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壓力管道未焊透缺陷安全評(píng)定分析

文檔作者：李奎元楊澤榕叢成龍文檔來(lái)源：廣東省珠海市特種設(shè)備檢驗(yàn)所		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年07月16日
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第45卷第4期
2008年8月
化工設(shè)備與管道
PROCESS EQUIPMENT&amp;amp; PIPING
Vo1．45 No．4
Aug．2008
壓力管道未焊透缺陷安全評(píng)定分析
李奎元 楊澤榕叢成龍
(廣東省珠海市特種設(shè)備檢驗(yàn)所，珠海519002)
摘要：依據(jù)GB 50236-98(現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、工業(yè)管道焊接工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》對(duì)某壓力管道未焊透缺陷進(jìn)行評(píng)定，
該缺陷不能滿足最低等級(jí)Ⅳ級(jí)的要求，應(yīng)與判廢。而依據(jù)《在用壓力管道定期檢驗(yàn)規(guī)程(試行)》進(jìn)行評(píng)定，該缺陷
能滿足安全等級(jí)3級(jí)的要求。通過(guò)利用GB／T 19624-20044在用含缺陷壓力容器安全評(píng)定》中給出的壓力管道直
管段體積缺陷安全評(píng)定方法對(duì)該缺陷進(jìn)行安全評(píng)定，結(jié)果證明，依據(jù)《在用壓力管道定期檢驗(yàn)規(guī)程(試行)》進(jìn)行評(píng)
定的結(jié)果確能夠滿足使用條件下的安全要求。本文對(duì)特種設(shè)備檢驗(yàn)工作者進(jìn)行壓力管道未焊透缺陷安全評(píng)定具
有一定的指導(dǎo)意義。
關(guān)鍵詞：壓力管道； 未焊透； 焊縫； 安全評(píng)定
中圖分類號(hào)：TQ055．8 1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009—3281(2008)04-0055-03
Safety Assessment Analysis for Non-penetrating W eld Defect in Pressure Piping
Li Kuiyuan Yang Zerong Cong Chenglong
(Zhuhai Inspection Institute of Special Equipment，Zhuhai 519002)
Abstract According to GB 50236- 98 ”Code for Construction and Acceptance of Field Equipment，Industrial Pipe W elding Engi—
neering”，a non—penetrating weld defect can not reach the criterion of grade IV，and must be rejected．But，according to’’Periodical
Inspection Regulation for In—service Industrial Piping”，this defect can reach the criterion of safety grade III．By using the method pro—
vided in GB／T19624- 2004”Safety Assessment for In—service Pressure Vessels Containing Defects”．the safety assessment was carried
out．a(chǎn)nd the result has shown that the safety requirement for in—service specified in ”Periodical Inspection Regu lation for In—service In—
dustrial Piping” can be fulfilled、
Keywords pressure piping；non—penetrating weld；weld seam；safety assessment
對(duì)某單位在用工業(yè)管道進(jìn)行x射線檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，
所抽查焊接接頭全部存在未焊透現(xiàn)象。該批受檢管
道于2001年2月開(kāi)始使用，管道外徑為60 mm，設(shè)計(jì)
壁厚為3．5 InIn，材質(zhì)為304不銹鋼，設(shè)計(jì)壓力為
1．0 MPa，管道級(jí)別劃分為GC2。缺陷部位為直管段焊
縫，未焊透長(zhǎng)度最大為整圈焊縫，利用黑度補(bǔ)償對(duì)x射
線片進(jìn)行評(píng)定¨ ，未焊透缺陷深度最大為0．8 mm。
1 未焊透缺陷形成的原因及其危害
焊縫金屬與母材之間未被電弧(或火焰)熔化
而留下的空隙稱為未焊透。未焊透缺陷分表面缺陷
(單面焊縫)和內(nèi)部缺陷(雙面焊縫)，它可以是局部
的，也可以是整體的。未焊透產(chǎn)生的原因，一是焊接
電流偏小，運(yùn)條速度過(guò)快，線能量小，致使產(chǎn)生的電
阻熱減小，使電弧穿透力不足，焊件邊緣得不到充分
熔化；二是焊接電弧過(guò)長(zhǎng)，從焊條金屬熔化下來(lái)的熔
滴不僅過(guò)渡到熔池中，而且也過(guò)渡到未熔化的基體
金屬上；三是焊件表面存在氧化鐵、銹、油、水等污
物；四是管口組裝參數(shù)不符合要求，如管口組裝間隙
小，坡口角度偏小，管口鈍邊太厚或不均勻等；五是
焊件散熱速度過(guò)快，造成熔化金屬結(jié)晶過(guò)快，導(dǎo)致與
基本金屬之間得不到充分熔合；六是操作人員技術(shù)
不熟練，如焊條角度、運(yùn)條方法不當(dāng)，對(duì)控制熔孔大
小經(jīng)驗(yàn)不足等。
未焊透減少了焊縫的有效截面積，使接頭強(qiáng)度
下降。未焊透還會(huì)引起應(yīng)力集中，可能成為裂紋源，
嚴(yán)重降低焊縫的疲勞強(qiáng)度，是造成焊縫破壞的重要
原因
2 現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)管道未焊透缺陷評(píng)級(jí)的描
述
GB 50236---98(現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、工業(yè)管道焊接工程
施工及驗(yàn)收規(guī)范》對(duì)焊縫質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，評(píng)
為I、Ⅱ級(jí)的壓力管道不允許存在未焊透；不加墊單
收稿日期：2008-04-23
作者簡(jiǎn)介：李奎元(1979一)，男，碩士研究生。從事壓力容器、壓力
管道的檢驗(yàn)檢測(cè)工作。
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· 56· 化工設(shè)備與管道 第45卷第4期
面焊未焊透深度不大于0．158(8代表管道壁厚值)、
且不大于1．5 mm，缺陷在66焊縫長(zhǎng)度內(nèi)不超過(guò)6
的評(píng)為Ⅲ級(jí)；未焊透深度不大于0．28、且不大于2
mm，每100 mm焊縫內(nèi)缺陷總長(zhǎng)不大于25 mm的評(píng)
為Ⅳ級(jí) J。
《在用工業(yè)管道定期檢驗(yàn)規(guī)程(試行)》中對(duì)管
道未焊透評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中第四十九條規(guī)定，管道材料為
20鋼、16Mn或奧氏體不銹鋼時(shí)，未焊透按局部減薄
定級(jí)；管道材料為除20鋼、16Mn或奧氏體不銹鋼外
的其它材料時(shí)，未焊透按未融合定級(jí) 3]。
3 受檢管道未焊透缺陷安全等級(jí)的評(píng)定
依據(jù)GB 50236對(duì)管道焊接質(zhì)量進(jìn)行評(píng)級(jí)。受
檢管道未焊透深度0．8 mm，大于0．28，長(zhǎng)度遠(yuǎn)超過(guò)
Ⅳ級(jí)中每100 mm焊縫內(nèi)缺陷總長(zhǎng)不大于25／／1／／1的
規(guī)定，故受檢管道焊接質(zhì)量不能滿足Ⅳ級(jí)的要求，應(yīng)
判廢。
依據(jù)《在用工業(yè)管道定期檢驗(yàn)規(guī)程(試行)》對(duì)
管道安全等級(jí)進(jìn)行評(píng)級(jí)。304不銹鋼相當(dāng)于最新國(guó)
家標(biāo)準(zhǔn)中00Crl9Nil0，屬于奧氏體不銹鋼。故受檢
管道未焊透缺陷應(yīng)按局部減薄定級(jí)?！对谟霉I(yè)管
道定期檢驗(yàn)規(guī)程(試行)》對(duì)GC2和GC3管道所允
許的局部減薄深度最大值規(guī)定如表1所示。
表1 GC2或GC3管道所允許的局部減薄
深度最大值 fllfll
注：表中D——缺陷附近管道外徑實(shí)測(cè)最大值，mm；
— — 缺陷附近壁厚的實(shí)測(cè)最小值減去至F一檢驗(yàn)周期的
腐蝕量的2倍，mm；
曰—— 缺陷環(huán)向長(zhǎng)度實(shí)測(cè)最大值，mill；P—— 管道最大l廠
作壓力，MPa；
PL0——管道極限內(nèi)壓，PL。=2 ~廳-R In ，MPa；
R ——管道材料的屈服強(qiáng)度，MPa；
c——至下一檢驗(yàn)周期局部減薄深度擴(kuò)展量的估計(jì)值，
所檢管道外徑實(shí)測(cè)最大值D=60 mm；介質(zhì)對(duì)
管道不具有腐蝕性，周期腐蝕量為0，壁厚測(cè)量值為
3．3 mm，故t：3．3 mm；未焊透缺陷深度為0．8 mm，
長(zhǎng)度最大為整圈焊縫，曰／(,rrD)：0．92；最大工作壓
力P=1．0 MPa；R L=205 MPa；計(jì)算得管道極限內(nèi)
壓PLo=27．6 MPa，P<0．3PLo=8．2 MPa；C=0。所
以0．20t—C=0．66 mm，0．25t—C：0．82 mm，未焊
透深度為0．8 mm，故受檢管道安全等級(jí)評(píng)為3級(jí)。
檢驗(yàn)周期可評(píng)為3年。
可見(jiàn)，GB 50236中對(duì)管道未焊透缺陷的評(píng)級(jí)標(biāo)
準(zhǔn)嚴(yán)格于《在用工業(yè)管道定期檢驗(yàn)規(guī)程(試行)》中
對(duì)管道未焊透缺陷的評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
4 利用壓力管道直管段體積缺陷安全評(píng)定
方法進(jìn)行評(píng)定
GB／T 19624-2004(在用含缺陷壓力容器安全
評(píng)定》中給出了壓力管道直管段體積缺陷安全評(píng)定
方法，該方法是對(duì)在內(nèi)壓和彎矩的組合載荷作用下，
含氣孔、夾渣和局部厚度減薄等體積缺陷及特定未
焊透缺陷的鋼制在役壓力管道直管段的安全評(píng)定方
法。利用該方法對(duì)受檢管道未焊透缺陷評(píng)定如
下 。
4．1 缺陷部位管道尺寸的確定
根據(jù)實(shí)際情況確定缺陷附近管道的計(jì)算壁厚 和
外徑 。管道的計(jì)算壁厚應(yīng)取管道實(shí)測(cè)壁厚與至下一
個(gè)檢驗(yàn)周期末的腐蝕量之差。管道周期腐蝕量為0，計(jì)
算壁厚 取測(cè)量值3．3 lnnl，外徑為60 nlln。
4．2 缺陷的規(guī)則化及無(wú)量綱化處理
對(duì)經(jīng)驗(yàn)查明的未焊透缺陷，根據(jù)其實(shí)際位置、形
狀和尺寸，按圖1所示，將其規(guī)則化為軸向半長(zhǎng)A、
環(huán)向半長(zhǎng)曰、深度C的表面缺陷。
圖1 未焊透缺陷表征示意圖
對(duì)經(jīng)規(guī)則化處理得到的未焊透缺陷尺寸，按如
下公式進(jìn)行無(wú)量綱化處理：
相對(duì)軸向長(zhǎng)度口=A／v／ 。未焊透缺陷寬度
約為0．8 mm，故 取0．4 mm，計(jì)算得口=0．040 2；
相對(duì)環(huán)向長(zhǎng)度b=B／,rrR，(對(duì)于外表面缺陷)，b= ／
盯 ，(對(duì)于內(nèi)表面缺陷)。受檢管道缺陷長(zhǎng)度為整圈
焊縫，故B：盯(30—3．3+0．8)=86．35，計(jì)算得b：
0．92；相對(duì)深度c：C／T。C取0．8 mm，T取3．3
mill，計(jì)算得c：0．242 4。
4．3 材料性能數(shù)據(jù)的確定
在評(píng)定工況下材料的屈服強(qiáng)度 。為205 MPa。
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2008年8月 李奎元等．壓力管道未焊透缺陷安全評(píng)定分析 ·57·
非焊縫區(qū)材料的流動(dòng)應(yīng)力 等于R ．．，焊縫區(qū)材料
的流動(dòng)應(yīng)力 等于焊接接頭系數(shù) 與 的乘積。
4．4 無(wú)缺陷管道在純內(nèi)壓下的塑性極限內(nèi)壓PL0
和在純彎矩下的塑性極限彎矩／ 。的計(jì)算
無(wú)缺陷管道在純內(nèi)壓下的塑性極限內(nèi)壓P 。依
，'
據(jù)公式P 。= In 進(jìn)行計(jì)算，代入相關(guān)數(shù)據(jù)得
43 ／'Iti
Pm=27．6 MPa。在純彎矩下的塑性極限彎矩 。
p 3 p 3
依據(jù)公式MLo=4 進(jìn)行計(jì)算，焊接接頭系數(shù)
J
取0．6，代入相關(guān)數(shù)據(jù)得M 。=1 306．4 kN·in。
4．5 免于評(píng)定的判別
如果未焊透缺陷能同時(shí)滿足下列條件，則該未
焊透缺陷可免于評(píng)定：(1)管道結(jié)構(gòu)符合設(shè)計(jì)制造
要求；(2)P?／P 。≤0．3；(3)局部減薄或未焊透相
對(duì)深度cn不超過(guò)表2規(guī)定的容限值：
cn：[C+(To—T)]／
受檢管道未焊透缺陷滿足免于評(píng)定的前兩個(gè)條
件(1)和(2)，但c。=[0．8+(3．5—3．3)]／3．5=
0．28>0．25，故不滿足條件(3)，應(yīng)對(duì)該缺陷進(jìn)行安
全評(píng)定。
表2 壓力管道局部減薄與未焊透缺陷容限值
4．6 含缺陷管道在純內(nèi)壓和純彎矩下的塑性極限
載荷的確定
含缺陷管道在純內(nèi)壓下塑性極限內(nèi)壓P =P
×PIJ()，式中PLs=0．95—0．85c Ⅱ6c，計(jì)算得PLs=
0．9487，PLs=0．9487×27．6=26．2 MPa。
純彎矩下的塑性極限彎矩M =m ×M 式
中m =(1一c)sin[ ]+ ，計(jì)算得
mLs=0．0274，M Ls=0．0274 ×1306．4 =35．8 kN ‘in。
4．7 未焊透缺陷安全性評(píng)價(jià)
若式㈥ +( ．44成 u該缺陷是
安全或可以接受的；否則，認(rèn)為不能保證安全或不可
接受。式中P為內(nèi)壓載荷，本文P取設(shè)計(jì)壓力值
1．0 MPa。M為管道最大彎矩，受檢管道未受外力
作用，且設(shè)計(jì)有膨脹節(jié)，故管道最大彎矩 為管道
支架中間位置由重力載荷q引起的彎矩值 J，M=
，式中z為管道支架跨度，最大為12 in，計(jì)算得
-o-8 kN‘mo代入上式得：㈥ +(
( ) +( ) =0．001<0．44，故該未焊透缺陷
是安全或可以接受的。
5 結(jié)論與建議
(1)本文通過(guò)對(duì)壓力管道定期檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的未
焊透缺陷利用不同的評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)級(jí)，認(rèn)為，GB
50236--98嚴(yán)格于《在用工業(yè)管道定期檢驗(yàn)規(guī)程(試
行)》。而利用GB／T 19624-2004中給出了壓力管
道直管段體積缺陷安全評(píng)定方法對(duì)該缺陷進(jìn)行安
全評(píng)定，結(jié)果表明，依據(jù)《在用工業(yè)管道定期檢驗(yàn)
規(guī)程(試行)》對(duì)該未焊透缺陷做出的評(píng)定結(jié)果是可
靠的?！对谟霉I(yè)管道定期檢驗(yàn)規(guī)程(試行)》考慮
了我國(guó)在用工業(yè)管道的狀況和企業(yè)運(yùn)行成本，在滿
足安全運(yùn)行要求的基礎(chǔ)上較GB 50236--98有所
放寬。
(2)本文中介質(zhì)對(duì)管道材質(zhì)不具有腐蝕性，故
周期腐蝕量為0，且射線檢測(cè)中未發(fā)現(xiàn)有裂紋存在。
但未焊透引起的應(yīng)力集中會(huì)產(chǎn)生裂紋，特別是當(dāng)介
質(zhì)對(duì)管道材質(zhì)具有腐蝕性，且載荷變化頻率較高時(shí)，
裂紋擴(kuò)展極快，容易產(chǎn)生疲勞斷裂失效。因此，在壓
力管道的使用過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)管道未焊透缺陷的
監(jiān)測(cè)工作，及時(shí)掌握缺陷的擴(kuò)展?fàn)顩r，這對(duì)確保壓力
管道安全運(yùn)行尤其重要。
參考文獻(xiàn)
[1] 張踐新，劉晴巖，朱濤等．管道對(duì)接焊縫未焊透自身高度黑度
補(bǔ)償測(cè)定方法研究[J]．無(wú)損檢測(cè)，2000，22(10)、
[2] GB 50236--98，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、工業(yè)管道焊接工程施工及驗(yàn)收規(guī)范
[s]．
[3] 在用工業(yè)管道定期檢驗(yàn)規(guī)則(試行)[s]．
[4] GB／T 19624-2004，在用含缺陷壓力容器安全評(píng)定[s]、
[5] 沈松泉著．壓力管道安全技術(shù)[M]．南京：東南大學(xué)出版社，
2000．
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