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压力管道未焊透缺陷安全评定分析

文档作者：李奎元杨泽榕丛成龙文档来源：广东省珠海市特种设备检验所		点击数：	更新时间： 2021年07月16日
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第45卷第4期
2008年8月
化工设备与管道
PROCESS EQUIPMENT&amp;amp; PIPING
Vo1．45 No．4
Aug．2008
压力管道未焊透缺陷安全评定分析
李奎元 杨泽榕丛成龙
(广东省珠海市特种设备检验所，珠海519002)
摘要：依据GB 50236-98(现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》对某压力管道未焊透缺陷进行评定，
该缺陷不能满足最低等级Ⅳ级的要求，应与判废。而依据《在用压力管道定期检验规程(试行)》进行评定，该缺陷
能满足安全等级3级的要求。通过利用GB／T 19624-20044在用含缺陷压力容器安全评定》中给出的压力管道直
管段体积缺陷安全评定方法对该缺陷进行安全评定，结果证明，依据《在用压力管道定期检验规程(试行)》进行评
定的结果确能够满足使用条件下的安全要求。本文对特种设备检验工作者进行压力管道未焊透缺陷安全评定具
有一定的指导意义。
关键词：压力管道； 未焊透； 焊缝； 安全评定
中图分类号：TQ055．8 1 文献标识码：A 文章编号：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．and 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
对某单位在用工业管道进行x射线检测发现，
所抽查焊接接头全部存在未焊透现象。该批受检管
道于2001年2月开始使用，管道外径为60 mm，设计
壁厚为3．5 InIn，材质为304不锈钢，设计压力为
1．0 MPa，管道级别划分为GC2。缺陷部位为直管段焊
缝，未焊透长度最大为整圈焊缝，利用黑度补偿对x射
线片进行评定¨ ，未焊透缺陷深度最大为0．8 mm。
1 未焊透缺陷形成的原因及其危害
焊缝金属与母材之间未被电弧(或火焰)熔化
而留下的空隙称为未焊透。未焊透缺陷分表面缺陷
(单面焊缝)和内部缺陷(双面焊缝)，它可以是局部
的，也可以是整体的。未焊透产生的原因，一是焊接
电流偏小，运条速度过快，线能量小，致使产生的电
阻热减小，使电弧穿透力不足，焊件边缘得不到充分
熔化；二是焊接电弧过长，从焊条金属熔化下来的熔
滴不仅过渡到熔池中，而且也过渡到未熔化的基体
金属上；三是焊件表面存在氧化铁、锈、油、水等污
物；四是管口组装参数不符合要求，如管口组装间隙
小，坡口角度偏小，管口钝边太厚或不均匀等；五是
焊件散热速度过快，造成熔化金属结晶过快，导致与
基本金属之间得不到充分熔合；六是操作人员技术
不熟练，如焊条角度、运条方法不当，对控制熔孔大
小经验不足等。
未焊透减少了焊缝的有效截面积，使接头强度
下降。未焊透还会引起应力集中，可能成为裂纹源，
严重降低焊缝的疲劳强度，是造成焊缝破坏的重要
原因
2 现行标准中对管道未焊透缺陷评级的描
述
GB 50236---98(现场设备、工业管道焊接工程
施工及验收规范》对焊缝质量分级标准中规定，评
为I、Ⅱ级的压力管道不允许存在未焊透；不加垫单
收稿日期：2008-04-23
作者简介：李奎元(1979一)，男，硕士研究生。从事压力容器、压力
管道的检验检测工作。
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· 56· 化工设备与管道 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焊缝长度内不超过6
的评为Ⅲ级；未焊透深度不大于0．28、且不大于2
mm，每100 mm焊缝内缺陷总长不大于25 mm的评
为Ⅳ级 J。
《在用工业管道定期检验规程(试行)》中对管
道未焊透评级标准中第四十九条规定，管道材料为
20钢、16Mn或奥氏体不锈钢时，未焊透按局部减薄
定级；管道材料为除20钢、16Mn或奥氏体不锈钢外
的其它材料时，未焊透按未融合定级 3]。
3 受检管道未焊透缺陷安全等级的评定
依据GB 50236对管道焊接质量进行评级。受
检管道未焊透深度0．8 mm，大于0．28，长度远超过
Ⅳ级中每100 mm焊缝内缺陷总长不大于25／／1／／1的
规定，故受检管道焊接质量不能满足Ⅳ级的要求，应
判废。
依据《在用工业管道定期检验规程(试行)》对
管道安全等级进行评级。304不锈钢相当于最新国
家标准中00Crl9Nil0，属于奥氏体不锈钢。故受检
管道未焊透缺陷应按局部减薄定级。《在用工业管
道定期检验规程(试行)》对GC2和GC3管道所允
许的局部减薄深度最大值规定如表1所示。
表1 GC2或GC3管道所允许的局部减薄
深度最大值 fllfll
注：表中D——缺陷附近管道外径实测最大值，mm；
— — 缺陷附近壁厚的实测最小值减去至F一检验周期的
腐蚀量的2倍，mm；
曰—— 缺陷环向长度实测最大值，mill；P—— 管道最大l厂
作压力，MPa；
PL0——管道极限内压，PL。=2 ~厅-R In ，MPa；
R ——管道材料的屈服强度，MPa；
c——至下一检验周期局部减薄深度扩展量的估计值，
所检管道外径实测最大值D=60 mm；介质对
管道不具有腐蚀性，周期腐蚀量为0，壁厚测量值为
3．3 mm，故t：3．3 mm；未焊透缺陷深度为0．8 mm，
长度最大为整圈焊缝，曰／(,rrD)：0．92；最大工作压
力P=1．0 MPa；R L=205 MPa；计算得管道极限内
压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
透深度为0．8 mm，故受检管道安全等级评为3级。
检验周期可评为3年。
可见，GB 50236中对管道未焊透缺陷的评级标
准严格于《在用工业管道定期检验规程(试行)》中
对管道未焊透缺陷的评级标准。
4 利用压力管道直管段体积缺陷安全评定
方法进行评定
GB／T 19624-2004(在用含缺陷压力容器安全
评定》中给出了压力管道直管段体积缺陷安全评定
方法，该方法是对在内压和弯矩的组合载荷作用下，
含气孔、夹渣和局部厚度减薄等体积缺陷及特定未
焊透缺陷的钢制在役压力管道直管段的安全评定方
法。利用该方法对受检管道未焊透缺陷评定如
下 。
4．1 缺陷部位管道尺寸的确定
根据实际情况确定缺陷附近管道的计算壁厚 和
外径 。管道的计算壁厚应取管道实测壁厚与至下一
个检验周期末的腐蚀量之差。管道周期腐蚀量为0，计
算壁厚 取测量值3．3 lnnl，外径为60 nlln。
4．2 缺陷的规则化及无量纲化处理
对经验查明的未焊透缺陷，根据其实际位置、形
状和尺寸，按图1所示，将其规则化为轴向半长A、
环向半长曰、深度C的表面缺陷。
图1 未焊透缺陷表征示意图
对经规则化处理得到的未焊透缺陷尺寸，按如
下公式进行无量纲化处理：
相对轴向长度口=A／v／ 。未焊透缺陷宽度
约为0．8 mm，故 取0．4 mm，计算得口=0．040 2；
相对环向长度b=B／,rrR，(对于外表面缺陷)，b= ／
盯 ，(对于内表面缺陷)。受检管道缺陷长度为整圈
焊缝，故B：盯(30—3．3+0．8)=86．35，计算得b：
0．92；相对深度c：C／T。C取0．8 mm，T取3．3
mill，计算得c：0．242 4。
4．3 材料性能数据的确定
在评定工况下材料的屈服强度 。为205 MPa。
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2008年8月 李奎元等．压力管道未焊透缺陷安全评定分析 ·57·
非焊缝区材料的流动应力 等于R ．．，焊缝区材料
的流动应力 等于焊接接头系数 与 的乘积。
4．4 无缺陷管道在纯内压下的塑性极限内压PL0
和在纯弯矩下的塑性极限弯矩／ 。的计算
无缺陷管道在纯内压下的塑性极限内压P 。依
，'
据公式P 。= In 进行计算，代入相关数据得
43 ／'Iti
Pm=27．6 MPa。在纯弯矩下的塑性极限弯矩 。
p 3 p 3
依据公式MLo=4 进行计算，焊接接头系数
J
取0．6，代入相关数据得M 。=1 306．4 kN·in。
4．5 免于评定的判别
如果未焊透缺陷能同时满足下列条件，则该未
焊透缺陷可免于评定：(1)管道结构符合设计制造
要求；(2)P⋯／P 。≤0．3；(3)局部减薄或未焊透相
对深度cn不超过表2规定的容限值：
cn：[C+(To—T)]／
受检管道未焊透缺陷满足免于评定的前两个条
件(1)和(2)，但c。=[0．8+(3．5—3．3)]／3．5=
0．28>0．25，故不满足条件(3)，应对该缺陷进行安
全评定。
表2 压力管道局部减薄与未焊透缺陷容限值
4．6 含缺陷管道在纯内压和纯弯矩下的塑性极限
载荷的确定
含缺陷管道在纯内压下塑性极限内压P =P
×PIJ()，式中PLs=0．95—0．85c Ⅱ6c，计算得PLs=
0．9487，PLs=0．9487×27．6=26．2 MPa。
纯弯矩下的塑性极限弯矩M =m ×M 式
中m =(1一c)sin[ ]+ ，计算得
mLs=0．0274，M Ls=0．0274 ×1306．4 =35．8 kN ‘in。
4．7 未焊透缺陷安全性评价
若式㈥ +( ．44成 u该缺陷是
安全或可以接受的；否则，认为不能保证安全或不可
接受。式中P为内压载荷，本文P取设计压力值
1．0 MPa。M为管道最大弯矩，受检管道未受外力
作用，且设计有膨胀节，故管道最大弯矩 为管道
支架中间位置由重力载荷q引起的弯矩值 J，M=
，式中z为管道支架跨度，最大为12 in，计算得
-o-8 kN‘mo代入上式得：㈥ +(
( ) +( ) =0．001<0．44，故该未焊透缺陷
是安全或可以接受的。
5 结论与建议
(1)本文通过对压力管道定期检验中发现的未
焊透缺陷利用不同的评级标准进行评级，认为，GB
50236--98严格于《在用工业管道定期检验规程(试
行)》。而利用GB／T 19624-2004中给出了压力管
道直管段体积缺陷安全评定方法对该缺陷进行安
全评定，结果表明，依据《在用工业管道定期检验
规程(试行)》对该未焊透缺陷做出的评定结果是可
靠的。《在用工业管道定期检验规程(试行)》考虑
了我国在用工业管道的状况和企业运行成本，在满
足安全运行要求的基础上较GB 50236--98有所
放宽。
(2)本文中介质对管道材质不具有腐蚀性，故
周期腐蚀量为0，且射线检测中未发现有裂纹存在。
但未焊透引起的应力集中会产生裂纹，特别是当介
质对管道材质具有腐蚀性，且载荷变化频率较高时，
裂纹扩展极快，容易产生疲劳断裂失效。因此，在压
力管道的使用过程中，应加强对管道未焊透缺陷的
监测工作，及时掌握缺陷的扩展状况，这对确保压力
管道安全运行尤其重要。
参考文献
[1] 张践新，刘晴岩，朱涛等．管道对接焊缝未焊透自身高度黑度
补偿测定方法研究[J]．无损检测，2000，22(10)、
[2] GB 50236--98，现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范
[s]．
[3] 在用工业管道定期检验规则(试行)[s]．
[4] GB／T 19624-2004，在用含缺陷压力容器安全评定[s]、
[5] 沈松泉著．压力管道安全技术[M]．南京：东南大学出版社，
2000．
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