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崔雪飞
[摘 要]文章首先对低温压力容器的选材进行了阐述，接着对低温钢焊接工艺进行了细致的分析，最后重点探讨了低温压力容器制造过程中的无损检测技术应用。
[关键词]低温压力容器；焊接；无损检测
中图分类号：TH49 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）20-0087-01
一、前言
随着现代工业的发展，压力容器的工作参数要求越来越高，焊接方法的选择对焊接质量具有较大影响，同时后期对焊缝缺陷的检测也非常重要。本文就低温压力容器用钢及其焊接与检测进行了探讨。
二、低温压力容器的选材
1、低温压力容器受压元件材料的选择
低温用钢材的质量在低温压力容器质量中起决定性作用，按照使用温度低温用钢大体分为三类，用于-40℃以上温度的低碳碳锰钢，适用于-40℃～-196℃的低碳钢、中镍钢，适用于-196℃～-273℃的铬镍奥氏体钢。
脆性断裂是钢材在低温的状态下失效的主要原因，钢材一旦处在低于脆性转变温度时，只要有足够的缺口或者缺陷就可能导致低应力下的脆性断裂。AKV是钢材在低温下的冲击值，它是钢材缺口或缺陷在低温下塑性变形能力和对裂纹扩展的敏感性，即低温韧性的一种反应值。因此选材时对钢材的低温韧性的选择是制造低温压力容器的首要条件，所以我们必须要在充足的低温韧性的前提下，选择相对高强度的钢材，只有这样才能确保我们的低温压力容器的质量。
2、非受压元件材料的选择
连接低温压力容器受压元件的非受压元件材料的低温韧性与焊接接头性能必须和受压元件相匹配。其中对于低温压力容器来说，支座的选材尤为重要，主要体现在：支座材料的低温韧性与受压元件相同的同种材料，适用于设计温度不高于-70℃的低温容器；支座材料的低温韧性比受压元件低一个等级的材料，适用于设计温度高于-70℃而低于-20℃的低温容器。环境温度的影响也是选用支座材料在极低环境温度下安装必须考虑的因素之一。
三、低温钢焊接工艺
低温钢通过调质处理后，有很细的晶粒度，焊接接头组织同样也要有细的晶粒度，才能保证有较大的晶界面积。影响焊缝的强度及低温冲击韧性的因素，主要是焊接线能量、焊接材料及操作方法。
E=ηIU/V
η――电弧有效功率系数
焊条电弧焊取0.8
E――焊接线能量（KJ、cm）I――焊接电流（A）
U――电弧电压（V）V――焊接速度（cm/s）
由此公式可以看出；焊接电流、电弧电压增大，焊接速度减小，会使焊接线能量增大。线能量增大，焊缝冷却凝固缓慢使焊缝厚度、宽度增加，焊缝结晶组织晶粒粗大晶界面积减小，焊缝晶粒间会出现连续的碳化物析出分布，使低温冲击韧性显著下降。同时新焊道对上一层焊道有回火作用，正常线能量的回火作用会使焊缝性能提高，而大的线能量会造成回火温度过高会降低低温冲击性指标，相关资料介绍，焊条电弧焊时线能量最大不能超过20KJ/cm。
低温钢焊接目前多数采用焊条电弧焊，前文以加以论证。正确选用焊接材料电焊条牌号。是保证焊接接头具有低温下使用性能的重要因素，而合金系统的选择和化学成分的确定，主要应保证低温性能为依据，因此，低温钢焊接时要选用良好低温韧性的特定合金系统和成分的焊条。目前，为了提高韧性，低温钢焊条多采用低氧氢型药皮，而且还要向熔敷金属中加入一定数量Ni元素。选用低温钢焊条时，按照使用性能（强度、塑性、韧性、耐腐蚀和抗氧化性等），应考虑如下因素；低温钢的化学成分、性能和焊接特点；焊接结构设计要求和工作条件；焊接方法和工艺特点。我们选用W707Ni；低温钢焊条。
W707Ni化学成分，由上可知W707Ni焊条无论是化学成分还是熔敷金属的力学性能都能满足09MnNiDR的焊接要求。选择直流焊机，反极性接法。
从以上分析可能看出；低温钢焊接时必须正确选择焊接材料及控制线能量，控制线能量尤为关键。因此我们对焊接工艺评定试板采用小的线能量多层多道焊，保持较低层间温度（提高过冷度），以获得较好的力学性能。试验试板的焊接必须由本单位有相应技能证书技术熟练焊工进行超作，严格遵守工艺操作规程。因为试板的焊接接头质量代表着所制造设备的焊接接头质量。试板坡口形式选择必须符合低温钢焊接要求。低温钢焊接时，在满足焊接根部焊透的状况下，坡口角度及间隙不应过大，应尽量减少焊缝金属的填充量，从而避免由于焊接应力较大而引起裂纹。但也不宜过小，过小的坡口尺寸会在焊缝中产生未熔合未焊透缺陷。正确选择坡口形式和尺寸，将获得焊接热影响区较小而力学性能较好的焊接接头。试验试件采取V型坡口60°±3°焊前清理必须彻底，坡口两端20mm之内用角向打磨机打磨漏出金属光泽，清理掉修蚀、氧化物薄膜及油污，避免焊接时产生气孔、未熔合、夹渣等现象。装配固定焊错边量要小于1mm反变形角度3°～4°，只有这样才能保证焊件的整体尺寸符合要求。整个焊接操作过程要严格遵守工艺要求，从引弧-运条-接头-收狐要无一疏漏。
四、低温压力容器制造过程中的无损检测技术
1、生产材料的无损检测
低温压力容器的生产材料相对于常温容器和高温容器的生产材料是有所不同的，其中生产材料的最大特点是低温容器的所有生产材料，都是需要经过V型缺口（低温夏比）冲击试验的检验过后才能进行生产的。低合金钢板和不锈钢钢板是低温容器内外部壳体的主要材料，这些生产的钢板的监测方式是采用超声波检测法，在对钢板进行超声波检测过程中，主要是根据国家颁发的JB4730文案标准进行检测，其检查的方向是钢板在生产、制造、加工和组合过程中产生的细小裂缝、分层断裂线和白点纹路。两种不同的钢板在检测过程中，检测等级也是不一样的，低合金钢板一般是被定义为三级钢板材质，二级钢板材质的主要是不锈钢钢板。
2、超声检测与对接焊缝的射线
低温容器壳体在组装过程中的对接焊缝作业，往往会出现一些气孔、裂缝、未焊接融合等一些问题，这些问题往往是用肉眼检测不出来的，只有采用无损检测法，才能清楚的看清这些缺陷。对焊接缝的无损检测方式主要是分为内部和表面两个方面，虽然都是采用无损检测进行焊接缝的检测，但是采用的方法却大不相同，通常我们在焊缝表面是采用的磁粉与渗透的方式，而内部我们的检测方式则为射线或超声检测法。
低温容器的壳体通常是夹层型的，并且由于无人孔的投入，使得低温容器内部的壳体无法得到检测，因此低温容器的对焊接缝的检测相对于其他容器的检测要严格的多。国家颁布的GB150文案规定，对接头凡是符合以五个下条件的，都应该按照文案中所规定的技术指标，进行百分之百的射线或者超声波检测：
低温容器所设计的温度标准小于负四十摄氏度。若容器的设计温度不小于负四十摄氏度，所组合钢板的厚度应大于25mm。钢板的标准抗拉度要大于540Mpa。经过了压力试验的容器。标明了要装入易燃易爆或剧毒介质的低温容器。
3、磁粉和渗透检测
根据国家颁布的GB150文案中的标准规定，低温容器中的T型接头、对接焊缝和角落焊缝，在经过了百分之百的射线与超声检测后是远远没有达标的，还要对其进行百分之百的磁粉和表面渗透检测，在低温容器中对接焊缝的受压元件与非受压元件是特别要注意的两个重点。
为了让磁粉和渗透检测能够顺利进行，应该按照JB4730文案中技术指标所提到的，在对容器开始检测之前应该对所要检测容器的表面进行打磨，露出容器的金属光泽，使得容器检测区域与检测材质能够平滑过渡。其衡量检测合格的标准是JB4730文案中的检查指标。
4、泄漏检测
采用真空夹层的深冷型压力容器制作完成时，应该按照GB18442和GBT18443文案中的标准进行泄漏检测，其中检测方向是容器的封接真空度、泄漏率、泄漏速度和静态蒸发，对这四个方面进行检查可以很好的解决容器泄漏问题。
五、结束语
总之，压力容器在我国工业生产中占据着重要的地位，我们应需要科学合理的选择压力容器用钢材及焊接技术，在检测工程中应严格按照相关的法规来实施，提高压力容器的安全性，从而为工业化的发展提供强大的助力。
参考文献
[1] 赵永林.应用经验模式分解法处理超声无损检测信号[J].现代制造工程，2013.
[2] 陈国华.超声检测中裂纹型缺陷深度的智能识别[J].华南理工大学学报（自然科学版），2013.
