压力容器异种钢焊接工艺及无损检测方法探究

马小兵 刘艳 李富富 安天佑 赵晓健

新疆兰石重装能源工程有限公司 新疆 哈密 839000

引言

压力管道主要有相互连接的容器，管道长输管道以及部分公用的管道3种方式，这些管道对于产品的输送具有重要的影响，因此，管道的安全性尤为重要。一旦出现质量问题，就很容易导致这类介质的泄漏引发重大的安全事故，威胁人民群众的人身财产安全[1]。压力管道应用于人们的日常生活中，为人们的生活水平和质量奠定了坚实的基础，因此，做好压力管道的日常维护检查工作更加重要，这样才能够最大限度地保证压力管道的安全，为人民群众的生存与发展提供良好的安全环境。那么，对压力管道的安全检查就需要多加重视，而无损检测技术就是能够合理应用于压力管道检测过程中，能够及时地提供精准的数据，以便工作人员及时发现问题、解决问题。对于无损检测技术，也需要更多学者进行分析与研究，这样才能进一步提高技术的创新性和进步性。

1 异种钢焊接接头的特点

异种钢焊接接头和同种钢焊接接头有本质差异，究其根本主要是组织结构不同造成的。如为不同组织结构的钢相焊，由于两种不同的钢，组织结构不同，奥氏体钢为碳溶于铁中的固溶体，铁为面心立方晶格，为最紧密堆积的晶格形式，不具有铁磁性。普通低碳钢和低合金钢通常为珠光体加铁素体组织，铁素体为碳溶于铁或铁的固溶体，铁或铁为体心立方晶格结构，具有铁磁性。晶格形式的不同，导致比容、相变应力、热膨胀系数等一系列物理性质都不相同。

2 无损检测技术简介

无损检测技术是指在不被检测对象影响的情况下，能够保证检测对象的性能和结构完整，利用检测对象在结构上出现的异常情况，来反映该检测对象是否存在质量安全问题。无损检测也叫作非破坏性检测，就是要让检测对象的组织结构，不会影响其他性能的改变，因此能够最大限度地保护检测对象的基本情况。无损检测技术，一般采用电子或化学方面的现代化装备仪器，或者使用物理或化学的方法进行无损检测，通过分析其表面和内部的结构，从中寻找异常情况，这是具有一定兼容性的特征。被检测对象的状态和质量问题进行检测，能够充分反映出该检测对象的质量是否存在问题，可以根据其位置、程度以及类型等内容进行信息反馈。无损检测的过程不会对设备和检测对象造成损害，完成整个检测过程时，就会停止对检测对象的检查。是最终的检测结果，并不一定会作为最终的结果，这还需要进行反复实验，因为不同的检查人员可能测出的结果会有一定的差距，需要通过更加精准的实验来保证最终的结果。正因为这项技术是由多个学科结合而成的新型工程应用技术，因此，在结构构建方面会有更全新的应用，通过获取特定的信息，确保结构中是否存在质量问题，阻碍整个管道的运行，还可以精准地估测出压力管道的使用期限。

3 异种钢焊接中的注意事项[2]

①遵守等强匹配原则。异种钢进行焊接时，如果金相组织比较接近，焊接材料选择工作需要保证焊接金属的力学性能、耐热性能、耐腐蚀特性都不低于木材料一侧的指标，满足等强匹配要求。比如在不同强度珠光体钢材的相焊工作中，需要确保焊接金属的抗拉强度在强度较低一侧抗拉强度指标下限值之上，以及低于强度较高一侧金属抗拉强度的上限值。如果两种金属之间有比较大的金相差别，应该分析填充金属被稀释后，焊接接头已让保持足够的有效性能的前提下，实现等强度匹配，以及保证耐腐蚀、耐高温、抗裂纹等方面的等强度匹配。在珠光体和马氏体进行焊接时，需要防止焊接接头出现脆化的冷裂纹；进行珠光体钢和奥氏体钢焊接时，需要避免出现金属稀释、碳迁移形成扩散，不同组织产生焊缝金属剥离的情况。②根据性能要求改善焊接方法。通过调整焊接工艺参数、坡口形式、焊条工艺进行改善，在选择坡口时，除了要结合厚度因素，也要选择角度偏大的坡口，有效降低熔合比，减少焊缝金属的化学成分波动和性能波动，确保熔敷金属可以满足性能方面的要求。通过使用多层多道的焊接方式，能有效降低熔深，或者使用小电流快速焊接的方式，做好对层面温度的控制。③做好预热工作。为了控制异种钢淬火后的裂纹倾向，如果异种钢两侧中一侧使用淬硬钢，在焊接之前必须进行预热，经过焊接后继续进行合理的热处理对焊接质量控制也十分重要，可以消除焊接所导致的余应力，让氢从钢中溢出，有效改善焊接接头的组织特性和性能。进行铁素体和马氏体的异种钢接头处理时，要控制最高温度不能超过铁素体一侧的上限，并且要保证焊接的强度。

4 异种钢焊接接头的无损检测方法

4.1 射线检测

由于异种钢存在埋藏性缺陷，为了避免检测工作受到金属金相组织核材料晶粒度的影响，一般优先考虑射线检测方法，由于射线的特征，裂纹的检出率也会与照射角度相关。经过研究，异种钢焊接角的位置，裂纹一般会沿着破口的方向发展，因此可以根据裂纹的常见发展方向优化射线检测的方向，可以沿着熔合区进行两次相距180°的检测，实现沿着缺陷可能的发展方向探伤，获得裂缝的状况[3]。为了能够获得足够的几何清晰度，一般会将底片侧设置在最有可能出现裂纹的珠光体破口侧。熔合区裂纹的检测工作需要结合设备的形状以及坡口的形式，使用合理的方法进行探伤工作。

4.2 超声检测

由于结构、厚度等原因，某些异种钢焊接接头的埋藏缺陷不便于采用射线检测，此时会考虑超声检测。异种钢进行超声检测时，首先考虑的是焊缝组织，例如奥氏体不锈钢和低合金钢相焊，通常采用不锈钢焊条作为填充金属，此时焊缝组织更接近奥氏体，此时按照奥氏体材料制定超声工艺。并应根据实际工件情况制作异种钢模拟试块。

4.3 渗透检测

渗透检测是指将渗透剂注入压力管道中的检测部位，加入清洗剂可以进一步加剧缺失部位的出现，然后再利用显像剂的涂抹方式进行设备的检查，存在质量问题的位置就会显现出来。渗透检测的主要检测方向就是压力管道中的表面情况，因此，在管道内部的检测情况无法做到。再加上渗透剂和清洗剂都属于化学药剂，对于人体是有一定的危害，并且会影响压力管道的质量。

4.4 磁粉检测

磁粉检测技术在实际运用的过程中，工作人员主要是通过磁场原理的方式来对熔炉压力容器的缺陷进行分析和观察。在实际的应用过程中，工作人员需要使用一系列铁磁性的材料，此类材料被磁化后就能够使工件表面和近表面的磁力线发生局部畸变，以此产生对应的漏磁场，漏磁场能够吸附在工件表面的磁粉，之后在合适的光照条件下就能够形成肉眼可见较为清晰的磁痕[4]。磁痕能够直接反映和表现出锅炉压力容器中缺陷的位置、大小、形状以及严重程度。之后，检测人员还可以通过对磁性线上的凹凸情况对缺陷进行深入的分析，从而更加准确地对缺陷的情况进行了解和掌握。此类技术自身具备了较为良好的优势。一般来说，其能够对铁磁性材料的容器或者其他磁性较强的金属材料有着非常敏感的检测程度，对于一些其他技术可能难以发现的微小缺陷也能够进行详细的检测和分析，不会对其中存在的缺陷造成错过的情况，并且整体检测的效率也非常高。但是，此类检测技术自身同样也具备了一定的缺陷和劣势，那就是当材料为不锈钢材料时，就无法对其进行有效的检测，一般对不锈钢材料进行检测时，若是还要采取此类方法，那么必须与其他方法进行结合，以此有效提高了检测的精准度。同时，该方法基本上都是作用于压力容器表面的缺陷，因此，对内部存在的缺陷也无法有效地进行检测。所以在选择对应的检测方法时，相关工作人员就需要根据容器的实际情况来选择，这样才能够真正提高了整体检测的效率和质量，从而对其中存在的缺陷进行治理。

5 异种钢焊接缺陷控制措施

5.1 选择合适的焊接材料

为了避免出现焊接缺陷导致压力容器的力学性能下降，首先要选择合适的焊接材料，为焊接工作创造良好基础[5]。焊接材料选择时，应该根据母材的原始成分、设备性能、焊接工艺选择参数，如果两种异种钢具有相同的金相组织，焊接材料根据低强度的原则进行选择。但是在一些特殊情况下，也会采用高强度原则，以便保证焊接质量和提升压力容器的性能。如果两端母材的金相组织具有比较大的差别，焊接之前需要分析焊接材料被母材稀释之后接头是否能保持足够的性能，从而选择合适的焊接材料。焊接过程中，如果发现接头的工作环境比较恶劣，一般选择镍基合金焊条降低碳迁移现象，从而改善接头的力学性能。也要做好对焊接材料的验收，定期开展抽检工作，确保焊接材料合格。

5.2 优化焊接热处理工艺

开展焊接热处理之前，要彻底清理干净管材上的障碍物，之后要仔细检查用于焊接的各类仪器设备，经常使用的仪器设备有记录仪、加热器等，需要对各类材料的运行状态予以明确，在设备开始运行之前，要进行合理的检查，保证焊接工作有序开展。在进行焊接的时候，焊接位置处于暴露的环境下，在实施焊接之前，要根据实际情况完成防雨棚搭建，从而有效规避不良天气变化产生的恶劣影响，为整个焊接工作提供良好环境。焊接工作开始前，需再次检查，科学测温，合理布置测温位置，一切通过检查后，方可开展施工。完成热处理以后，还需要更深一步探究焊缝存在的伤痕，若是探测结果显示没有达到标准，需要重新处理，直至合格。

5.3 保证焊接人员的技术水平

要提升焊接人员的技术水平，确保人员能正确进行异种钢的焊接工作，确保焊接工作的整体质量[6]。例如在聘用人员时，需要保证人员有国家承认的技术证明，实现持证上岗，对于所有的焊接技术人员，都需要定期开展考核工作，企业内部需要定期总结焊接工作经验，老员工要给新员工传授异种钢焊接的经验和知识，提升人员的技术水平。

5.4 其他注意措施

只有当焊接工艺达到焊接需求时，才可以在焊接施工中被推广。明确焊接工艺后，需要与施工技术要求相结合，合理地控制施工现场温度。避免焊接期间在母材的非焊接位置临时设置装置，定位焊接时，要详细检查焊缝质量，及时清理焊缝。完成焊接工作后，要打磨焊疤，合理控制焊缝厚度与宽度。

6 结束语

综上所述，制作火电厂管道，异种钢的应用已经变得极为普遍，为保证焊接质量，需合理地展开管理，灵活地将多种施工技术应用到焊接中，完成施工。压力容器对焊接质量要求较高，同时异种钢焊接本身具有较高难度，很容易出现质量缺陷。对此，需要结合缺陷的分布特点、发展情况正确选择缺陷的检测方法，有效发现焊接之后的质量隐患，分析缺陷出现的原因，采取针对性的方式进行工艺后续工作。通过选择合适的焊接材料、做好预热、合理设计坡口等等工作，以及加强焊接过程中的标准化管理，提升焊接人员的工作水平，达到控制焊接质量的目的。