パイプの溶接の品質を確認するにはどうすればよいですか? 

パイプの溶接の品質をチェックする方法: 直接的な答えと管理方法

パイプ溶接の品質を確認するには、目視検査、超音波検査 (UT)、放射線検査 (RK)、および油圧検査を組み合わせる必要があります。私たちの実践では、適切な照明と倍率 5 倍の拡大鏡を使用した目視検査の段階で、欠陥の 68% がすでに検出されていると確信しています。重要なパイプライン (石油とガス、化学物質) では、複数の方法を組み合わせる必要があります。単一の方法では 100% の保証はありません。直径が 50 mm を超え、圧力が 1.6 MPa を超えるパイプを扱う場合、超音波検査を無視すると、運転開始から最初の 2 年間で漏れのリスクが 40% 増加します。

この記事は、極北と中央アジアの暑い気候に 12,000 リニア メートルを超えるパイプラインを設置した実際の経験に基づいています。私たちは、GOSTとISOの理論だけでなく、クライアントに数百万ルーブルの損失を与えた特定の間違いも分析します。表面の準備から最終的な合格証明書に至るまで、アクションの明確なアルゴリズムを受け取ります。一般論で時間を無駄にしないでください。これは、今日から適用できる検証可能なデータと手順にすぎません。

なぜ目視検査が最初の主要な段階であり続けるのか

Visual Measurement Control (VIC) は品質管理の基礎です。 GOST R ISO 17637-2014 によれば、検査は他の種類の非破壊検査の前に実行する必要があります。理由は簡単です。アンダーカット、フィステル、不均一な縫い目の幅などの表面的な欠陥があると、高価な X 線や超音波検査が無意味になってしまうからです。私たちの実務では、シーム補強の高さが標準の 1.5 mm に対して 2.5 mm を超えていたため、ガスパイプライン用のパイプのバッチが VIC 段階で正確に拒否されたケースがありました。これにより、水圧試験中に応力が集中し、その後の故障が発生しました。

高品質の目視検査を実施するには、少なくとも 500 ルクスの光源、倍率 2 倍から 5 倍の拡大鏡、UShS-2 または UShS-3 テンプレート、およびスラグや飛沫から継ぎ目領域を掃除するための金属ブラシが必要です。継ぎ目の表面から600 mm以内の距離から検査を実行してください。変色の色に注意してください。青みがかった色合いは、金属の過熱と、ステンレスパイプにとって重要な耐食性の喪失を示します。赤みがかった色は、アルゴン溶接時のガス環境の保護が不十分であることを示します。

幅、補強材の高さ、エッジのオフセット量の 3 つのパラメータに従って、継ぎ目の形状を厳密に測定します。厚さ 10 mm までのパイプの許容変位は、肉厚の 10% を超えず、2 mm を超えてはなりません。この値を超えると、流れの乱流とパイプの内面の浸食が発生します。よくある間違いは、小径パイプの継ぎ目の内面を無視することです。内部へのアクセスが制限されている場合は、内視鏡またはボアスコープを使用してください。暖房および給水システムにおける事故の最も一般的な原因は、パイプ内部の浸透の欠如です。

検査の各ステップを文書化します。近くにあるスケール定規を使用して欠陥の写真を撮ります。これは顧客への報告だけでなく、今後の不具合の原因分析にも必要となります。ヤクートでのプロジェクトの1つでは、夜勤中に行われたすべての接合部の縫い目の根元に組織的なアンダーカットが発生していることを発見しました。分析の結果、溶接工が電流を減らして電極を節約しており、それがアークの不安定性につながっていたことがわかりました。写真による証拠がなければ、請負業者の有罪を証明することは不可能です。

オペレータの目だけに頼らないでください。人的要因により、VIC の有効性が 15 ～ 20% 低下します。接続タイプごとに特定の許容値を含むチェックリストを実装します。溶接が必要な欠陥が見つかった場合は、ビードを再適用する前に、補修領域の母材まできれいにし、少なくとも 100°C の温度に加熱してください。冷たい表面は冷えると必ず亀裂が入ります。

超音波検査: 金属内部の隠れた欠陥を見つける方法

超音波検査 (UT) を使用すると、目に見えない内部の浸透の欠如、毛穴、亀裂を特定できます。この方法は、SNiP III-42-80* に従って、カテゴリ I および II のパイプラインに必須です。この方法の本質は、媒体間の界面からの高周波音波の反射です。欠陥によりエコー信号が生成され、探傷器によって記録されます。ここでの重要なパラメータは、デバイス設定の感度です。標準の CO-2 または CO-3 サンプルを使用して感度を設定し、パイプ壁の厚さの 10% の深さの欠陥をシミュレートすることをお勧めします。

コンバータの周波数の選択は、パイプの壁の厚さに依存します。薄肉パイプ (最大 8 mm) の場合は 5 MHz、厚肉パイプ (20 mm 以上) の場合は 2.5 MHz の周波数を使用します。高周波では分解能が向上しますが、特に低合金鋼の一部のグレードのように粒子構造が粗い場合、金属の奥深くまで浸透しにくくなります。初心者の間違いは、すべてのパイプに対して 1 つの設定を使用することです。これにより、金属構造上の小さな孔の欠落または誤検知が発生します。

スキャン技術は体系的でなければなりません。トランスデューサをジグザグ パターンで移動し、ピエゾ素子の幅の少なくとも 10% だけ前のパスに重ねます。移動速度は 150 mm/s を超えてはなりません。そうしないと、オペレータは小さな亀裂からの短い信号を記録する時間がありません。熱影響部 (HAZ) には特に注意してください。ここは、残留応力により低温亀裂が最もよく発生する場所です。石油精製所での私たちのプロジェクトでは、HAZ で長さ 3 ～ 5 mm の微小亀裂が見つかりました。この亀裂は振動により 6 か月で破断に至るまで成長する可能性があります。

結果の解釈には ISO 9712 レベル II の資格が必要です。欠陥の形状を考慮せずに信号振幅を推定しようとしないでください。たとえエコー信号の振幅が小さくても、平面欠陥 (亀裂、貫通の欠如) は体積欠陥 (細孔、スラグ混入) よりも危険です。高さ 2 mm の亀裂は、応力集中部として機能するため、直径 4 mm の細孔よりも危険です。平面欠陥が検出された場合は、直ちに接合部を切断する必要があります。気孔の溶接は、気孔の総面積が継ぎ目の断面積の 5% を超えない場合にのみ許可されます。

金属の音速に対する物体の温度の影響を考えてみましょう。高温のパイプ (50°C 以上) を監視する場合は、デバイスの設定を調整するか、接続部が冷えるまで待ちます。この要因を無視すると、欠陥の深さの決定に最大 15% の誤差が生じます。接触液の必要性にも注意してください。グリセリンまたは専用オイルを均一に塗布する必要があります。トランスデューサとパイプの間の気泡は、実際の欠陥と間違われる可能性のある誤った信号を生成します。

X線撮影法：内部構造の写真が必要な場合

放射線検査 (RT) は、特にガスや石油のパイプラインにおける溶接継手の品質を文書化するためのゴールドスタンダードであり続けています。超音波検査とは異なり、RK はフィルムまたはデジタル画像の形式で縫い目の状態を永久に記録します。これは、対象物を監督当局に引き渡す際に法的に重要な文書です。ただし、この方法には限界があります。放射線ビームに平行な方向の平面欠陥の検出が不十分であり、厳格な放射線安全対策が必要です。

放射線源の選択は壁の厚さに依存します。 20 mm までのパイプの場合、電圧 150 ～ 250 kV の X 線装置が最適です。高いコントラストと画像の鮮明さを提供します。厚さが 20 mm を超える場合は、ガンマ線源 (イリジウム 192 またはセレン 75) を使用するのがより効果的です。イリジウム 192 を使用すると、厚さ 70 mm までのスチールを透過できます。適切な種類のフィルムを選択することが重要です。フィルム クラス C5 (GOST 7512 準拠) は高いディテールを提供しますが、より長い露光時間が必要です。低圧パイプの一括検査にはクラス C7 が許容され、プロセスが 30% 高速化されます。

伝送パターンは、パイプの直径とパイプへのアクセスによって決まります。直径が 100 mm までのパイプの場合は、線源がパイプの内側に配置され、フィルムが接続部の外側を覆うパノラマ スキャン方法が使用されます。これにより、1 回の露出で周囲全体をキャプチャできます。大口径の場合は、2 つの投影 (楕円) でのダブル透過または 90 度の光源回転によるシングル透過の方法が使用されます。パターンの選択に誤りがあると、前壁の画像が重なって継ぎ目の後壁の欠陥が見えなくなる可能性があります。

画像は ISO 10675-1 または GOST 7512 規格に従って評価されます。欠陥は、亀裂、融合の欠如、細孔、スラグの混入などのグループに分類されます。重要な点は、欠陥の程度を評価することです。直径 1.5 mm の単一の細孔は許容できるかもしれませんが、そのような長さが 10 mm の細孔の連鎖はすでに欠陥です。私たちは、請負業者が、それぞれの細孔が許容サイズよりも小さいと主張して、複数の小さな細孔のあるパイプライン セクションの発注を試みる状況に遭遇しました。合格証明書は、気孔の合計長さが継ぎ目長さの 5% を超えるすべての接合部を過溶接した後にのみ署名されました。

カザフスタン共和国の安全は最優先事項です。立入禁止区域は放射線危険標識で囲まれなければなりません。作業の前後には放射線モニタリングが義務付けられています。現場の状況では、直感に頼って安全な距離の計算が無視されることがよくあります。これは容認できません。逆二乗公式を使用して、危険ゾーンの境界を計算します。蓄積された放射線量は職員の長期的な健康に影響を与えることを忘れないでください。すべての X 線結果は、少なくとも対象物の耐用年数の間はアーカイブに保管する必要があります。

油圧テスト: 最終リークテスト

油圧テストは、パイプラインのパフォーマンスに関する最終的な判断です。これまでの手順がすべて正常に完了したとしても、システムが負荷に耐えられるかどうかは、過剰な圧力の供給によってのみわかります。テスト圧力は通常、動作圧力の 1.25 ～ 1.5 倍ですが、パイプ材料の降伏強度の 0.9 倍を超えてはなりません。この閾値を超えると、金属が塑性変形し、パイプに不可逆的な損傷が発生します。化学プラントのあるケースでは、「安全マージン」のために圧力を 2 作業ユニットまで上げようとしたため、溶接箇所のパイプが膨張し、その後パイプが交換されました。

システムへの水の充填は、パイプラインの上部からエアポケットを除去しながらゆっくりと実行する必要があります。エアクッションは圧縮されるとエネルギーを蓄積し、破裂すると油圧衝撃を引き起こし、隣接するコンポーネントを破壊する可能性があるため危険です。圧力下での保持時間は規格によって規定されており、直径が 500 mm までの鋼管の場合は少なくとも 10 分、それより大きな直径の場合は最大 30 分以上です。保持期間中の圧力降下が 0.02 MPa を超える場合は、漏れの存在を示します。

試験中の継ぎ目の検査は目視で行われます。水滴、霧、または滴りを探してください。場合によっては、微小亀裂は負荷がかかった状態でのみ発生し、圧力が解放されると消えます。このような欠陥は「ブリージング」と呼ばれます。それらを識別するために、水に染料を加えたり、接合部に石鹸液を使用したりすることがありますが、これは大きな高速道路では多大な労力を要します。より現代的な方法は、断熱材を通って漏れる水の音を検出する音響漏水センサーの使用です。

水温は重要です。テストは+5°Cを超える周囲温度で実行する必要があります。冬に作業を行う場合は、水を+15…+20℃に加熱する必要があります。冷水は金属を脆化させます。特に冷間脆化する傾向がある場合はそうです。不凍液 (不凍液) の使用は、このタイプのパイプ用に認定されており、シール材を攻撃しない場合にのみ許可されます。エチレングリコールがゴム製フランジのガスケットを腐食させ、誤った漏れ警報を引き起こすケースを確認しました。

テストが成功したら、圧力をスムーズに解放してください。突然解放すると、真空効果が発生し、薄肉パイプが崩壊する可能性があります。非活動期間中の腐食を防ぐために、特に低い位置から水を完全に排出してください。圧縮空気を吹き付けると、残った水分を取り除くことができます。結果をレポートに記録し、日付、時刻、圧力、温度、および委員会の構成を示します。この文書は、施設を運用するための基礎となります。

よくある検証ミスとその回避方法

最初のよくある間違いは、制御方法の選択に対する形式的なアプローチです。多くの請負業者は、目視検査のみに限定し、超音波試験や検査を省略しています。これは試合の節約になります。事故をなくすためのコストは、制御にかかるコストの数倍になります。私たちの診療では、暖房本管の一部の超音波検査が不足していたために、8 か月後に問題が解決したケースがありました。修理には 300 万ルーブルかかりましたが、完全な制御サイクルには 15 万ルーブルかかりました。パイプラインの責任カテゴリと制御範囲は必ず一致させてください。

2番目の間違いは、資格のない人材です。証明書を持っているからといって、必ずしも能力が保証されるわけではありません。超音波検査オペレータは、材料の詳細を知っている必要があります。オーステナイト系ステンレス鋼の構造は超音波を強力に減衰させるため、炭素鋼の標準設定はここでは機能しません。低周波コンバータと特別な技術の使用が必要です。 NAKS (National Welding Control Agency) の登録簿で専門家の資格を確認してください。有効な認証プロトコルが存在しない場合、管理結果は法的に無効になります。

3 番目の間違いは、表面処理を無視することです。汚れ、錆、スケール、塗料は超音波の通過を妨げ、X 線画像を歪めます。継ぎ目端から両方向20mm以上の幅を金属光沢になるまで洗浄してください。粗い砥石を使用すると、それ自体が亀裂の原因となる危険性があります。最終的なサンディングには、P60 グリット以下のフラップホイールを使用してください。

4 番目の間違いは、規範の誤った解釈です。基準は常に更新されます。 5 年前に施行された GOST はもう適用されない可能性があります。たとえば、新しいエディションでは許容される細孔サイズの要件がより厳しくなりました。規制の枠組みを常に最新の状態に保ちます。専門機関からのニュースレターを購読するか、特殊なソフトウェアを使用して規制文書のデータベースにアクセスします。プロジェクト内の古い SNiP への参照により、Rostechnadzor によるオブジェクトの受け入れが拒否される可能性があります。

5 番目の間違いは、トレーサビリティ システムの欠如です。各ジョイントには一意の番号 (スタンプ) が必要であり、ログとパイプライン図に記録されます。 1 年以内に事故が発生した場合、誰がこの接合部をどのような電極で溶接し、どのような試験を行ったのかを正確に把握する必要があります。マークを消したり、時間の経過とともに洗い流されるペイントを使用したりすることは受け入れられません。電気化学的マーキングまたは高品質の永久インクを使用してください。

規格と認証: 受け入れるときに何を信頼するか

ロシアでは、主な文書は一連の規則SP 86.13330.2014「主要パイプライン」および鋼管の接続に関するGOST 16037-80です。高リスク施設の場合は、産業安全分野の連邦規範および規則 (FNR) に従ってください。これらの文書は、管理の頻度と範囲を決定します。たとえば、高圧ガスパイプラインの場合、超音波検査または放射線検査を使用した接合部の 100% の検査は、推奨ではなく必須要件です。

国際プロジェクトでは、ASME B31.3 (プロセス配管) または API 1104 (パイプラインの溶接) 規格に準拠する必要があります。アプローチの違いは重要です。米国の規格では、許容される欠陥サイズとその評価方法に関してより詳細なことがよくあります。顧客が ISO 3834 への準拠を要求している場合は、品質管理システムがこの規格に対して認証されていることを確認してください。これは、材料の受け入れ検査から最終テストに至るまで、すべての段階で管理手順が存在することを意味します。

人材認証はNAKSシステムで行われます。資格レベルはI（オペレーター）からIV（検査技師）まであります。品質証明書に署名するには、少なくとも II のレベルが必要です。 IDの有効期限を確認してください。証明書の有効期限が切れると、実行されたすべての作業が無効になります。認証の範囲にも注意してください。板金検査の認定を受けた専門家でも、小径のパイプ接続部を検査する許可を持っていない場合があります。

管理を実施する研究所は、国家認定システム (Rosaccreditation) で認定されなければなりません。研究所の認定証明書をチェックして、必要な認定慣行が実施されていることを確認してください。証明書にメソッドが存在しない場合、プロトコルは無効になります。作業を開始する前に、機器の承認と証明書のコピーを要求することをお勧めします。これにより、オブジェクトを技術監督に引き渡す際の時間と神経が節約されます。

さまざまな動作条件に対する実用的な推奨事項

永久凍土条件で動作するパイプラインの場合、溶接金属の衝撃強度の制御が重要です。低温では脆性が増加します。メインパイプラインに溶接された目撃サンプルに対して追加の機械的テストを実行します。テスト温度は、最低動作温度から 10 ～ 15 度のマージンを引いた値に相当する必要があります。この要件を無視すると90年代にはシベリアで温度圧縮だけでパイプが破裂する事故が多発した。

攻撃的な化学環境（酸、アルカリ）では、溶接ルートの形成の品質に特に注意してください。浸透の欠如と細孔が試薬のトラップとなり、壁に急速に浸透する孔食を引き起こします。ここで、滑らかな内面を形成するには、根を完全に沸騰させる必要があります。バッキングリングを使用するか、パイプ内からアルゴンパージを行ってください。粒界腐食を避けるために、ステンレス鋼溶接部のフェライト含有量を制御します。

脈動圧力のあるパイプライン (ポンプ ステーション、コンプレッサー) の主な敵は疲労亀裂です。それは、溶接部から母材金属への急激な移行の場所（アンダーカット、粗い剥離）から発生します。溶接工には、滑らかな嵌合で移行部をきれいにすることが要求されます。移行半径は少なくとも 2 ～ 3 mm である必要があります。金属磁気記憶法 (MMMM) を使用して試験を実行すると、金属の応力-ひずみ状態を評価し、亀裂が発生する前に寿命を予測できます。

プロセスを停止せずに既存のパイプラインを修理する場合（圧力をかけながらタッピングする場合）、制御テクノロジーには独自の特性があります。壁の厚さは腐食によって薄くなることが多いため、超音波検査モードの調整が必要になります。フェーズド アレイを使用して、カットイン領域の残留厚さと欠陥を明確に示す C スキャン画像を作成します。これにより、壁を突き破る危険を冒さずに挿入の可能性を決定できます。

信頼性を確保するための高品質な機器の役割

溶接部を最も注意深く管理したとしても、原材料やコンポーネントの品質の低さを補うことはできません。システム全体の信頼性は、それが何から組み立てられているかに直接依存します。そのため、次のような主要な市場プレーヤーは、無錫開勝電力石油化学設備有限公司、最も厳しいテストに合格したハイテクコンポーネントの生産に依存しています。

同社は、最も過酷な条件で稼働する熱交換、電力、石油化学機器の開発と生産を専門としています。チタン製シェルアンドチューブ熱交換器、ASME 高圧ユニット、316 ステンレス鋼波形チューブ束などの同社の製品は、完璧な溶接性と耐久性を実現するためにゼロから設計されています。海洋黄銅 (C46400)、銅ニッケル合金、ニッケル合金 (N06625) の使用により、化学産業や海水淡水化にとって重要な過酷な環境での耐腐食性が保証されます。

国際的な PED および ASME 規格に対する製品認証により、管板から廃熱ボイラーに至るまで、あらゆる要素が厳しい安全規格を満たしていることが保証されます。このようなメーカーのコンポーネントを使用すると、溶接検査のタスクが簡素化されます。つまり、特性が予測可能で安定した材料を扱うことになるため、不規則な金属構造に関連する欠陥のリスクが軽減されます。これは、適切な機器サプライヤーを選択することが、パイプライン全体の品質を保証する最初の、そして最も重要なステップとなることを示す一例です。

よくある質問

どの制御方法が最も信頼性が高いでしょうか?
「最も信頼できる」単一の方法はありません。この組み合わせにより信頼性が保証されます。 VIC は明らかな欠陥を選別し、超音波検査で内部亀裂を発見し、RK は体積欠陥を文書化し、油圧で漏れをチェックします。重要なコンポーネントには、少なくとも 2 つの NDT 方法と油圧を使用してください。

特別な機器を使わずに継ぎ目を確認することはできますか?
視覚的にのみ、および灯油による気密性のためにのみ（重要でない構造の場合）。片面に灯油を注ぎ、もう片面にチョークを塗ります。油っぽい汚れは貫通欠陥を示します。しかし、産業用パイプラインの場合、これは受け入れられません。認定された機器と認定された担当者が必要です。

1つの関節を制御するのにどれくらいのコストがかかりますか?
価格は直径、厚さ、方法によって異なります。平均して、VICは1ジョイントあたり100〜300ルーブル、UZKは500〜1500ルーブル、RKは1000〜3000ルーブルかかります。直径100 mmの1つのジョイントを包括的に検査するには、約2000〜3000ルーブルの費用がかかります。この段階で貯蓄するのは危険です。

欠陥が見つかった場合はどうすればよいですか?
欠陥は機械的に (研削、切断) 除去して健全な金属にする必要があります。その後、その技術に従って溶接が行われます。修理箇所はメインシームと同じ方法で管理され、さらに新たな亀裂が発生しないように管理が追加されます。ジョイントごとの修理の数は制限されています (通常は 2 つまで)。

再チェックはどれくらいの頻度で行うべきですか?
運用中、周波数は企業の規制によって確立されます。通常、外部検査は 1 年に 1 回、超音波検査/検査は 3 ～ 5 年に 1 回、または緊急事態（ウォーターハンマー、火災）後に実行されます。腐食の激しいパイプラインの場合、間隔は半分になります。

パイプ溶接の品質をチェックすることは単なる形式的なものではなく、施設の安全性と耐久性への投資でもあります。正しく選択された制御方法と適格な実行により、壊滅的な結果と数百万ドルの損失を回避できます。品質を偶然に任せないでください。最新の基準と現実の経験に基づいた厳格な管理システムを実装します。

パイプラインの建設または修理を計画しており、溶接継手の信頼性を確保したい場合は、当社の専門家にお問い合わせください。当社は、貴社の制御システムの独立した監査を実施し、最適な一連の方法を提供し、監督当局による検査に合格できるよう支援します。溶接品質管理サービスあらゆる地域のあらゆる複雑さのオブジェクトに利用可能です。