薄壁管未焊透缺陷安全评定

《装备维修技术》2021年第4期
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薄壁管未焊透缺陷安全评定
齐喜岑 王 钊 钱英豪
(江苏省特种设备安全监督检验研究院，江苏 苏州 215031)
在压力管道的定期检验过程中，80%的管道焊接缺陷为未焊透，根据TSG D7005-2018《压力管道定期检验规则—工业管道》，
对于材料为20钢、Q345或奥氏体不锈钢的管道未焊透，可以按照
局部减薄来定级。

而根据TSG D7005局部减薄超过制造或者验收标准所允许范围，同时满足以下条件的，可以定为2级或3级，否则，安全状况等级定为4级[1]
： （1）管道结构符合设计规范或者管道应力分析结果满足有关安全技术规范要求；
（2）在实际工况下，材料韧性良好，并且未出现材料性能劣化以及劣化趋向； （3）壁厚局部减薄以及其附近无其他表面缺陷或者埋藏缺陷；
（4）壁厚局部减薄处剩余壁厚大于2mm；
（5）管道不承受疲劳载荷。

因此，未焊透按照局部减薄来定级必须要满足局部减薄处剩
余壁厚大于2mm。

那么对于实际检验中管子壁厚不足2mm，经RT
检测，存在未焊透现象的压力管道，按照TSG D7005的要求只能
定为4级，不得投入使用。

本文通过计算，采用安全评定的方式
来探讨该类管道在一定条件下是否具有安全性。

1 安全评定技术
压力管道焊缝的安全评定主要是基于合于使用的基本原则。

在焊接结构的发展初期，要求结构在制造和使用过程中不能有任
何缺陷存在，否则就要返修甚至报废；英国焊接研究所首先提出
了“合于使用”的概念。

目前很多国家已建立了使用于焊接结构
的设计、制造和验收的“合于使用”原则的标准。

通常安全评定
需要输入载荷、类型裂纹缺陷和断裂韧度三个参量。

对于未熔合、未焊透和其他类型裂纹缺陷，视为平面缺陷，气孔、夹渣和类似
的焊接接线则视为体积缺陷，有时缺陷类型是难以区分的，如某
些情况下咬肉可视为简单的应力集中，而在某些情况下又应视为
类裂纹缺陷[2][3]。

在安全评定中，通常将各种缺陷模型化。

平面缺陷以包络它的
矩形之高度予以理想化，并以此作为安全评定的缺陷尺寸。

对于表
面缺陷其尺寸为a(高度)和2c （长度），对埋藏缺陷其尺寸为2a 和2c；
为了进行应力强度因子计算，表面缺陷和埋藏缺陷均分别假定为半
椭圆裂纹和椭圆形埋藏裂纹，对于贯穿缺陷，缺陷长度尺寸起主要
影响，而对于表面缺陷和埋藏缺陷，高度尺寸起主要影响[4]。

2 管道概况 该管道设计压力0.9Mpa，设计温度常温，介质为氢气，材质
S316L，规格为φ57X1.6mm，长度约50m，已使用6年。

管道由一
家日本安装公司安装，除管道表面钢印可辨识规格外，无其他安
装资料。

经RT 检测，存在整圈未焊透，最大高度0.3mm。

该管道
表面焊接质量较好，无明显腐蚀，无蠕变，不承受疲劳载荷。

根
据TSG D7005，只能定为4级，无法继续使用，考虑到该管道初始
壁厚为1.6mm，且已使用6年之久，本着合于使用的原则，对其进
行安全评定。

3 评定方法
3.1管道几何参数及缺陷的表征
管道的基本参数：管道内半径Ri=26.9mm ，管道外半径R 0=28.5mm，平均半径R=27.7mm，计算厚度 B=1.6mm，实测壁厚为1.6mm，材质为不锈钢，腐蚀余量取0.
3.2 材料性能数据的确定
管道材质为S316L，塑韧性较好，未发现明显腐蚀，不承受疲劳载荷，未发现材质劣化现象。

根据GB50316《工业金属管道设计规范》，选取屈服强度、抗拉强度、泊松比、弹性模量分别为 σs =175MPa、σb =480 MPa，γ=0.3，E=1.95X105MPa [5]
材料的断裂韧度下限值Jc 取2.2KV 2，为59.4J，则评定计算的断裂韧度K c =
=3.56X103
3.3应力的计算 轴向膜应力，在这里，将拉力N 忽略不计，计算得轴向膜应力为7.35MPa
3.4 起裂时载荷比LrF 的确定
起裂时载荷比L r F 按下式确定： L r
F= ，其中K 1，K 2，K 3，
K 4可由表查的，
由于＞0.5，查得K 1=0.9609，K 2=-0.7451，
K 3=0，2087，K 4=-0.0966，计算得L r F=0.4
3.5 U 因子值的计算 U 因子值按下式计算：
U= 当U＜1时，取U=1，计算得U=4.7 3.6 许可流变应力的确定 根据缺陷尺寸θ/π值及a/B
的值可查表得=1.129
3.7 安全性评价 如果下式所表述的判据成立，则评定结论为安全或可接受，
否则，认为不能保证安全或不可接受。

其中n p 为安全系数，根据GB/T19624-2019，取1.25，计算得
7.35MPa≤62.9 MPa，该管道是安全可接受的。

4 结论
（1）通过以上安全评定，认为该管道存在的未焊透缺陷是安全
可接受的。

当然，该安全评定未考虑弯矩的影响，主要由于该管道
管径较细，支架间距较小，管道受弯矩的影响较小，在本评定中可
以忽略。

当然对于大管径的管道，应适当考虑弯矩的影响，以期对
其更为准确的安全评价。

同时也应该考虑到，该管道管壁较薄，理
论上未焊透的可能性小，之所以会在RT 影像上表现为未焊透，可
能并不是真正意义上的未焊透，有可能是轻微的内凹，这与安装单
位采用的焊接方法有关，由于该焊接由一家日本单位施工，年代久
远，安装资料已完全遗失，具体的焊接方法已无从考证。

（2）因此，对于一些管径较小，支架间距合理，使用压力不
高，又不存在其他缺陷的压力管道的未焊透缺陷，在法规层面上
是否可以将剩余壁厚适当放宽，值得探讨。

（3）未焊透是压力管道焊缝检验过程中存在的最主要缺陷之
一，对于化工成套设备，由于其设备价值高，停工时间短，采用
安全评定技术对缺陷进行安全评估，可以减少设备报废几率，缩
短停工周期，具有较大的经济效益。

参考文献
[1]TSG D7005-2018 压力管道定期检验规则—工业管道[S]
[2]种玉宝；于惠君；刘明亮；唐文庆；在役含缺陷压力管道安全评定方法[J]，石油化工设备，2010年06期 [3]王一宁，吴胜平，周云，含面积缺陷压力管道安全评定的方法[J]，机械制造与研究，2010，39（2）
[4]中国机械工程学会焊接学会.焊接手册[M].北京：机械工业出版社，2008.
[5]GB50316—2000 工业金属管道设计规范[S].
第一作者简介
齐喜岑，男，1986.12-，江苏苏州人，硕士研究生，工程师。

现于江苏省特检院从事承压类特种设备安全检测研究工作。