压力容器制造过程中异种钢焊接工艺及无损检测方法

摘 要：TSG21—2016《固定式压力容器安全技术监察规程》对压力容器的异种钢焊接工作进行了详细的规定，其中包括相关工艺以及无损检测方法等。在实际的工作当中，无损检测工艺的使用还存在一些问题。基于此，本文介绍了异种钢焊接过程的注意事项，并提出射线检测法、超声检测法以及渗透检测法等有效方式。

关键词：压力容器;异种钢;焊接工艺;无损检测

异种钢在焊接后非常容易产生一定程度上的焊接缺陷，因此加强异种钢焊接表面无损检测的工作十分具有必要性。就现阶段的情况来看，异种钢的具体概念以及像相关工作的安全技术规范还缺乏明确的定义与规范，因此在实际的工程中还会存在一定争议，进而对压力容器制造过程中的异种钢焊接工作产生限制。

1.压力容器制造过程中实施异种钢焊接工艺的注意事项

当焊母材成分跟焊缝成分存在较大的差异时，一定程度上会产生母材焊缝之间碳迁移的现象，进而引发金属韧性下降等熔合线附近热影响区的组织和性能变化。因此在实施异种金属的焊接工艺时，必须要在充分了解异种金属自身性质以及相互作用现象的基础上，还要对焊接方法加以判断，从而为最后焊接工艺的制定提供依据。

1.1焊接方法

利用焊接技术使工件结合主要是利用了加热、加压复合原理，且在此过程中不需要添加其他材料。可以实现无限或有限固溶的两种异种金属组合通常具备较好的焊接性，因而可以适用于各种焊接方法。在压力容器的制造过程中，多数情况下异种钢的焊接都适用于各类焊接方法，但其中焊条电弧焊在一般生产条件下的使用最为便利。由于焊条的种类较多，可以充分发挥不同条件下的适应性，进而实现不同异种钢组合的灵活运用[1]。因此，在选择异种钢焊接方法时，应充分结合母材的种类特点进而对设备结构和工艺需求加以选择。

1.2焊接材料

在金相组织接近的情况下，选择焊接材料时应对焊缝金属的力学性能有所要求，其中包括耐热性等其他性能不能低于母材性能中要求较低一侧的各项参数指标，这也称之为等强匹配原则。而当金相组织差别较大时，应充分保障填充金属稀释后的焊接接头性能，不仅要符合等强匹配原则，还要在此基础上对耐腐蚀性、耐高温性等工艺性能加以考虑。

1.3焊接参数

在实际的工程中，熔合比和缝层数成反比，即缝层数越多熔合比也就越小。根据这种情况，多层焊的方法得到了广泛使用。同时为了有效减少熔深，在进行焊接时应适当降低焊缝稀释了，并采取小电流、快速焊接的方法。除此以外，层间温度的控制也需要对材料种类加以分析，选择该种类最适宜的层间温度。

1.4坡口角度

在设置焊接过程中的坡口角度时，在结合母材厚度的基础上还应充分考虑熔合比。因异种钢的化学成分和力学性能都会在一定程度上受到熔合比的影响，所以在焊接过程中应降低熔合比，促使焊缝金属化学成分以及相关性能波动的最小化，进而使得熔敷金属的性能满足工业需求。

1.5预热以及焊后热处理

预热会根据淬硬倾向较高的钢种加以确定，其目的是降低焊接接头出现淬火裂纹的可能性。而焊后热处理主要是为了提升接头的性能，对其组织结构加以改善，从而加速残余应力的消除以及焊缝金属的氢逸出。在焊缝金相组织与母材相同时，热处理工艺参数可以根据合金含量较高的钢种进行确定。只有明确了焊接工艺参数，才能有效提升焊接接头的力学性能和工艺性能。

2.压力容器制造中异种钢无损检测方法的选择

异种钢的无损检测和常规检测在金相组织接近的情况下并不会表现出较大的差别。但在金相组织差别较大的情况下，例如压力容器异种钢焊接为奥氏体和珠光体，而焊缝组织也是奥氏体，则会引发较低側熔合区也就是珠光体侧熔合区产生裂纹，因此需不断完善检测方法的选择。

2.1采用射线进行检测

采用射线进行压力容器无损检测通常使用的都是射线探伤的方式，射线透照的焦距、能量以及曝光时间等参数以及缺陷的深度、密度、与射线的夹角等因素都会对射线探伤缺陷的检出率造成影响。异种钢焊接产生的裂纹通常会按照坡口的方向生成，结合这一特征，应对射线探伤工艺进行有效改善。在进行该工艺时，应充分考虑缺陷可能发展的方向，实施两次沿熔合区相距180°的探伤工艺。另外，应将最有可能出现缺陷的珠光体坡口放置于底片侧，以此最长程度上减少几何清晰度。由此可以得出，射线探伤工艺的选择同设备形状以及坡口形式息息相关。

2.2采用超声进行检测

在采用超声检测法的时候，也应对金相组织加以考量。例如异种钢的焊接焊缝组织是奥氏体，受到奥氏体的晶粒较为粗大以及组织不均匀等特点影响，各向异性和声学性能都会在一定程度上产生变化。同时，在实施超声检测工艺之前应充分对NB/T47013.3—2015《承压设备无损检测》附录I中的具体规定加以参考与结合，因此在奥氏体不锈钢超声检测中，通过观察对比试块，考虑到设备具体的结构特征选择合理的探头[2]。进而再借助对比试块对距离-波幅曲线进行确定，从而实现超声波检测设备的调试。

2.3渗透检测法

因为异种钢焊接焊缝的组织为奥氏体，所以对裂纹检出率较高的溶剂去除渗透检测非常具有必要性。同时应不断提升渗透探伤剂的渗透能力以及灵敏程度。确保渗透探伤剂中硫、氯、氟等元素的含量符合相关规定，进而最大限度地提升解决氯离子晶间腐蚀问题的有效性，且渗透的时间至少要控制在10分钟。除此以外，在对残留渗透剂进行去除时也应掌握相关方法，通常情况下会采用擦拭法。使用擦拭法也要注重擦拭方式，不能来回擦拭，显像喷雾应具备薄且均匀的特征，不能有水柱的基础上控制显像时间在7min以上，并进行及时地观察记录。

3.结论

综上所述，应用科学合理的无损检测方法可以有效完善压力容器制造过程中的异种钢焊接工艺。在实际的工程中，应充分考虑压力容器不同的结构从而对相适应的焊接工艺加以选择。同时不断完善异种钢表面的无损检测工作，结合超声、射线等多种工艺保证裂纹的有效检测，进而促进异种钢工艺力学性能的提升。

参考文献：

[1]黄海霞.超声相控阵在异种钢焊缝检测中的应用[J].机电信息，2020（15）：90-91+93.

[2]马占营.压力容器异种钢焊接常见缺陷与预防方法探究[J].科技创新导报，2018，15（03）：64+66.

作者简介：

王斌（1977—），男，汉族，专科，初级助理工程师，主要研究压力容器方向。