基于無損檢測的鋼制壓力容器焊接工藝控制技術(shù)

摘要：壓力容器是工業(yè)生產(chǎn)中重要的承壓設(shè)備，其安全性和可靠性會對生產(chǎn)安全和人民生命財產(chǎn)安全產(chǎn)生直接影響。焊接工藝是壓力容器的制造過程中連接各部件的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需對焊接工藝的質(zhì)量控制進(jìn)行重點關(guān)注。無損檢測技術(shù)能夠在不損傷被檢材料或工件的前提下，對其內(nèi)部和表面缺陷進(jìn)行檢測、評價，將其應(yīng)用在壓力容器焊接質(zhì)量控制當(dāng)中，可及時發(fā)現(xiàn)并處理潛在缺陷，提升焊接質(zhì)量。本文先對鋼制壓力容器焊接質(zhì)量檢驗中無損檢測技術(shù)展開分析，接著分析了基于無損檢測的鋼制壓力容器焊接工藝控制技術(shù)，旨在提升鋼制壓力容器的焊接質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：無損檢測；鋼制壓力容器；焊接工藝；控制技術(shù)

無損檢測作為一種先進(jìn)的檢測技術(shù)，可在不破壞工件的前提下檢測、評估焊接接頭的內(nèi)部缺陷和表面缺陷，對焊接過程中存在的質(zhì)量問題進(jìn)行分析，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行修復(fù)和改進(jìn)，讓焊接接頭的質(zhì)量與可靠性得到有效提升。在對鋼制壓力容器進(jìn)行焊接時，需對焊接方法、材料、參數(shù)等因素進(jìn)行關(guān)注，制定科學(xué)合理的焊接工藝方案，通過無損檢測手段對焊接質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控和評估，提高壓力容器的焊接質(zhì)量和安全性，為工業(yè)生產(chǎn)的順利進(jìn)行提供有力保障。

一、鋼制壓力容器焊接質(zhì)量檢驗中無損檢測技術(shù)

（一）射線檢測

射線檢測主要用于檢測承壓設(shè)備內(nèi)部缺陷。該檢測技術(shù)是對X射線或γ射線進(jìn)行利用，兩種射線具有高穿透能力，可以穿透各種材料，包括金屬、塑料、復(fù)合材料等，并且能夠在另一側(cè)成像，通常會在在射線圖像上表現(xiàn)為不同形狀和密度。射線檢測能夠?qū)ξ⑿〉膬?nèi)部缺陷進(jìn)行檢測，無論是鋼、鋁、銅還是其他合金材料，均可進(jìn)行有效檢測，并提供直觀的影像。同時，射線圖像可對缺陷類型進(jìn)行定性判斷，也可借助圖像處理技術(shù)實現(xiàn)定量分析，如缺陷尺寸、位置等[1]。此外，射線檢測產(chǎn)生的圖像可以長期存儲，能夠為后續(xù)的質(zhì)量追溯和分析提供便利。將射線檢測應(yīng)用在壓力容器的焊接接頭的檢測當(dāng)中，能夠?qū)ζ浜附淤|(zhì)量進(jìn)行評估（圖1）。但在使用過程中需重點關(guān)注輻射安全問題，嚴(yán)格培訓(xùn)操作人員，遵守防護(hù)規(guī)范。射線檢測的具體要求應(yīng)按NB/T47013.2的規(guī)定執(zhí)行。

圖1  化工壓力容器

（二）超聲檢測

超聲檢測主要用于檢測承壓設(shè)備內(nèi)部缺陷。該檢測技術(shù)借助超聲波探頭發(fā)射超聲波，一旦遇到缺陷時會產(chǎn)生反射，由探頭接收這些反射回波信號。一般是以回波的時間、振幅、和頻率作為依據(jù)，對缺陷的類型、位置和尺寸進(jìn)行分析。超聲檢測設(shè)備體積小，便于攜帶和操作，適合現(xiàn)場檢測。同時，超聲檢測能夠?qū)Σ牧系暮穸?、缺陷的大小和位置等進(jìn)行精確測量，不容易受到電磁干擾影響，顯示出較強(qiáng)的精度。具體來說，超聲波會在非均勻界面產(chǎn)生反射，需對超聲波的波形進(jìn)行分析，由此獲取傳播頻率、速度、首波幅度等詳細(xì)信息，實現(xiàn)缺陷的有效定位。將超聲檢測技術(shù)應(yīng)用在鋼制壓力容器的焊接檢測當(dāng)中，可有效識別缺陷，為焊接質(zhì)量和結(jié)構(gòu)的完整性提供保證。但是焊縫表面的粗糙度過大會對超聲波的傳播和反射信號的質(zhì)量產(chǎn)生影響，耦合劑的選擇和使用方法也會影響檢測結(jié)果靈敏度[2]。超聲檢測的具體技術(shù)要求應(yīng)按NB/T47013.3的規(guī)定執(zhí)行。

（三）磁粉檢測

該檢測技術(shù)是將被檢測的焊縫置于磁場，并在磁化后的焊縫表面撒布磁粉，讓其沿著磁力線方向分布。若焊縫表面或近表面存在缺陷，磁力線會繞過缺陷形成漏磁場，磁粉會在缺陷為之聚集形成可見的磁粉堆積。通過目視或借助放大鏡觀察磁粉聚集的位置和形狀，可確定表面和近表面缺陷的位置、大小和形狀。磁粉檢測的設(shè)備與操作都比較簡單，具有易于掌握的特點。同時，此種檢測手段對于表面和近表面的小裂紋等缺陷較為敏感，并且缺陷顯示直觀，易于識別和評估。將磁粉檢測應(yīng)用在鋼制壓力容器當(dāng)中，能夠顯示出快速檢測的效果。但該技術(shù)僅適用于鐵磁性材料，并對焊縫表面清潔度較高。同時，磁粉檢測主要用于檢測鐵磁性材料制承壓設(shè)備表面和近表面缺陷，無法對深層缺陷進(jìn)行探測。磁粉檢測的具體技術(shù)要求應(yīng)按NB/T47013.4的規(guī)定執(zhí)行。

（四）滲透檢測

該檢測技術(shù)是對滲透劑的滲透性進(jìn)行利用，讓其滲入工件表面的微小缺陷中，通過顯像劑將滲透劑吸附到工件表面，形成可見的缺陷圖像。滲透檢測用于檢測非多孔性金屬材料制承壓設(shè)備表面開口缺陷，無論金屬材料還是非金屬材料都可發(fā)揮出檢測效果，但對非金屬材料的檢測效果更好。同時，該檢測技術(shù)操作過程相對簡單，不需要復(fù)雜的設(shè)備，易于學(xué)習(xí)和掌握。但是滲透檢測只能檢測工件表面的開口性缺陷，無法檢測內(nèi)部缺陷。并且整個檢測過程時間較長，容易受到表面的粗糙度、清潔度等因素的影響，對形狀復(fù)雜或封閉的區(qū)域檢測效果不佳。滲透檢測的具體技術(shù)要求應(yīng)按NB/T47013.5的規(guī)定執(zhí)行。

（五）渦流檢測

該檢測技術(shù)是對電磁感應(yīng)原理進(jìn)行利用，在導(dǎo)電材料中產(chǎn)生渦流，對導(dǎo)電材料的表面和近表面缺陷展開檢測。鋼制壓力容器由于長期承受高壓力，容易出現(xiàn)焊接裂縫，使用渦流檢測可以快速、準(zhǔn)確地檢測出這些裂縫，為容器的安全運行提供保障。渦流檢測不需要直接接觸被測物體，不會對被測物體造成物理損傷。同時，渦流檢測速度較快，可在短時間內(nèi)完成大面積檢測，適用于批量檢測和在線檢測。渦流檢測對表面和近表面的缺陷非常敏感，能夠檢測出各類缺陷[3]。此外，渦流檢測適用于多種導(dǎo)電材料，可通過調(diào)整參數(shù)適應(yīng)不同材料的特性。渦流檢測的具體技術(shù)要求應(yīng)按NB/T47013.6的規(guī)定執(zhí)行。

二、基于無損檢測的鋼制壓力容器焊接工藝控制技術(shù)

（一）優(yōu)化焊接工藝

鋼制壓力容器廣泛應(yīng)用于石油、化工、能源等領(lǐng)域，其焊接質(zhì)量對設(shè)備的安全運行極為重要。傳統(tǒng)的焊接工藝控制方法主要依賴于焊后質(zhì)量檢驗，存在滯后性和漏檢風(fēng)險。將無損檢測技術(shù)應(yīng)用在焊接工藝的控制當(dāng)中，可在焊接過程中實時監(jiān)測焊接質(zhì)量，及時發(fā)現(xiàn)并糾正焊接缺陷，保證焊接質(zhì)量與生產(chǎn)效率。首先，要對焊接材料參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。比如，利用光譜分析技術(shù)對焊材中的元素含量展開實時監(jiān)測，為焊材成分的質(zhì)量提供保證，避免因焊材成分波動導(dǎo)致焊接缺陷。同時，要對渦流檢測、X射線檢測等技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，對焊材棒材或焊絲進(jìn)行質(zhì)量檢驗，實現(xiàn)焊材缺陷的有效剔除，促進(jìn)焊材質(zhì)量提升；其次，要對焊接工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。采用超聲波檢測等技術(shù)，針對焊接熔池形狀、溫度分布等參數(shù)展開實時監(jiān)測，實現(xiàn)焊接電流、電壓、速度等參數(shù)的優(yōu)化，減少氣孔、夾渣、未熔合等缺陷。同時，要借助紅外熱成像技術(shù)對工件表面溫度分布展開實時監(jiān)測，避免冷裂紋產(chǎn)生。此外，還可利用視覺傳感技術(shù)對焊縫成形情況展開實時監(jiān)測，做好焊接路徑和速度的有效調(diào)整；最后，要對焊接過程進(jìn)行控制。借助電弧傳感器、視覺傳感器等技術(shù)，針對焊接過程中的電流、電壓、速度等參數(shù)展開實時采集，并將其與預(yù)設(shè)的焊接工藝參數(shù)進(jìn)行對比，為焊接參數(shù)的及時調(diào)整提供便利。同時，要借助無損檢測技術(shù)對焊接缺陷展開實時檢測，做好缺陷類型、位置、尺寸等信息的診斷，為后續(xù)焊接修復(fù)提供有效依據(jù)。

（二）采用新型焊接技術(shù)

新型焊接技術(shù)可以有效解決許多傳統(tǒng)焊接方法難以克服的問題，讓焊接過程的穩(wěn)定性得到提升，利于提升焊接工作效果。首先，積極應(yīng)用新型焊接技術(shù)。激光焊接具由高能量密度和精確控制的特點，適合應(yīng)用在鋼制壓力容器焊接，并且能夠?qū)嵊绊憛^(qū)進(jìn)行減少，降低變形問題，促進(jìn)焊接接頭強(qiáng)度和韌性提升。電子束焊接可在真空環(huán)境下實現(xiàn)極細(xì)的焊縫，利于減少氣孔和夾雜物，適合應(yīng)用在厚壁壓力容器的焊接當(dāng)中。攪拌摩擦焊可對摩擦產(chǎn)生的熱量進(jìn)行利用，適合對難以熔焊的材料進(jìn)行焊接；其次，優(yōu)化焊接工藝控制系統(tǒng)。將機(jī)器人技術(shù)和先進(jìn)的焊接控制系統(tǒng)應(yīng)用在鋼制壓力容器的焊接當(dāng)中，可結(jié)合定的參數(shù)自動調(diào)整焊接參數(shù)，為焊接過程的一致性和可重復(fù)性提供保證。同時，需在焊接過程中實時監(jiān)控焊接參數(shù)和焊縫狀態(tài)，做好焊接工藝的調(diào)整，促進(jìn)焊縫質(zhì)量提升。此外，要以 NB/T 47013《承壓設(shè)備無損檢測》等作為為依據(jù)，讓焊接工藝的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化得到提升，并對每個焊接環(huán)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)記錄，為追溯和質(zhì)量控制提供便利[4]；最后，做好材料的預(yù)處理。要優(yōu)選高強(qiáng)度、高韌性和良好焊接性能的鋼材，比如高強(qiáng)度低合金鋼，不容易產(chǎn)生裂紋，顯示出良好的抗應(yīng)力腐蝕性能。同時，要在焊接前做好鋼材表面的清潔與處理，去除油污、氧化皮和銹蝕，讓焊接接頭的質(zhì)量得到保證。

（三）強(qiáng)化技術(shù)人員技術(shù)水平

提升焊接人員的技術(shù)水平，可為焊接工作的整體質(zhì)量提升提供保證，為企業(yè)的安全生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量提供有力保障。首先，為了規(guī)范特種設(shè)備焊接操作人員考核工作，需要根據(jù)《特種設(shè)備作業(yè)人員監(jiān)督管理辦法》《特種設(shè)備作業(yè)人員考核規(guī)則》進(jìn)行制度的規(guī)范，并制定嚴(yán)格的持證上崗制度。要對持有有效焊接操作證，如焊工職業(yè)資格證書、特種設(shè)備作業(yè)人員證等的人員進(jìn)行優(yōu)先錄用，并對新進(jìn)焊接人員進(jìn)行嚴(yán)格的崗前培訓(xùn)和考核，使其具備基本的焊接操作技能和安全知識；其次，強(qiáng)化培訓(xùn)與考核。為技術(shù)人員提供系統(tǒng)的焊接工藝和無損檢測理論知識培訓(xùn)，包括焊接原理、焊接材料、焊接工藝評定、焊縫質(zhì)量控制等內(nèi)容。同時，還要安排技術(shù)人員參與焊接工藝制定和執(zhí)行過程，讓其在實踐中掌握焊接工藝控制的關(guān)鍵技術(shù)。還要組織技術(shù)人員進(jìn)行無損檢測操作培訓(xùn)，熟練操作各種無損檢測設(shè)備。此外，要制定科學(xué)的考核標(biāo)準(zhǔn)，定期對技術(shù)人員進(jìn)行焊接工藝和無損檢測技能的考核，使其技能水平符合崗位要求；最后，做好經(jīng)驗總結(jié)。定期召開焊接經(jīng)驗交流會，鼓勵焊接技術(shù)人員分享成功經(jīng)驗和問題解決方法。老員工還要承擔(dān)起傳幫帶的責(zé)任，指導(dǎo)新員工進(jìn)行焊接的實踐操作，并傳授經(jīng)驗和技巧，幫助新員工快速成長。

（四）建立焊接質(zhì)量檢驗與監(jiān)控體系

構(gòu)建完善的焊接質(zhì)量檢驗與監(jiān)控體系可對焊接全過程展開嚴(yán)格控制，更好地適應(yīng)不斷變化的市場需求和技術(shù)發(fā)展。首先，構(gòu)建全過程焊接質(zhì)控體系。要對焊材、母材的質(zhì)量進(jìn)行保證，實施化學(xué)成分分析和力學(xué)性能測試。同時要對其進(jìn)行焊接工藝評定，確保工藝參數(shù)合理、可行。還要借助現(xiàn)代化監(jiān)控設(shè)備，對焊接過程中的關(guān)鍵參數(shù)行實時監(jiān)控和記錄。并且通過定期巡檢、視頻監(jiān)控等方式，及時發(fā)現(xiàn)焊接中的各類問題[5]。此外，要對焊接后的焊縫進(jìn)行外觀質(zhì)量檢查，并采用射線檢測、超聲檢測等方法對焊縫進(jìn)行無損檢測，保證焊縫內(nèi)部無缺陷。還要按照規(guī)定的要求對焊接接頭進(jìn)行拉伸試驗、彎曲試驗等力學(xué)性能試驗，使其力學(xué)性能符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。完成容器制造后需進(jìn)行壓力試驗，做好承壓能力和密封性能的驗證；其次，做好無損檢測設(shè)備的合理配置。選擇性能穩(wěn)定、靈敏度高的射線探傷設(shè)備，使其準(zhǔn)確檢測焊縫內(nèi)部缺陷。還要采用高精度的超聲探傷設(shè)備，更好地檢測出微小的內(nèi)部缺陷。另外，要對無損檢測設(shè)備進(jìn)行定期校準(zhǔn)和維護(hù)，強(qiáng)化檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性；最后，引入第三方檢測機(jī)構(gòu)。選擇具備國家或行業(yè)認(rèn)可資質(zhì)的第三方檢測機(jī)構(gòu)，對其檢測結(jié)果權(quán)威性和公正性進(jìn)行保證。還要對第三方機(jī)構(gòu)的技術(shù)能力進(jìn)行考察，配備先進(jìn)的檢測設(shè)備和專業(yè)的技術(shù)人員，對檢測結(jié)果的真實客觀進(jìn)行保證[6]。

三、結(jié)語

綜上所述，無損檢測技術(shù)可對鋼制壓力容器焊接質(zhì)量進(jìn)行精確評估，實現(xiàn)氣孔、裂紋、未熔合、未焊透等缺陷的有效識別，并提供缺陷的具體位置和尺寸信息，為后續(xù)的修復(fù)工作提供指導(dǎo)。同時，對無損檢測的數(shù)據(jù)展開分析，可實現(xiàn)焊接參數(shù)的反向優(yōu)化，利于提高焊接質(zhì)量的一致性和可靠性。此外，無損檢測的實時監(jiān)控能力讓整個焊接過程得到動態(tài)調(diào)整，提升每個環(huán)節(jié)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，大大降低了次品率和返工率。未來，還需開發(fā)更高效、更便攜的檢測設(shè)備，建立更完善的焊接工藝數(shù)據(jù)庫，提升無損檢測技術(shù)的應(yīng)用價值，為工業(yè)生產(chǎn)帶來更安全、更高效的品質(zhì)保障。

文章來源：《產(chǎn)品可靠性報告》    http://www.00559.cn/w/kj/32519.html