压力容器对接焊缝超声波探伤的探讨

杜国华

天津金耀生物科技有限公司天津300462

【摘要】压力容器包含承受压力的壳体、不同连接件和密封件，现已被广泛应用于石油化工、科研和军工行业。焊接工作是压力容器的重要加工程序，压力容器的质量与焊接有着直接的关系，因此焊接质量的检测也成为重点。文章重点就超声波探伤技术在压力容器对接焊缝中的应用展开探讨，

【关键词】压力容器；对接焊缝；超声波探伤；探讨

一、压力容器的制造工艺

（一）安全要求

压力容器制造中的安全要求主要有：严格遵循容器制造的安全标准；制造中，要确保各项标准有效。压力容器常用于高温、真空等环境中，承载易燃、易爆类物品。在制造中，必须规范安全要求，不论是在产品设计中，还是在产品制造中，都要对安全予以高度重视，这样才能保障制造的安全性，避免出现安全问题。

（二）材料选择

压力容器的材料选择是容器制造的前提，能够辅助提高制造的安全水平。材料选择是压力容器制造的第一环节，从容器整体安全的角度考虑，要规范材料的选择与应用。材料的选择不仅关系着压力容器的制造工艺，还关系着质量控制水平。材料的选择可依据以下三点：①分析材料的化学特性、属性，在保障成本合理的情况下，选择对应的制造材料；②确保材料的各项性能检测均达到标准要求，禁止将不达标的材料投入制造中；③选择好各项材料的使用方式，以免影响压力容器的制造。

（三）制造工艺

焊接是压力容器制造工艺的主要部分，用于连接压力容器的各个制造构件。焊接中，应该规范制造工艺，聘请专业的技术人员，合理操作焊接材料，预防工艺误差。压力容器制造中的焊接操作对技术人员有一定的要求，因此，技术人员必须遵循标准要求，落实焊接操作；焊接中，要采用管理、监督的方式监控整个焊接过程。

（四）无损检测工艺

在压力容器制造中，无损检测属于最终的检测工艺，用于检测容器制造完成后是否存在损伤部分，判断压力容器的合格性。常见的无损检测工艺有RT检测、UT检测等，这些工艺均可以全面检测压力容器的性能。

二、压力容器焊接中常见的内部缺陷

压力容器主要借助焊接工艺组装，焊接工作成为压力容器生产过程中的重要环节，压力容器中的受压部件和承载压力的壳体部分焊接过程中应用全焊透的对接接头。对于压力容器的内部缺陷来说，主要有以下几种类型：

（一）焊接裂纹

焊接裂纹是焊接过程中最常见的缺陷之一，按裂纹形成的条件可分为热裂纹、冷裂纹、再热裂纹和层状撕裂四类。焊接裂纹是导致焊接结构失效的最直接的原因，特别是在锅炉压力容器的焊接过程中，该缺陷可能导致重大事故的发生。焊接裂纹的主要特征是具有扩展性，在一定的工作条件下会不断“生长”，直至断裂。该缺陷产生的原因有以下2点：①焊接过程中产生了较大的内应力，且焊缝中有低熔点杂质，当外界应力较大时，就会从结合力较弱的低熔点杂质处断开，形成热裂纹；②由于过热区和熔合区的塑性和韧性较差，所以，焊缝金属中含有较多的氢，当结合应力较大时，易产生冷裂纹。

（二）气孔

焊接熔池在高温时会吸收大量的气体，冷却后部分气体会残留在焊缝金属内，进而形成气孔。气孔对焊缝的性能有较大的影响，它不仅会使焊缝的有效工作截面缩小，导致焊缝的机械性能下降，还会降低焊缝的致密性，进而引发泄漏。该缺陷产生的原因有以下2点：①焊条或焊剂受潮，药皮开裂、脱落、变质，焊丝和坡口质量较差等；②焊接工艺不合理。

（三）夹渣

焊接后残留在焊缝内部的非金属夹杂物，称为夹渣。该缺陷会降低焊缝的塑性和韧性。该缺陷产生的原因包括坡口角度过小、熔渣未浮出、焊接电流过小、熔深过浅、未清理熔渣、接头处理不彻底、坡口处有锈或泥沙等。

（四）未焊透

未焊透是指焊接时接头根部未完全熔透的现象。该缺陷会缩小焊缝的有效面积，使接头的强度下降，且会成为裂纹源。该缺陷产生的原因为：焊接电流过小、焊接速度过快、坡口角度过小、根部钝边尺寸过大、焊条摆动角度不当、电弧过长、偏吹等。

三、超声波探伤原理及其在压力容器对接焊缝中的应用

（一）基本原理

超声波探伤技术是应用了超声波在通过不同的介质后所形成的反射特征。超声波在经由构件的检测表层耦合剂抵达构件内部后，会于构件之中进行传播，在遭遇焊接缺陷亦或是构件底部后便会反射到检测探头位置，进而依据超声波在显示屏中的具体位置以及波幅的高度，便能够计算出超声波所在的具体位置以及其大小情况。

（二）应用过程

1.探伤准备

第一，修正探测面。及时清除探测面上的氧化皮、油垢和焊接飞溅，探头移动区域内检测面应有良好的声耦合，一次反射波法的检测宽度为2.5KT，直射波法为1.5KT，其中K表示探头的斜率，T表示母材厚度。第二，测定斜探头的入射点和斜率。在对接焊缝内部缺陷检测的过程中一般应用斜探头，先必须测出斜探头的入射点和斜率K。斜探头的入射点一般为声束轴线和探头楔块底面的交点，斜探头的斜率K一般为声束与板中折射角的正切值。检测过程中对缺陷的定位精度直接受到斜探头的入射点和斜率影响，由于制造和磨损的原因，标称值与实际值之间可能存在一定的误差，因此必须在每次焊缝检测之前都要进行测定。第三，绘制距离和波幅曲线。距离-波幅曲线应用的探头和设备需要以材料上的实测数据为基础，曲线中主要包含评定线、判废线和定量线等信息。

2.现场探伤

被检工件的焊缝和表面经过外观检查合格后可以应用超声波探伤检测方法，探伤检测之前，工作人员明确被检工件的材质、曲率、厚度、焊缝类型和焊接方法等，如果试块表面的耦合损失和材质衰减情况与被检工件不同，需要相应对探伤的灵敏度进行补偿。

（三）超声波探伤操作要点

1.探头的应用

在焊缝两侧涂刷耦合剂，工程检测中常用的耦合剂有甘油、浆糊、水等。在检测过程中，要保持探头在工件表面平稳移动及耦合良好，所以在手持探头时，在上部要有一定的压力使其贴合，同时夹持探头移动进行扫查。扫查速度与探头的有效直径及仪器的重复频率有关，焊缝的手工检测，扫查速度一般在150mm/s以下，相邻探头的移动区域需要保证有15%以上的覆盖区域。

2.扫查过程

在检测缺陷的过程中，保证斜探头与焊缝中心线检测面垂直，之后进行锯齿形扫查，同时保证焊接接头的截面在探头前后移动的范围内，在探头垂直移动的过程中还需要做出10-15°的左右转动。为了便于及时观察材料缺陷的动态波形，分辨出缺陷信号，确定工件的缺陷位置和形状，一般将左右扫查方式、转角扫查方式和环绕扫查方式结合起来。在扫查过程中，由于探头的前后移动和左右移动导致探头在被测工件表面的运动轨迹为锯齿形，探头前后移动和左右移动的距离必须在相同方向覆盖区域的10%-20%。在初步扫查发现可能存在缺陷后，先用前后、左右扫查找到缺陷的最大回波，以此作为一个基准点，然后用前后扫查确定缺陷水平距离或深度，用左右扫查确定缺陷沿焊缝方向的长度，用转角扫查推断缺陷方向，用环绕扫查大致推断缺陷形状。

总之，随着科学技术的发展，超声波探伤技术在压力容器制造、使用中的应用越来越广泛，提高了生产效率和设备的安全性。在检测过程中重点是根据不同的材料、焊缝型式、厚度等参数，选择合适的检测面、仪器、探头和扫查方法。在检测中，要从人员、设备器材、技术文件、检测程序、检测环境几方面加强质量控制，保证产品质量和安全性能。

参考文献

[1]郗峰波.压力容器焊接过程中缺陷产生及预防措施[J].现代焊接,2014,11

[2]贾国梁.浅析压力容器异种钢焊接常见缺陷及预防[J].中国化工装备,2016,01

[3]张利民.浅谈超声波探伤技术在锅炉压力容器检测中的应用[J].科技与企业,2012,21