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壓力管道未焊透缺陷安全評定分析

文檔作者：李奎元楊澤榕叢成龍文檔來源：廣東省珠海市特種設(shè)備檢驗所		點擊數(shù)：	更新時間： 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)備檢驗所，珠海519002)
摘要：依據(jù)GB 50236-98(現(xiàn)場設(shè)備、工業(yè)管道焊接工程施工及驗收規(guī)范》對某壓力管道未焊透缺陷進行評定，
該缺陷不能滿足最低等級Ⅳ級的要求，應(yīng)與判廢。而依據(jù)《在用壓力管道定期檢驗規(guī)程(試行)》進行評定，該缺陷
能滿足安全等級3級的要求。通過利用GB／T 19624-20044在用含缺陷壓力容器安全評定》中給出的壓力管道直
管段體積缺陷安全評定方法對該缺陷進行安全評定，結(jié)果證明，依據(jù)《在用壓力管道定期檢驗規(guī)程(試行)》進行評
定的結(jié)果確能夠滿足使用條件下的安全要求。本文對特種設(shè)備檢驗工作者進行壓力管道未焊透缺陷安全評定具
有一定的指導意義。
關(guān)鍵詞：壓力管道； 未焊透； 焊縫； 安全評定
中圖分類號：TQ055．8 1 文獻標識碼：A 文章編號：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
對某單位在用工業(yè)管道進行x射線檢測發(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月開始使用，管道外徑為60 mm，設(shè)計
壁厚為3．5 InIn，材質(zhì)為304不銹鋼，設(shè)計壓力為
1．0 MPa，管道級別劃分為GC2。缺陷部位為直管段焊
縫，未焊透長度最大為整圈焊縫，利用黑度補償對x射
線片進行評定¨ ，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，運條速度過快，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；二是焊接電弧過長，從焊條金屬熔化下來的熔
滴不僅過渡到熔池中，而且也過渡到未熔化的基體
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
焊件散熱速度過快，造成熔化金屬結(jié)晶過快，導致與
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、運條方法不當，對控制熔孔大
小經(jīng)驗不足等。
未焊透減少了焊縫的有效截面積，使接頭強度
下降。未焊透還會引起應(yīng)力集中，可能成為裂紋源，
嚴重降低焊縫的疲勞強度，是造成焊縫破壞的重要
原因
2 現(xiàn)行標準中對管道未焊透缺陷評級的描
述
GB 50236---98(現(xiàn)場設(shè)備、工業(yè)管道焊接工程
施工及驗收規(guī)范》對焊縫質(zhì)量分級標準中規(guī)定，評
為I、Ⅱ級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
管道的檢驗檢測工作。
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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焊縫長度內(nèi)不超過6
的評為Ⅲ級；未焊透深度不大于0．28、且不大于2
mm，每100 mm焊縫內(nèi)缺陷總長不大于25 mm的評
為Ⅳ級 J。
《在用工業(yè)管道定期檢驗規(guī)程(試行)》中對管
道未焊透評級標準中第四十九條規(guī)定，管道材料為
20鋼、16Mn或奧氏體不銹鋼時，未焊透按局部減薄
定級；管道材料為除20鋼、16Mn或奧氏體不銹鋼外
的其它材料時，未焊透按未融合定級 3]。
3 受檢管道未焊透缺陷安全等級的評定
依據(jù)GB 50236對管道焊接質(zhì)量進行評級。受
檢管道未焊透深度0．8 mm，大于0．28，長度遠超過
Ⅳ級中每100 mm焊縫內(nèi)缺陷總長不大于25／／1／／1的
規(guī)定，故受檢管道焊接質(zhì)量不能滿足Ⅳ級的要求，應(yīng)
判廢。
依據(jù)《在用工業(yè)管道定期檢驗規(guī)程(試行)》對
管道安全等級進行評級。304不銹鋼相當于最新國
家標準中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?！对谟霉I(yè)管
道定期檢驗規(guī)程(試行)》對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測最大值，mm；
— — 缺陷附近壁厚的實測最小值減去至F一檢驗周期的
腐蝕量的2倍，mm；
曰—— 缺陷環(huán)向長度實測最大值，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 ——管道材料的屈服強度，MPa；
c——至下一檢驗周期局部減薄深度擴展量的估計值，
所檢管道外徑實測最大值D=60 mm；介質(zhì)對
管道不具有腐蝕性，周期腐蝕量為0，壁厚測量值為
3．3 mm，故t：3．3 mm；未焊透缺陷深度為0．8 mm，
長度最大為整圈焊縫，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評為3級。
檢驗周期可評為3年。
可見，GB 50236中對管道未焊透缺陷的評級標
準嚴格于《在用工業(yè)管道定期檢驗規(guī)程(試行)》中
對管道未焊透缺陷的評級標準。
4 利用壓力管道直管段體積缺陷安全評定
方法進行評定
GB／T 19624-2004(在用含缺陷壓力容器安全
評定》中給出了壓力管道直管段體積缺陷安全評定
方法，該方法是對在內(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定方
法。利用該方法對受檢管道未焊透缺陷評定如
下 。
4．1 缺陷部位管道尺寸的確定
根據(jù)實際情況確定缺陷附近管道的計算壁厚 和
外徑 。管道的計算壁厚應(yīng)取管道實測壁厚與至下一
個檢驗周期末的腐蝕量之差。管道周期腐蝕量為0，計
算壁厚 取測量值3．3 lnnl，外徑為60 nlln。
4．2 缺陷的規(guī)則化及無量綱化處理
對經(jīng)驗查明的未焊透缺陷，根據(jù)其實際位置、形
狀和尺寸，按圖1所示，將其規(guī)則化為軸向半長A、
環(huán)向半長曰、深度C的表面缺陷。
圖1 未焊透缺陷表征示意圖
對經(jīng)規(guī)則化處理得到的未焊透缺陷尺寸，按如
下公式進行無量綱化處理：
相對軸向長度口=A／v／ 。未焊透缺陷寬度
約為0．8 mm，故 取0．4 mm，計算得口=0．040 2；
相對環(huán)向長度b=B／,rrR，(對于外表面缺陷)，b= ／
盯 ，(對于內(nèi)表面缺陷)。受檢管道缺陷長度為整圈
焊縫，故B：盯(30—3．3+0．8)=86．35，計算得b：
0．92；相對深度c：C／T。C取0．8 mm，T取3．3
mill，計算得c：0．242 4。
4．3 材料性能數(shù)據(jù)的確定
在評定工況下材料的屈服強度 。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定分析 ·57·
非焊縫區(qū)材料的流動應(yīng)力 等于R ．．，焊縫區(qū)材料
的流動應(yīng)力 等于焊接接頭系數(shù) 與 的乘積。
4．4 無缺陷管道在純內(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／ 。的計算
無缺陷管道在純內(nèi)壓下的塑性極限內(nèi)壓P 。依
，'
據(jù)公式P 。= In 進行計算，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 進行計算，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 免于評定的判別
如果未焊透缺陷能同時滿足下列條件，則該未
焊透缺陷可免于評定：(1)管道結(jié)構(gòu)符合設(shè)計制造
要求；(2)P?／P ?！?．3；(3)局部減薄或未焊透相
對深度cn不超過表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定的前兩個條
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)對該缺陷進行安
全評定。
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價
若式㈥ +( ．44成 u該缺陷是
安全或可以接受的；否則，認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)本文通過對壓力管道定期檢驗中發(fā)現(xiàn)的未
焊透缺陷利用不同的評級標準進行評級，認為，GB
50236--98嚴格于《在用工業(yè)管道定期檢驗規(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定方法對該缺陷進行安
全評定，結(jié)果表明，依據(jù)《在用工業(yè)管道定期檢驗
規(guī)程(試行)》對該未焊透缺陷做出的評定結(jié)果是可
靠的?！对谟霉I(yè)管道定期檢驗規(guī)程(試行)》考慮
了我國在用工業(yè)管道的狀況和企業(yè)運行成本，在滿
足安全運行要求的基礎(chǔ)上較GB 50236--98有所
放寬。
(2)本文中介質(zhì)對管道材質(zhì)不具有腐蝕性，故
周期腐蝕量為0，且射線檢測中未發(fā)現(xiàn)有裂紋存在。
但未焊透引起的應(yīng)力集中會產(chǎn)生裂紋，特別是當介
質(zhì)對管道材質(zhì)具有腐蝕性，且載荷變化頻率較高時，
裂紋擴展極快，容易產(chǎn)生疲勞斷裂失效。因此，在壓
力管道的使用過程中，應(yīng)加強對管道未焊透缺陷的
監(jiān)測工作，及時掌握缺陷的擴展狀況，這對確保壓力
管道安全運行尤其重要。
參考文獻
[1] 張踐新，劉晴巖，朱濤等．管道對接焊縫未焊透自身高度黑度
補償測定方法研究[J]．無損檢測，2000，22(10)、
[2] GB 50236--98，現(xiàn)場設(shè)備、工業(yè)管道焊接工程施工及驗收規(guī)范
[s]．
[3] 在用工業(yè)管道定期檢驗規(guī)則(試行)[s]．
[4] GB／T 19624-2004，在用含缺陷壓力容器安全評定[s]、
[5] 沈松泉著．壓力管道安全技術(shù)[M]．南京：東南大學出版社，
2000．
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