且在晶界處發(fā)現黃色物質(zhì)，如圖 6中箭頭所指，同時(shí)在裂紋內有灰色氧化物存在。

試樣 2組織形態(tài)如圖 7所示，在焊縫區存在沿柱狀晶方向開(kāi)裂的裂紋，沒(méi)有發(fā)現其它焊接缺陷，如圖 8所示。在熱影響區同樣存在沿晶裂紋，裂紋內有灰色氧化物和黃色物質(zhì)，如圖 9中箭頭所示。

2.2 電鏡能譜分析

為了確定焊縫區及熱影響區晶界分布的黃色物質(zhì)成分，在掃描電鏡下對其進(jìn)行能譜分析。試樣 1焊縫金屬不同區域能譜分析結果見(jiàn)表 1，其中白色區域的Cu含量很高（重量百分比達到93.95%），灰色區域的Cu含量為19.52%，不同相的含Cu量差別較大。試樣2焊縫金屬中不同相成分分析結果見(jiàn)表 2，其焊縫金屬中也含有一定量Cu，但各微區Cu含量的差別不大，分別為8.69%、 5.79%和5.61%，比試樣 1焊縫中Cu含量少。熱影響區裂紋中的黃色物質(zhì)全部為Cu，灰色物質(zhì)為Fe的氧化物。

2.3 缺陷致因分析

送檢管段內壁經(jīng)磁粉檢測發(fā)現近表面存在長(cháng)度約20 mm的主裂紋，且存在多條與主裂紋成一定角度的微裂紋。用4%硝酸酒精對缺陷部位進(jìn)行侵蝕后，缺陷位置出現兩處呈圓形且與管體母材明顯區分的區域，直徑約10 mm。金相及掃描電鏡分析發(fā)現，缺陷位置存在明顯的焊縫區和熱影響區，可以判斷該位置進(jìn)行過(guò)管體補焊。

在焊縫區存在主裂紋及與主裂紋成一定角度的微裂紋，這主要與焊縫金屬凝固過(guò)程中液體金屬不能及時(shí)充填收縮位置以及低熔點(diǎn)金屬Cu引起的結晶裂紋兩方面原因有關(guān)，造成焊縫區存在大量的縮孔、裂紋等焊接缺陷。補焊過(guò)程中在熱影響區也產(chǎn)生了沿晶裂紋，低熔點(diǎn)Cu受熱液化滲入了熱影響區裂紋內部，在裂紋內部殘存大量滲入的Cu元素。

熱影響區的裂紋中均發(fā)現有Cu滲入，并有較多的高溫氧化產(chǎn)物，說(shuō)明焊縫及熱影響區的裂紋均為焊接過(guò)程中產(chǎn)生，在服役過(guò)程中并未發(fā)生擴展。該分析結果降低了業(yè)主對目前存在相似問(wèn)題的管段能夠繼續安全服役的擔憂(yōu)。

由于試樣 1和試樣 2中的Cu元素含量差異較大，判斷原損傷位置在補焊前即存在銅污染，在管體內表面缺陷未清理或者清理不徹底的情況下進(jìn)行了管體補焊�；�于該結論對管道制造安裝過(guò)程中可能造成銅污染的環(huán)節進(jìn)行了調查取證，核實(shí)了主要的責任方，承擔了該管道換管及停運等給管道運營(yíng)企業(yè)造成的經(jīng)濟損失。

3 結語(yǔ)

壓力管道檢驗檢測過(guò)程中遇到多種無(wú)損檢測方法的驗證結果不一致時(shí)，對缺陷性質(zhì)的判斷更應該慎重，尤其當兩種檢測方法對缺陷性質(zhì)的判斷差別較大時(shí)，應采取措施進(jìn)一步分析。

在實(shí)際工作中，往往由于檢驗周期短、復產(chǎn)壓力大等原因，業(yè)主都希望盡快對缺陷性質(zhì)作出判斷，提出處理意見(jiàn)，檢驗人員如果草率下結論可能會(huì )掩蓋缺陷的實(shí)際情況和真正致因。缺陷致因分析工作應該得到檢驗人員和管道運營(yíng)企業(yè)的充分重視，查找失效原因可以預防類(lèi)似事件的發(fā)生，為該隱患的排查治理提供方向，達到事半功倍的效果。同時(shí)，查明缺陷致因可以確認相關(guān)責任方，承擔一定的經(jīng)濟損失，也有利于管道元件制造或安裝企業(yè)等相關(guān)方查找原因，做好質(zhì)量控制。

基金項目：管廊高危管道及防護系統在線(xiàn)檢測監測技術(shù)研究（ 2017YFC0805005）。

作者:王海濤， 1982年生，博士，高級工程師，主要從事壓力管道檢測評價(jià)、失效分析等相關(guān)技術(shù)研究。