基于无损检测的钢制压力容器焊接工艺控制技术

摘要：压力容器是工业生产中重要的承压设备，其安全性和可靠性会对生产安全和人民生命财产安全产生直接影响。焊接工艺是压力容器的制造过程中连接各部件的关键环节，需对焊接工艺的质量控制进行重点关注。无损检测技术能够在不损伤被检材料或工件的前提下，对其内部和表面缺陷进行检测、评价，将其应用在压力容器焊接质量控制当中，可及时发现并处理潜在缺陷，提升焊接质量。本文先对钢制压力容器焊接质量检验中无损检测技术展开分析，接着分析了基于无损检测的钢制压力容器焊接工艺控制技术，旨在提升钢制压力容器的焊接质量。

关键词：无损检测；钢制压力容器；焊接工艺；控制技术

无损检测作为一种先进的检测技术，可在不破坏工件的前提下检测、评估焊接接头的内部缺陷和表面缺陷，对焊接过程中存在的质量问题进行分析，并采取相应的措施进行修复和改进，让焊接接头的质量与可靠性得到有效提升。在对钢制压力容器进行焊接时，需对焊接方法、材料、参数等因素进行关注，制定科学合理的焊接工艺方案，通过无损检测手段对焊接质量进行监控和评估，提高压力容器的焊接质量和安全性，为工业生产的顺利进行提供有力保障。

一、钢制压力容器焊接质量检验中无损检测技术

（一）射线检测

射线检测主要用于检测承压设备内部缺陷。该检测技术是对X射线或γ射线进行利用，两种射线具有高穿透能力，可以穿透各种材料，包括金属、塑料、复合材料等，并且能够在另一侧成像，通常会在在射线图像上表现为不同形状和密度。射线检测能够对微小的内部缺陷进行检测，无论是钢、铝、铜还是其他合金材料，均可进行有效检测，并提供直观的影像。同时，射线图像可对缺陷类型进行定性判断，也可借助图像处理技术实现定量分析，如缺陷尺寸、位置等[1]。此外，射线检测产生的图像可以长期存储，能够为后续的质量追溯和分析提供便利。将射线检测应用在压力容器的焊接接头的检测当中，能够对其焊接质量进行评估（图1）。但在使用过程中需重点关注辐射安全问题，严格培训操作人员，遵守防护规范。射线检测的具体要求应按NB/T47013.2的规定执行。

图1  化工压力容器

（二）超声检测

超声检测主要用于检测承压设备内部缺陷。该检测技术借助超声波探头发射超声波，一旦遇到缺陷时会产生反射，由探头接收这些反射回波信号。一般是以回波的时间、振幅、和频率作为依据，对缺陷的类型、位置和尺寸进行分析。超声检测设备体积小，便于携带和操作，适合现场检测。同时，超声检测能够对材料的厚度、缺陷的大小和位置等进行精确测量，不容易受到电磁干扰影响，显示出较强的精度。具体来说，超声波会在非均匀界面产生反射，需对超声波的波形进行分析，由此获取传播频率、速度、首波幅度等详细信息，实现缺陷的有效定位。将超声检测技术应用在钢制压力容器的焊接检测当中，可有效识别缺陷，为焊接质量和结构的完整性提供保证。但是焊缝表面的粗糙度过大会对超声波的传播和反射信号的质量产生影响，耦合剂的选择和使用方法也会影响检测结果灵敏度[2]。超声检测的具体技术要求应按NB/T47013.3的规定执行。

（三）磁粉检测

该检测技术是将被检测的焊缝置于磁场，并在磁化后的焊缝表面撒布磁粉，让其沿着磁力线方向分布。若焊缝表面或近表面存在缺陷，磁力线会绕过缺陷形成漏磁场，磁粉会在缺陷为之聚集形成可见的磁粉堆积。通过目视或借助放大镜观察磁粉聚集的位置和形状，可确定表面和近表面缺陷的位置、大小和形状。磁粉检测的设备与操作都比较简单，具有易于掌握的特点。同时，此种检测手段对于表面和近表面的小裂纹等缺陷较为敏感，并且缺陷显示直观，易于识别和评估。将磁粉检测应用在钢制压力容器当中，能够显示出快速检测的效果。但该技术仅适用于铁磁性材料，并对焊缝表面清洁度较高。同时，磁粉检测主要用于检测铁磁性材料制承压设备表面和近表面缺陷，无法对深层缺陷进行探测。磁粉检测的具体技术要求应按NB/T47013.4的规定执行。

（四）渗透检测

该检测技术是对渗透剂的渗透性进行利用，让其渗入工件表面的微小缺陷中，通过显像剂将渗透剂吸附到工件表面，形成可见的缺陷图像。渗透检测用于检测非多孔性金属材料制承压设备表面开口缺陷，无论金属材料还是非金属材料都可发挥出检测效果，但对非金属材料的检测效果更好。同时，该检测技术操作过程相对简单，不需要复杂的设备，易于学习和掌握。但是渗透检测只能检测工件表面的开口性缺陷，无法检测内部缺陷。并且整个检测过程时间较长，容易受到表面的粗糙度、清洁度等因素的影响，对形状复杂或封闭的区域检测效果不佳。渗透检测的具体技术要求应按NB/T47013.5的规定执行。

（五）涡流检测

该检测技术是对电磁感应原理进行利用，在导电材料中产生涡流，对导电材料的表面和近表面缺陷展开检测。钢制压力容器由于长期承受高压力，容易出现焊接裂缝，使用涡流检测可以快速、准确地检测出这些裂缝，为容器的安全运行提供保障。涡流检测不需要直接接触被测物体，不会对被测物体造成物理损伤。同时，涡流检测速度较快，可在短时间内完成大面积检测，适用于批量检测和在线检测。涡流检测对表面和近表面的缺陷非常敏感，能够检测出各类缺陷[3]。此外，涡流检测适用于多种导电材料，可通过调整参数适应不同材料的特性。涡流检测的具体技术要求应按NB/T47013.6的规定执行。

二、基于无损检测的钢制压力容器焊接工艺控制技术

（一）优化焊接工艺

钢制压力容器广泛应用于石油、化工、能源等领域，其焊接质量对设备的安全运行极为重要。传统的焊接工艺控制方法主要依赖于焊后质量检验，存在滞后性和漏检风险。将无损检测技术应用在焊接工艺的控制当中，可在焊接过程中实时监测焊接质量，及时发现并纠正焊接缺陷，保证焊接质量与生产效率。首先，要对焊接材料参数进行优化。比如，利用光谱分析技术对焊材中的元素含量展开实时监测，为焊材成分的质量提供保证，避免因焊材成分波动导致焊接缺陷。同时，要对涡流检测、X射线检测等技术进行应用，对焊材棒材或焊丝进行质量检验，实现焊材缺陷的有效剔除，促进焊材质量提升；其次，要对焊接工艺参数进行优化。采用超声波检测等技术，针对焊接熔池形状、温度分布等参数展开实时监测，实现焊接电流、电压、速度等参数的优化，减少气孔、夹渣、未熔合等缺陷。同时，要借助红外热成像技术对工件表面温度分布展开实时监测，避免冷裂纹产生。此外，还可利用视觉传感技术对焊缝成形情况展开实时监测，做好焊接路径和速度的有效调整；最后，要对焊接过程进行控制。借助电弧传感器、视觉传感器等技术，针对焊接过程中的电流、电压、速度等参数展开实时采集，并将其与预设的焊接工艺参数进行对比，为焊接参数的及时调整提供便利。同时，要借助无损检测技术对焊接缺陷展开实时检测，做好缺陷类型、位置、尺寸等信息的诊断，为后续焊接修复提供有效依据。

（二）采用新型焊接技术

新型焊接技术可以有效解决许多传统焊接方法难以克服的问题，让焊接过程的稳定性得到提升，利于提升焊接工作效果。首先，积极应用新型焊接技术。激光焊接具由高能量密度和精确控制的特点，适合应用在钢制压力容器焊接，并且能够对热影响区进行减少，降低变形问题，促进焊接接头强度和韧性提升。电子束焊接可在真空环境下实现极细的焊缝，利于减少气孔和夹杂物，适合应用在厚壁压力容器的焊接当中。搅拌摩擦焊可对摩擦产生的热量进行利用，适合对难以熔焊的材料进行焊接；其次，优化焊接工艺控制系统。将机器人技术和先进的焊接控制系统应用在钢制压力容器的焊接当中，可结合定的参数自动调整焊接参数，为焊接过程的一致性和可重复性提供保证。同时，需在焊接过程中实时监控焊接参数和焊缝状态，做好焊接工艺的调整，促进焊缝质量提升。此外，要以 NB/T 47013《承压设备无损检测》等作为为依据，让焊接工艺的标准化和规范化得到提升，并对每个焊接环节进行详细记录，为追溯和质量控制提供便利[4]；最后，做好材料的预处理。要优选高强度、高韧性和良好焊接性能的钢材，比如高强度低合金钢，不容易产生裂纹，显示出良好的抗应力腐蚀性能。同时，要在焊接前做好钢材表面的清洁与处理，去除油污、氧化皮和锈蚀，让焊接接头的质量得到保证。

（三）强化技术人员技术水平

提升焊接人员的技术水平，可为焊接工作的整体质量提升提供保证，为企业的安全生产和产品质量提供有力保障。首先，为了规范特种设备焊接操作人员考核工作，需要根据《特种设备作业人员监督管理办法》《特种设备作业人员考核规则》进行制度的规范，并制定严格的持证上岗制度。要对持有有效焊接操作证，如焊工职业资格证书、特种设备作业人员证等的人员进行优先录用，并对新进焊接人员进行严格的岗前培训和考核，使其具备基本的焊接操作技能和安全知识；其次，强化培训与考核。为技术人员提供系统的焊接工艺和无损检测理论知识培训，包括焊接原理、焊接材料、焊接工艺评定、焊缝质量控制等内容。同时，还要安排技术人员参与焊接工艺制定和执行过程，让其在实践中掌握焊接工艺控制的关键技术。还要组织技术人员进行无损检测操作培训，熟练操作各种无损检测设备。此外，要制定科学的考核标准，定期对技术人员进行焊接工艺和无损检测技能的考核，使其技能水平符合岗位要求；最后，做好经验总结。定期召开焊接经验交流会，鼓励焊接技术人员分享成功经验和问题解决方法。老员工还要承担起传帮带的责任，指导新员工进行焊接的实践操作，并传授经验和技巧，帮助新员工快速成长。

（四）建立焊接质量检验与监控体系

构建完善的焊接质量检验与监控体系可对焊接全过程展开严格控制，更好地适应不断变化的市场需求和技术发展。首先，构建全过程焊接质控体系。要对焊材、母材的质量进行保证，实施化学成分分析和力学性能测试。同时要对其进行焊接工艺评定，确保工艺参数合理、可行。还要借助现代化监控设备，对焊接过程中的关键参数行实时监控和记录。并且通过定期巡检、视频监控等方式，及时发现焊接中的各类问题[5]。此外，要对焊接后的焊缝进行外观质量检查，并采用射线检测、超声检测等方法对焊缝进行无损检测，保证焊缝内部无缺陷。还要按照规定的要求对焊接接头进行拉伸试验、弯曲试验等力学性能试验，使其力学性能符合相关标准。完成容器制造后需进行压力试验，做好承压能力和密封性能的验证；其次，做好无损检测设备的合理配置。选择性能稳定、灵敏度高的射线探伤设备，使其准确检测焊缝内部缺陷。还要采用高精度的超声探伤设备，更好地检测出微小的内部缺陷。另外，要对无损检测设备进行定期校准和维护，强化检测结果的准确性和可靠性；最后，引入第三方检测机构。选择具备国家或行业认可资质的第三方检测机构，对其检测结果权威性和公正性进行保证。还要对第三方机构的技术能力进行考察，配备先进的检测设备和专业的技术人员，对检测结果的真实客观进行保证[6]。

三、结语

综上所述，无损检测技术可对钢制压力容器焊接质量进行精确评估，实现气孔、裂纹、未熔合、未焊透等缺陷的有效识别，并提供缺陷的具体位置和尺寸信息，为后续的修复工作提供指导。同时，对无损检测的数据展开分析，可实现焊接参数的反向优化，利于提高焊接质量的一致性和可靠性。此外，无损检测的实时监控能力让整个焊接过程得到动态调整，提升每个环节的质量标准，大大降低了次品率和返工率。未来，还需开发更高效、更便携的检测设备，建立更完善的焊接工艺数据库，提升无损检测技术的应用价值，为工业生产带来更安全、更高效的品质保障。

文章来源：《产品可靠性报告》    https://www.zzqklm.com/w/kj/32519.html