[发明专利]双金属复合管环焊缝超声波检测用对比试块及其设计方法

说明书

本发明涉及无损检测领域，尤其涉及一种双金属复合管环焊缝超声波检测用对比试块及其设计方法。该对比试块包括由基层和衬层构成的试块本体、设置在试块本体上的环焊缝以及开设在试块本体和环焊缝上的人工缺陷；人工缺陷包括设置在基层外表面和衬层内表面焊趾部位、基层外表面和衬层内表面环焊缝中间部位、环焊缝内异金属界面处、环焊缝内基层壁厚1/2位置处、基层内模拟分层、管体上模拟基层与衬层结合不良的人工缺陷；在试块本体的环焊缝两端位置处分别开设有半圆形凹槽。利用本发明的对比试块可以对超声波检测系统的灵敏度进行调节，并且可以确定其有效检测范围。

技术领域

本发明涉及无损检测领域，尤其涉及一种双金属复合管环焊缝超声波检测用对比试块及设计方法。

背景技术

利用传统的碳钢或低合金钢管输送腐蚀性介质时，腐蚀性介质会造成碳钢或低合金管材的严重腐蚀，选择合适的不锈钢、镍基合金等耐蚀材料能抵抗介质的腐蚀，是延长管线寿命常用的方法。但若采用纯耐蚀合金管材，其材料成本昂贵，且耐蚀合金材料的强度和韧性往往较低，需要更厚的壁厚来满足设计强度的要求，给管线建设带来难以承受的成本压力。这种情况下选用内衬或内覆耐蚀合金的双金属复合管不啻为一个合理的选择，双金属复合管的耐蚀合金衬层减缓了腐蚀介质对管材的侵蚀，而其基层材料多为碳钢或低合金管线钢，为钢管提供了足够的强度和韧性，双金属复合管兼顾了耐蚀合金的耐蚀性和管线钢的强韧性，且具有价格低廉的优点，在保证使用效果的前提下，可极大地降低材料成本。

近年来，随着高硫、高氯离子、高二氧化碳等高腐蚀性油气田的开发，双金属复合管在油气田集输管线中得到大量的应用，由于双金属复合管结构的特殊性，其现场环焊缝焊接不同于常规的单金属管线，具有较大的难度，由环焊缝缺陷引发的质量事故也日益凸显，同时双金属复合管环焊缝的无损检测也是困扰检测单位的一个难题。

双金属复合管包括冶金复合管和机械复合管两种结构形式，冶金复合管的基层和衬层间通过热轧、粉末冶金及堆焊等手段实现冶金结合，基、衬层间具有较高的结合强度，可满足复合管后续的煨制、切割等加工要求，多用于双金属管线的关键部位及复合弯管、弯头的加工。机械复合管主要是通过水压、爆破、旋压、拉拔等工艺实现基层与衬层间的过盈配合，其基、衬层间的结合强度较低，但由于其成本较低，因而在油气田集输管线中得到大量的应用。为满足现场焊接的要求，机械复合管管端一般需进行两种不同的处理方式：管端堆焊和管端封焊，如图1所示的管端堆焊是在复合管管端的基层1上堆焊5～10cm的耐蚀合金堆焊层4，其与衬层2间形成堆焊层/衬层焊缝3，从而实现复合管基层1、衬层2间的密封和管端耐蚀合金与基层间的冶金结合；如图2所示的管端封焊则是在复合管管端基层1、衬层2间利用耐蚀合金封焊，形成封焊焊缝5，从而达到基层1、衬层2间密封的效果。

目前双金属复合管的现场环焊缝焊接也包括两种形式，第一种如图3所示，先对两根复合管衬层间采用耐蚀合金焊材焊接，然后再利用低合金或碳钢焊材进行基层间的焊接，即焊缝是内层为耐蚀合金焊道7，外层为低合金/碳钢焊道6的双层异金属焊缝，内外层焊道间有时采用过渡层熔合；第二种如图4所示，衬层和基层均采用一种耐蚀合金焊材焊接形成耐蚀合金焊道7，焊缝不分层，为单一金属材料焊缝。

超声波检测是双金属复合管环焊缝无损检测的一个重要手段，采用合适的检测工艺，选择合适的探头可以有效地检出复合管环焊缝中的焊接缺陷、焊缝附近的基层分层和基、衬层间的冶金结合不良等缺陷。