壓力容器制造過程中異種鋼焊接工藝及無損檢測方法

摘 要：TSG21—2016《固定式壓力容器安全技術監察規程》對壓力容器的異種鋼焊接工作進行了詳細的規定，其中包括相關工藝以及無損檢測方法等。在實際的工作當中，無損檢測工藝的使用還存在一些問題。基于此，本文介紹了異種鋼焊接過程的注意事項，并提出射線檢測法、超聲檢測法以及滲透檢測法等有效方式。

關鍵詞：壓力容器;異種鋼;焊接工藝;無損檢測

異種鋼在焊接后非常容易產生一定程度上的焊接缺陷，因此加強異種鋼焊接表面無損檢測的工作十分具有必要性。就現階段的情況來看，異種鋼的具體概念以及像相關工作的安全技術規范還缺乏明確的定義與規范，因此在實際的工程中還會存在一定爭議，進而對壓力容器制造過程中的異種鋼焊接工作產生限制。

1.壓力容器制造過程中實施異種鋼焊接工藝的注意事項

當焊母材成分跟焊縫成分存在較大的差異時，一定程度上會產生母材焊縫之間碳遷移的現象，進而引發金屬韌性下降等熔合線附近熱影響區的組織和性能變化。因此在實施異種金屬的焊接工藝時，必須要在充分了解異種金屬自身性質以及相互作用現象的基礎上，還要對焊接方法加以判斷，從而為最后焊接工藝的制定提供依據。

1.1焊接方法

利用焊接技術使工件結合主要是利用了加熱、加壓復合原理，且在此過程中不需要添加其他材料。可以實現無限或有限固溶的兩種異種金屬組合通常具備較好的焊接性，因而可以適用于各種焊接方法。在壓力容器的制造過程中，多數情況下異種鋼的焊接都適用于各類焊接方法，但其中焊條電弧焊在一般生產條件下的使用最為便利。由于焊條的種類較多，可以充分發揮不同條件下的適應性，進而實現不同異種鋼組合的靈活運用[1]。因此，在選擇異種鋼焊接方法時，應充分結合母材的種類特點進而對設備結構和工藝需求加以選擇。

1.2焊接材料

在金相組織接近的情況下，選擇焊接材料時應對焊縫金屬的力學性能有所要求，其中包括耐熱性等其他性能不能低于母材性能中要求較低一側的各項參數指標，這也稱之為等強匹配原則。而當金相組織差別較大時，應充分保障填充金屬稀釋后的焊接接頭性能，不僅要符合等強匹配原則，還要在此基礎上對耐腐蝕性、耐高溫性等工藝性能加以考慮。

1.3焊接參數

在實際的工程中，熔合比和縫層數成反比，即縫層數越多熔合比也就越小。根據這種情況，多層焊的方法得到了廣泛使用。同時為了有效減少熔深，在進行焊接時應適當降低焊縫稀釋了，并采取小電流、快速焊接的方法。除此以外，層間溫度的控制也需要對材料種類加以分析，選擇該種類最適宜的層間溫度。

1.4坡口角度

在設置焊接過程中的坡口角度時，在結合母材厚度的基礎上還應充分考慮熔合比。因異種鋼的化學成分和力學性能都會在一定程度上受到熔合比的影響，所以在焊接過程中應降低熔合比，促使焊縫金屬化學成分以及相關性能波動的最小化，進而使得熔敷金屬的性能滿足工業需求。

1.5預熱以及焊后熱處理

預熱會根據淬硬傾向較高的鋼種加以確定，其目的是降低焊接接頭出現淬火裂紋的可能性。而焊后熱處理主要是為了提升接頭的性能，對其組織結構加以改善，從而加速殘余應力的消除以及焊縫金屬的氫逸出。在焊縫金相組織與母材相同時，熱處理工藝參數可以根據合金含量較高的鋼種進行確定。只有明確了焊接工藝參數，才能有效提升焊接接頭的力學性能和工藝性能。

2.壓力容器制造中異種鋼無損檢測方法的選擇

異種鋼的無損檢測和常規檢測在金相組織接近的情況下并不會表現出較大的差別。但在金相組織差別較大的情況下，例如壓力容器異種鋼焊接為奧氏體和珠光體，而焊縫組織也是奧氏體，則會引發較低側熔合區也就是珠光體側熔合區產生裂紋，因此需不斷完善檢測方法的選擇。

2.1采用射線進行檢測

采用射線進行壓力容器無損檢測通常使用的都是射線探傷的方式，射線透照的焦距、能量以及曝光時間等參數以及缺陷的深度、密度、與射線的夾角等因素都會對射線探傷缺陷的檢出率造成影響。異種鋼焊接產生的裂紋通常會按照坡口的方向生成，結合這一特征，應對射線探傷工藝進行有效改善。在進行該工藝時，應充分考慮缺陷可能發展的方向，實施兩次沿熔合區相距180°的探傷工藝。另外，應將最有可能出現缺陷的珠光體坡口放置于底片側，以此最長程度上減少幾何清晰度。由此可以得出，射線探傷工藝的選擇同設備形狀以及坡口形式息息相關。

2.2采用超聲進行檢測

在采用超聲檢測法的時候，也應對金相組織加以考量。例如異種鋼的焊接焊縫組織是奧氏體，受到奧氏體的晶粒較為粗大以及組織不均勻等特點影響，各向異性和聲學性能都會在一定程度上產生變化。同時，在實施超聲檢測工藝之前應充分對NB/T47013.3—2015《承壓設備無損檢測》附錄I中的具體規定加以參考與結合，因此在奧氏體不銹鋼超聲檢測中，通過觀察對比試塊，考慮到設備具體的結構特征選擇合理的探頭[2]。進而再借助對比試塊對距離-波幅曲線進行確定，從而實現超聲波檢測設備的調試。

2.3滲透檢測法

因為異種鋼焊接焊縫的組織為奧氏體，所以對裂紋檢出率較高的溶劑去除滲透檢測非常具有必要性。同時應不斷提升滲透探傷劑的滲透能力以及靈敏程度。確保滲透探傷劑中硫、氯、氟等元素的含量符合相關規定，進而最大限度地提升解決氯離子晶間腐蝕問題的有效性，且滲透的時間至少要控制在10分鐘。除此以外，在對殘留滲透劑進行去除時也應掌握相關方法，通常情況下會采用擦拭法。使用擦拭法也要注重擦拭方式，不能來回擦拭，顯像噴霧應具備薄且均勻的特征，不能有水柱的基礎上控制顯像時間在7min以上，并進行及時地觀察記錄。

3.結論

綜上所述，應用科學合理的無損檢測方法可以有效完善壓力容器制造過程中的異種鋼焊接工藝。在實際的工程中，應充分考慮壓力容器不同的結構從而對相適應的焊接工藝加以選擇。同時不斷完善異種鋼表面的無損檢測工作，結合超聲、射線等多種工藝保證裂紋的有效檢測，進而促進異種鋼工藝力學性能的提升。

參考文獻：

[1]黃海霞.超聲相控陣在異種鋼焊縫檢測中的應用[J].機電信息，2020（15）：90-91+93.

[2]馬占營.壓力容器異種鋼焊接常見缺陷與預防方法探究[J].科技創新導報，2018，15（03）：64+66.

作者簡介：

王斌（1977—），男，漢族，專科，初級助理工程師，主要研究壓力容器方向。