壓力容器焊接無損檢測技術進展

楊小軍　李德強

摘 要：隨著現代工業的發展，壓力容器的工作參數要求越來越高，應用范圍也越來越大，這對工件焊接質量提出了更高的要求。焊接方法的選擇對焊接質量具有較大影響，同時后期對焊縫缺陷的檢測也至關重要。本文對壓力容器常用焊接技術以及焊縫無損檢測方法進行了分析，并展望了壓力容器無損檢測技術未來的發展趨勢。

關鍵詞：壓力容器；焊接；無損檢測

1.壓力容器焊接技術

1.1壓力容器焊接概念

焊接技術是決定壓力容器質量的主要因素之一。壓力容器通常包括筒節縱縫及環縫的焊接以及各種接管的焊接。隨著壓力容器的不斷發展，對焊接鋼材的強度和厚度要求也越來越大，這對焊接提高出了更高的挑戰，也為焊接技術的發展創造了機會。

1.2壓力容器焊接技術分類

1.2.1窄間隙埋弧焊技術

在進行壓力容器焊接時，如果壓力容器超過100mm，常規的U型及V型坡口焊接方法難以有效達到焊接要求，通過窄間隙埋弧焊接技術可以有效滿足這一要求。窄間隙埋弧焊技術以其優勢受到了相當的重視，也被各個企業廣泛應用到壓力容器的焊接工作中。 [1]窄間隙埋弧焊設備中除了部分基本功能之外，還需要注意一些關鍵的功能。比如，必須具有可靠地雙側橫向與高度的自動跟蹤功能，所有 焊道必須抱著呢過與坡口側壁進行良好的融合等。目前，我國自行研發的雙絲窄間隙埋弧焊發明專利技術對上述功能進行了充分的考慮并進行了具體的實現，通過將兩根焊絲布置成空間較差的形式，可以有效解決厚壁容器焊接效率與質量之間的矛盾。

1.2.2接管自動焊接技術

接管自動焊技術一般以接管插入的形式進行焊接。焊接過程中，采用數字化控制方式進行焊接操作，可以適應多種工作環境，同時也使得焊接的準確度更高，操作也更加便捷。數控馬鞍形埋弧自動焊接設備以接管的內徑，配合快速四連桿夾緊裝置實現自動定心，同時焊槍按照相關的數學模型自動生成運動軌跡，并將接管的直徑以及筒體的直徑作為參數帶入到模型中，產生準確的運動軌跡。同時，操作人員通過系統的人機操作界面對相關參數進行設定，可以實現多層多道的連續自動焊接。

2.壓力容器無損檢測方法及特點

目前，常用的壓力容器無損檢測方法主要包括以下幾種：[2]

2.1超聲檢測

超聲檢測是以超聲波的傳播特性所實現的一種無損檢測方法。在超聲波傳播的過程中，其所經過的介質性質不同，會對超聲波產生不同情況的折射、反射以及波形轉換，使超聲波的強度下降或者發生散射，然后通過捕捉反射信號，并分析反射信號的差異性，可以獲取準確的焊縫缺陷情況。超聲檢測具有穿透力強、能夠準確定位極小的缺陷等特點。同時通過與一些自動掃描裝置及微處理器計算機設備盡心配合，可以實現更加豐富的檢測。但是，對操作者的技術要求較高。

2.2射線檢測

射線檢測分為多個種類，包括X射線檢測、γ射線檢測等，需要結合被檢工件的厚度選擇具體的射線種類。射線與工件內部的原子會發生復雜的作用，導致射線的強度發生不同程度的衰減，然后根據具體的衰減情況對工件內部的缺陷進行判斷。膠片在進過專業處理之后，可以得到具體的物體內部組織圖像，從而對內部缺陷進行具體的判斷和定位。在利用射線檢測時，由于射線對人體危害較大，操作者需要嚴格按照操作規程開展檢測工作，并做好相應的防護措施。

2.3渦流檢測

渦流檢測時以電磁感應原理實現的缺陷檢測技術，其檢測范圍存在較大的局限性，只能用于導體缺陷的檢測。導體材料在交變磁場的作用下會產生渦流，導體的表面層及近表層的缺陷會對所產生渦流的大小和具體分布產生影響。當電磁線圈移至金屬物體的表面時，渦流就導入試樣中。這種由電流所建立的磁場與原磁場的方向完全相反。由于導體中缺陷的存在，渦流必然會發生畸變，會進一步使得線圈的阻抗發生變化。通過儀器對這種變化進行測量，可以進一步分析出導體材料的缺陷。

2.4磁粉檢測

工件表面的缺陷會改變磁力線的分布，產生漏磁場，這些漏磁場會對磁粉產生吸引力，然后根據具體的磁粉痕跡可以對工件表面及近表面的缺陷情況進行準確的判斷。目前在磁粉檢測中可以使用的磁粉種類較多，具體根據需要進行選擇。磁粉檢測方法主要適用于物體表面的探傷，隨著損傷深度的增加，其檢測效果會出現大幅度的下降。同時，在檢測時，需要對被測物體的表面進行處理，避免表面的不平及劃痕影響磁力線的走向。

3.壓力容器無損檢測技術的發展前景

隨著現代計算機技術、圖形圖像處理技術等技術的發展，為無損檢測技術的發展奠定了良好的基礎。從當前的需求以及各項技術的發展情況來看，無損檢測技術會存在以下的發展趨勢。

（1）隨著現代計算機技術及圖形圖像處理技術的發展以及在無損檢測中的廣泛應用，以CT和DR為代表的數字式射線成效技術取得了較大發展，相對于傳統的膠片射線檢測技術，數字式射線城鄉技術具有更高的檢測效率和檢測質量。

（2）各部門對無損檢測技術的要求是提高檢測自動化程度及檢測效率，尤其是在檢測環境極為惡劣的情況下，自動化無損檢測技術就顯得更加重要。隨著自動化技術的發展，如激光超聲、磁記憶等自動化檢測技術得到了較大的發展。

（3）超聲相控陣技術時近年無損檢測技術的新熱點，該技術主要是通過控制換能器陣列中各個振源發射脈沖的時間延遲，改變聲波到達物體某點的相位關系，實現聚焦點和聲束方向的變化，然后采用機械與電子結合掃描的方式來實現圖像的具體成像。相對于傳統的超聲檢測技術，其可以對復雜工件結構以及盲區存在的缺陷進行準確的檢測。

（4）微波無損檢測技術以設備簡單、費用低廉、易于操作、便于攜帶等特點成為了未來無損檢測技術發展的主要方向之一，而且近年來隨著各種高性能的復合材料、陶瓷材料的應用，微波無損檢測的理論、技術和硬件系統都有了長足的進步，從而大大推動了微波無損檢測技術的發展。

4.結論

壓力容器作為特種設備，在我國工業生產中占據著重要的地位，其焊接質量會直接對壓力容器的質量、生產安全、效率等方面產生影響。對此，需要科學合理的選擇焊接技術以及無損檢測技術來保證壓力容器的焊接質量，全面保證壓力容器的生產安全和效率。

參考文獻：

[1]趙永林.應用經驗模式分解法處理超聲無損檢測信號[J].現代制造工程，2006（4）：90-92.

[2]陳國華.超聲檢測中裂紋型缺陷深度的智能識別[J].華南理工大學學報（自然科學版），2005.33（8）：1-5.