压力容器焊接无损检测技术进展

杨小军　李德强

摘 要：随着现代工业的发展，压力容器的工作参数要求越来越高，应用范围也越来越大，这对工件焊接质量提出了更高的要求。焊接方法的选择对焊接质量具有较大影响，同时后期对焊缝缺陷的检测也至关重要。本文对压力容器常用焊接技术以及焊缝无损检测方法进行了分析，并展望了压力容器无损检测技术未来的发展趋势。

关键词：压力容器；焊接；无损检测

1.压力容器焊接技术

1.1压力容器焊接概念

焊接技术是决定压力容器质量的主要因素之一。压力容器通常包括筒节纵缝及环缝的焊接以及各种接管的焊接。随着压力容器的不断发展，对焊接钢材的强度和厚度要求也越来越大，这对焊接提高出了更高的挑战，也为焊接技术的发展创造了机会。

1.2压力容器焊接技术分类

1.2.1窄间隙埋弧焊技术

在进行压力容器焊接时，如果压力容器超过100mm，常规的U型及V型坡口焊接方法难以有效达到焊接要求，通过窄间隙埋弧焊接技术可以有效满足这一要求。窄间隙埋弧焊技术以其优势受到了相当的重视，也被各个企业广泛应用到压力容器的焊接工作中。 [1]窄间隙埋弧焊设备中除了部分基本功能之外，还需要注意一些关键的功能。比如，必须具有可靠地双侧横向与高度的自动跟踪功能，所有 焊道必须抱着呢过与坡口侧壁进行良好的融合等。目前，我国自行研发的双丝窄间隙埋弧焊发明专利技术对上述功能进行了充分的考虑并进行了具体的实现，通过将两根焊丝布置成空间较差的形式，可以有效解决厚壁容器焊接效率与质量之间的矛盾。

1.2.2接管自动焊接技术

接管自动焊技术一般以接管插入的形式进行焊接。焊接过程中，采用数字化控制方式进行焊接操作，可以适应多种工作环境，同时也使得焊接的准确度更高，操作也更加便捷。数控马鞍形埋弧自动焊接设备以接管的内径，配合快速四连杆夹紧装置实现自动定心，同时焊枪按照相关的数学模型自动生成运动轨迹，并将接管的直径以及筒体的直径作为参数带入到模型中，产生准确的运动轨迹。同时，操作人员通过系统的人机操作界面对相关参数进行设定，可以实现多层多道的连续自动焊接。

2.压力容器无损检测方法及特点

目前，常用的压力容器无损检测方法主要包括以下几种：[2]

2.1超声检测

超声检测是以超声波的传播特性所实现的一种无损检測方法。在超声波传播的过程中，其所经过的介质性质不同，会对超声波产生不同情况的折射、反射以及波形转换，使超声波的强度下降或者发生散射，然后通过捕捉反射信号，并分析反射信号的差异性，可以获取准确的焊缝缺陷情况。超声检测具有穿透力强、能够准确定位极小的缺陷等特点。同时通过与一些自动扫描装置及微处理器计算机设备尽心配合，可以实现更加丰富的检测。但是，对操作者的技术要求较高。

2.2射线检测

射线检测分为多个种类，包括X射线检测、γ射线检测等，需要结合被检工件的厚度选择具体的射线种类。射线与工件内部的原子会发生复杂的作用，导致射线的强度发生不同程度的衰减，然后根据具体的衰减情况对工件内部的缺陷进行判断。胶片在进过专业处理之后，可以得到具体的物体内部组织图像，从而对内部缺陷进行具体的判断和定位。在利用射线检测时，由于射线对人体危害较大，操作者需要严格按照操作规程开展检测工作，并做好相应的防护措施。

2.3涡流检测

涡流检测时以电磁感应原理实现的缺陷检测技术，其检测范围存在较大的局限性，只能用于导体缺陷的检测。导体材料在交变磁场的作用下会产生涡流，导体的表面层及近表层的缺陷会对所产生涡流的大小和具体分布产生影响。当电磁线圈移至金属物体的表面时，涡流就导入试样中。这种由电流所建立的磁场与原磁场的方向完全相反。由于导体中缺陷的存在，涡流必然会发生畸变，会进一步使得线圈的阻抗发生变化。通过仪器对这种变化进行测量，可以进一步分析出导体材料的缺陷。

2.4磁粉检测

工件表面的缺陷会改变磁力线的分布，产生漏磁场，这些漏磁场会对磁粉产生吸引力，然后根据具体的磁粉痕迹可以对工件表面及近表面的缺陷情况进行准确的判断。目前在磁粉检测中可以使用的磁粉种类较多，具体根据需要进行选择。磁粉检测方法主要适用于物体表面的探伤，随着损伤深度的增加，其检测效果会出现大幅度的下降。同时，在检测时，需要对被测物体的表面进行处理，避免表面的不平及划痕影响磁力线的走向。

3.压力容器无损检测技术的发展前景

随着现代计算机技术、图形图像处理技术等技术的发展，为无损检测技术的发展奠定了良好的基础。从当前的需求以及各项技术的发展情况来看，无损检测技术会存在以下的发展趋势。

（1）随着现代计算机技术及图形图像处理技术的发展以及在无损检测中的广泛应用，以CT和DR为代表的数字式射线成效技术取得了较大发展，相对于传统的胶片射线检测技术，数字式射线城乡技术具有更高的检测效率和检测质量。

（2）各部门对无损检测技术的要求是提高检测自动化程度及检测效率，尤其是在检测环境极为恶劣的情况下，自动化无损检测技术就显得更加重要。随着自动化技术的发展，如激光超声、磁记忆等自动化检测技术得到了较大的发展。

（3）超声相控阵技术时近年无损检测技术的新热点，该技术主要是通过控制换能器阵列中各个振源发射脉冲的时间延迟，改变声波到达物体某点的相位关系，实现聚焦点和声束方向的变化，然后采用机械与电子结合扫描的方式来实现图像的具体成像。相对于传统的超声检测技术，其可以对复杂工件结构以及盲区存在的缺陷进行准确的检测。

（4）微波无损检测技术以设备简单、费用低廉、易于操作、便于携带等特点成为了未来无损检测技术发展的主要方向之一，而且近年来随着各种高性能的复合材料、陶瓷材料的应用，微波无损检测的理论、技术和硬件系统都有了长足的进步，从而大大推动了微波无损检测技术的发展。

4.结论

压力容器作为特种设备，在我国工业生产中占据着重要的地位，其焊接质量会直接对压力容器的质量、生产安全、效率等方面产生影响。对此，需要科学合理的选择焊接技术以及无损检测技术来保证压力容器的焊接质量，全面保证压力容器的生产安全和效率。

参考文献：

[1]赵永林.应用经验模式分解法处理超声无损检测信号[J].现代制造工程，2006（4）：90-92.

[2]陈国华.超声检测中裂纹型缺陷深度的智能识别[J].华南理工大学学报（自然科学版），2005.33（8）：1-5.