GQ80罐体对接接头无损检测要求分析

摘要： 针对GQ80型铁路罐车的产品特点和介质特性，论述了GQ80罐体对接接头无损检测的必要性。阐明选择射线检测方法、质量标准为JB/T 4730.2―2005规定的Ⅲ级、检测比例不少于10%的理由，为铁路罐车制造企业对罐体实施射线检测提供了科学依据。

关键词： 罐体；对接接头；无损检测

中图分类号： TG422

Abstract： Based on the characteristics and dielectric properties GQ80 type rail tankers， the necessity of GQ80 tank butt joints NDT was discussed. The reasons why the selection ray detection methods， quality standards Ⅲ grade/ T 4730.2-2005 prescribed on the grounds，the detection rate not less than 10% for railway tank car manufacturers were clarified.

Key words： tanker； butt joint； NDT

0 前言

GQ80为西安轨道交通装备公司研发的80吨级铁路罐车，罐车为无底架结构。罐体主要由封头、圆锥筒体（锥筒）、圆柱筒体（直筒）三部分组成。筒体中部为直筒，两端为封头，锥筒连接直筒和封头。直筒壁厚上部8 mm下部10 mm，材质为Q450NQR1。圆锥筒体壁厚10 mm，材质为Q450NQR1。封头壁厚10 mm，材质为Q345R。罐车装载的轻油介质易燃，属于铁路危险货物。为了保证GQ80罐车质量，笔者建议对罐体对接接头进行无损检测。

1 GQ80罐体对接接头无损检测的必要性

铁路罐车作为铁路危险货物的主要运输工具，在国家安全和环保标准日益提高的情况下，罐体对接接头需要无损检测。

1.1 保证产品质量，保障行车安全

GQ80型罐车为无底架结构，罐体在运行过程中受到列车牵引力、路轨通过转向架传递给罐体的垂直、横向动作用力和冲击震动等复杂动力作用。罐体焊接缺陷在列车运行过程中可能出现扩展，在提速重载条件下可能性更大，从而出现产品质量事故。目前，对西安轨道装备公司以外的其他铁路罐车制造企业，罐体焊缝质量检测主要手段为目视检查和水压试验。而目视检查和水压试验难以发现罐体焊缝内部裂纹、未焊透、夹渣、气孔等危害性缺陷，不能满足提速重载对罐车质量的要求。罐体对接接头经过无损检测后，危害性缺陷得以消除，从而达到保证产品质量的目的。

1.2 保护生态环境，保证运输安全

铁路罐车装载的是油品、酸、碱、醇、苯类等化工介质，大部分属于危险货物，一旦发生泄漏，不仅影响了行车安全和用户对罐车的使用，油品介质还容易引起火灾[1]。此外，罐体介质泄漏后，运行中的罐车还会对铁路沿线产生大范围污染。60吨及70吨级铁路罐车在运行过程中，多次出现过罐体焊缝渗漏现象，经过分析，罐体渗漏基本都是由于罐车制造时的焊接缺陷引起的。如2005年4月4～28日，全路就发生4起铁路罐车泄漏事故，其中2起原因为罐体虚焊[2]。

随着国家对安全及环保要求的提高，一些路外用户难以承担罐体泄漏产生的安全和环保风险，开始要求对本企业购置的铁路罐车罐体对接接头作射线检测。通过无损检测，能大幅度降低罐车泄漏概率。

1.3 改进制造工艺，防止批量质量问题

铁路罐车如果没有无损检测，罐车制造企业就难以发现罐车罐体焊缝内部存在的缺陷隐患，就难以对存在的问题进行纠正，罐车可能存在批量危害性焊接缺陷。无损检测把缺陷检测出来后，工艺人员可以根据无损检测发现缺陷的位置、性质、大小等资料，针对性地改进焊接工艺。通过定期监测焊接质量，发现问题随时处理，可以防止危害性焊接缺陷批量发生[3]。

2 罐体对接接头无损检测方法

罐体对接接头的主要缺陷为未焊透、气孔、夹渣，绝大部分位于焊缝内部，检测范围为焊缝及两侧各5 mm热影响区，可以选择的无损检测方法有超声检测和射线检测。

2.1 射线检测优缺点

罐体对接接头射线检测的优点是：缺陷定性、定量准确；体积型缺陷（未焊透、气孔、夹渣类缺陷）检出率高；适合检测厚度较薄的工件；检测结果直观、全面、可靠性高。射线检测的缺点是：不适合检测厚工件；薄板接头面积型缺陷（裂纹、未熔合）检出率与超声检测相当；检测成本高、速度慢，需要采取适当的射线防护措施。

2.2 超声检测的优缺点

罐体对接接头采用超声检测的主要优点是：检测成本低；检测速度快；现场检测比较方便。采用超声检测的缺点有：不适合检测较薄的焊接接头；体积型缺陷（气孔、夹渣、未焊透）检出率较低；缺陷定性困难，定量精度不高；检测结果无直接见证记录；检测可靠性受探伤人员个人影响较大。

焊缝超声检测主要有A型脉冲反射式超声检测、相控阵超声检测和衍射时差法超声检测三种方法。美国材料试验学会公布的ASTM E2700―09《焊缝接触式超声相控阵检测方法》适用的厚度范围为9≤T≤200 mm[4] ，JB/T 4730.10―2010《衍射时差法超声检测》的适用厚度范围为12 mm≤T≤400 mm[5]。GQ80罐体板厚T在8～10 mm之间，超出了相控阵和TOFD标准的适用范围，不宜采用相控阵或TOFD超声检测。A型脉冲反射式超声检测使用最为广泛，但GQ80罐体的两个结构特点也不适合脉冲反射式超声检测。

2.2.1 封头直边段长度

焊缝一次反射波法超声检测时，探头的移动长度L应满足：

L≥2.5KT=2.5×3×10=75 mm

式中：K为探头K值；T为母材板厚，焊缝两侧板厚不等时取薄板侧厚度值。

根据产品图纸，封头直边段长度为40 mm，小于超声检测必须的75 mm。当探头在封头侧扫查封头端环缝时，封头直边长度满足不了单面双侧扫查对探头移动距离要求。

2.2.2 焊缝宽度

根据GQ80图纸，罐体对接焊缝宽度为16～23 mm，如图1所示。

为保证检测到对接接头整个截面，超声探头的K值必须满足下式：

K≥（a+b+l0）/T=3.5

式中：a为上焊缝宽度的一半；b为下焊缝宽度的一半；l0为探头的前沿长度；T为母材厚度。

但GB/T 11345，JB/T 4730.2，TB/T 1558.2等焊接接头超声检测标准均要求探头折射角在35°至70°之间，允许的最大K值为3，导致T=8 mm这部分罐体焊缝，即使选取K=3的探头，仍有部分焊接接头声束扫查不到，会导致缺陷漏检。

2.3 铁路罐车罐体对接接头检测方法的选择

因为罐体板厚较薄、封头直边段长度、焊缝宽度三个因素，8～10 mm铁路罐车不宜采用超声检测。且各罐车制造企业普遍采用的A型脉冲反射式超声检测可靠性低，对缺陷定性困难，难以对焊接工艺改进提供足够的资料。

基于超声检测和射线检测的优缺点，北美铁路协会《罐车规范》AAR、国内液体危险货物汽车罐车、液体危险货物罐式集装箱、液化气体铁路罐车在行业标准中明确规定对罐体对接接头采用射线检测，如表1所示。AAR M-1002《罐车规范》附录T《无损检测》规定的射线检测方法包括胶片法射线照相、实时成像检测及计算机射线照相检测三种方法[7]。GQ80罐体壁厚8～10 mm，适宜采用射线检测。

3 罐体对接接头射线检测的质量标准

3.1 GQ80罐体对接接头缺陷允许限度

罐体在列车运行过程中为受力部件，罐体装载为危险货物介质，罐体对接接头为全焊透结构，对接接头不允许裂纹、未熔合、未焊透类缺陷。焊接过程中会不可避免产生气孔、夹渣类缺陷，对这类缺陷需要规定一个容许限度。GQ80罐车壁厚8～10 mm，主要风险为介质泄漏，气孔是引起泄漏的主要原因之一，因此不允许直径大于4 mm气孔。另外，条形夹渣在罐车使用过程中可能扩展，长度8 mm以上的条形缺陷扩展可能性更大，也不允许存在。

3.2 国内外同类产品的质量标准

（1）北美铁路罐车射线检测质量标准。AAR标准规定罐体下列缺陷的焊缝视为不合格：任何形式的裂纹、未熔合或未焊透；单个气孔直径大于0.3T（T为罐体板厚）；单个条形夹渣的长度大于1/4 in（6.35 mm）。

（2）液体危险货物罐式集装箱及汽车罐车射线检测质量标准。GB 18564.1―2006及JB/T 4782―2007规定对罐体对接接头射线检测按照JB/T 4730.2―2005执行，合格级别不低于JB/T 4730.2―2005规定的Ⅲ级。

（3）移动式压力容器（铁路罐车、汽车罐车、罐式集装箱）射线检测质量标准。TSG R005―2011《移动式压力容器安全技术监察规程》规定：罐体100%射线检测的，合格级别不低于JB/T 4730.2规定的Ⅱ级；罐体局部（≥20%）射线检测的，合格级别不低于JB/T 4730.2―2005规定的Ⅲ级。

3.3 GQ80罐体对接接头射线检测质量标准

经过比较，西安轨道装备公司对GQ80罐体射线检测的质量要求与相同板厚的液体危险货物汽车罐车、罐式集装箱罐体对接接头射线检测质量标准JB/T 4730.2―2005非常接近，均为：不允许裂纹、未熔合或未焊透；单个气孔直径不允许大于4 mm；单个条形夹渣的长度不大于6～8 mm。

JB/T 4730.2―2005为GQ80铁路罐车制造企业便于实施的射线检测标准。西安轨道装备公司及齐车集团大连分公司现有条件可以按照JB/T 4730.2―2005射线检测，其他8个没有铁路罐车射线检测资源的GQ80制造企业一般委托无损检测公司、特检院或容器制造企业检测，这些检测单位熟悉JB/T 4730.2―2005标准，像质计等探伤器材也按照JB/T 4730.2―2005配备。从节约射线检测成本考虑，对接接头质量标准可采用JB/T 4730.2―2005规定的Ⅲ级。

4 罐体对接接头射线检测比例

4.1 罐体对接接头质量等级

罐体对接接头设计的质量等级为EN15085―5：2007《铁道车辆及其部件的焊接》规定的CPC1，相应的焊缝检验等级为CT2，即射线检测最低比例为：每个罐体焊缝10%长度，或者100%射线检测每10个罐体中的1个罐体。

4.2 铁路罐车制造企业射线检测能力

目前，除了西安轨道装备公司建有2个铁路罐车专用射线探伤室外，齐车集团大连分公司具备罐式集装箱射线检测资源，也可以对铁路罐车实施射线检测。其他铁路罐车制造企业均没有罐车用探伤室，也没有罐体射线检测设备、人员。其他铁路罐车制造企业要对罐体对接接头进行射线检测，只能委托第三方（无损检测专业公司、各地特检院、容器制造企业等）进行射线检测。如2014年5月包头北方创业公司为江西铜业公司生产的GS70型硫酸罐车，就是委托当地特检院进行射线检测；2013年济南轨道装备公司为法国生产的铁路罐车，委托无损检测公司进行射线检测。采用数字射线检测1班只能射线检测1个罐体，没有罐车射线探伤室的企业一个台位1天最多射线照相检测1个罐体，而各铁路罐车企业制造能力为2～12辆/天。

4.3 其他同类产品射线检测的比例

（1）AAR铁路罐车检测比例。压力罐车应对罐体进行100%的射线探伤；非压力罐车在生产工艺稳定的前提下，仅对罐体丁字接头射线检测。

（2）液体危险货物公路罐车、罐式集装箱检测比例。GB18564.1―2006及JB/T 4782―2007规定射线检测比例不少于每条对接接头的10%。射线检测发现超标缺陷时，应在该缺陷两端的延伸部位增加检测长度，增加的长度不应小于该条对接接头长度额10%。若仍有超标缺陷，则对该对接接头做100%射线检测。

4.4 GQ80射线检测比例

综合罐车罐体对接接头质量等级、铁路罐车制造企业射线检测能力及其他液体危险货物罐式运输工具射线检测比例，批量制造的GQ80罐车射线检测比例定为不少于罐车数量的10%。射线检测抽查发现缺陷后，对焊接工艺进行改进，可以避免批量危害性缺陷的罐车存在，通过工艺措施保证铁路罐车对接接头质量。

5 结论

GQ80型铁路罐车罐体对接接头需要进行射线检测，检测比例不少于10%，质量标准不低于JB/T 4730.2―2005规定的Ⅲ级。在各铁路罐车制造企业具备射线检测能力后，逐步对其他80吨级、70吨级新造危险货物铁路罐车进行射线检测。目前，可对GQ80罐体对接接头无损检测作如下规定：

（1）每批生产的第一辆罐车须进行射线检测。对于批量生产的罐车，在生产工艺稳定的条件下，每10辆至少抽查1辆进行射线检测。

（2）凡要求检测的罐体，应对罐体所有对接接头进行射线检测。

（3）射线检测按照JB/T 4730.2―2005的规定执行，射线检测技术等级不低于AB级，合格级别不低于Ⅲ级。

通过目视检查、水压试验、射线检测、工艺改进等多种途径来保证GQ80罐体对接接头质量，可有效减少罐体泄漏事故，大幅度降低罐车安全质量风险，保障铁路运输安全。

参考文献

[1] 海 涛，何宇强，张星臣.我国铁路危险货物运输安全管理及防护对策[J].中国安全科学学报，2005，15（8）：21-23.

[2] 李秀娥，杨月芳. 铁路危险货物自备罐车安全管理的探讨[J].铁道货运，2007（3）：36-39.

[3] 姚 建.浅谈危险货物罐车产品的安全质量保证[J]. 技术与产品，2011（10）：15-18.

[4] 李 衍. 焊缝相控阵检测-最新国际标准介绍[J]. 无损探伤，2012（8）：8-12.

[5] 全国锅炉压力容器标准化委员会. JB4730.10.衍射时差法超声检测[S]. 北京：新华出版社，2010.

[6] 北美铁路协会. AAR M-1002罐车规范[S].华盛顿：北美铁路协会，2010.