摘要：分析在用不锈钢复合压力容器可能存在的缺陷，有针对性地选用合理无损检测方法。并对“碳污染”、钝化处理、检测安全等关键技术问题进行分析，并提出相应解决措施。
关键词：不锈钢复合压力容器；无损检测；碳污染；钝化；安全措施
1.前言
不锈钢复合板属双金属材料，既具备不锈钢的耐腐蚀性强的优势、又有碳钢屈服强度高的优点，因此被广泛应用于压力容器、压力管道中。炼油、化工装置中的很多反应器均采用不锈钢复合板制压力容器。由于处于装置中的核心地位，因此不锈钢复合容器的检验检测也非常重要。
2.不锈钢复合压力容器的特点
不锈钢复合板压力容器运行条件比较苛刻，工作时承受较高压力，同时内部介质具有较强的腐蚀性。不锈钢复合压力容器，一般设计为外壁为碳钢（或合金钢）基层，内壁为不锈钢堆焊层或不锈钢爆炸复合层。碳钢（或合金钢）基层主要功能用于确保强度和刚度；不锈钢复合层直接和介质接触，主要功能用于防腐。
不锈钢复合板根据制造方式不同，可分为：爆炸复合（也称爆炸焊接复合）、焊接复合（带极堆焊复合）、热轧复合、冷轧复合、组合复合（即爆炸+轧制复合）等。
3.复合压力容器可能存在缺陷的区域划分
不锈钢复合压力容器可能存在缺陷是多种多样的。本文主要从厚度方向的角度，划分不锈钢复合压力容器可能存在缺陷的区域。
不锈钢复合厚度方向分为基层、过渡层、不锈钢层共三层，这三层都有存在缺陷的可能。由于容器各筒节间、筒节与封头间还存在焊接工艺，因此会产生焊接缺陷。由于加工工艺不同，产生的缺陷类型不同，进而针对缺陷的检测方法也会不同。据此进一步细分为母材基层、焊缝基层；母材过渡基层、焊缝过渡基层；母材不锈钢层、焊缝不锈钢层。
4.基层可能存在缺陷的检测及分析
4.1用于制作压力容器的钢板，制造都要经过检测合格后再卷制，一般无较大缺陷，常见有面积较小的局部分层缺陷，由于和表面平行，危害性不大。此类缺陷，用纵波直探能获得最大回波，因此采用纵波直探头超声检测，从基层外壁方向进行扫查。重点部位是靠近焊缝部位。
4.2由于基层为铁磁性材料，母材基层的表面检测，推荐采用黑磁粉交叉磁轭交流连续磁化方法检测。
4.3由于碳钢的可焊性好，焊接工艺成熟，因此焊接部位基层不会存在较严重的缺陷。焊接部位基层存在的内部缺陷，主要表现为制造期间的焊接缺陷和使用期间的在役缺陷。检测方法常用横波斜探头进行检测。
5.不锈钢层可能存在缺陷的检测及分析
5.1母材不锈钢层内部缺陷无损检测难度较大，射线检测适用于薄壁容器，但不适用于厚壁容器（指壁厚大于38mm容器）。采用超声检测也有较大的困难，原因之一是：一般不锈钢材质具有晶粒粗大、各向异性的特征，常规超声检测通常无法实施。可以考虑采用宽频窄脉冲、低频纵波斜探头进行检测。还有耦合原因：由于不锈钢堆焊层的表面粗糙，表面又为凹曲面，因此造成探头与工件表面耦合困难，推荐采用黄油等粘稠的耦合剂进行改善。
5.2焊接不锈钢层尤其是现场对接组焊的环焊缝中的焊接不锈钢层，是检验检测人员重点关注的部位。主要因为现场对接组焊时，最后一道焊缝是在有限空间中作业，现场条件较恶劣，因此出现缺陷的概率较高。未熔合是较为常见的缺陷。
6.结合层可能存在缺陷的检测及分析
结合层又称“过渡层”是基层与不锈钢层之间的区域。
6.1针对未结合（脱开）类缺陷的检测。
因为此类缺陷通常平行于工件表面，因此采用超声纵波直探检测较为适宜。需要注意的是：考虑到内表面耦合不良，一般采用在工件外壁进行超声纵波直探。
6.2针对层下撕裂缺陷的检测。
此类缺陷通常垂直于工件表面，此时应采用超声横波斜探头进行检测，较为适宜。此时斜探头的角度选择应注意，一定要使用K1折射角为45度的斜探头，主要目的是能够获得较高的端角反射。由于基层较厚，再加上基层和不锈钢层界面回波声压反射较低，因此推荐采用大晶片、聚焦斜探头进行探伤。
检测工艺应采用表面渗透检测加外壁横波超声检测，重点关注部位是最后组焊环焊缝及附近100mm的区域。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆首先应采用K1探头对组焊环焊缝进行100%的扫查，关键是要观察是否存在深度为基层厚度的端角反射波，如果存在疑似缺陷波，应提示内部渗透检测人员重点查找是否存在对应的内部表面缺陷。渗透检测发现的裂纹，均应处理至完全消除。表面缺陷消除后，焊补前应再次对组焊环焊缝进行100%超声扫查，确认消除干净，再进行焊补处理。
7.定期检验的无损检测关键技术要点
7.1不锈钢复合压力容器在定期检验检测，罐内渗透方法的选择。
7.1.1进入有限空间采用渗透剂检测不锈钢层表面时，一般渗透探伤剂含有大量挥发性化学药剂如丙酮，检测进行一段时间后，有限空间内部的可燃气体就会超标，氧含量也会大幅下降。此时非常容易产生窒息、爆炸、火灾事故。
7.1.2普通的溶剂去除型着色渗透探伤剂，含一定量的苏丹红（致癌物质）、可燃挥发性成分较多，有限空间内使用，安全隐患较大。
7.1.3使用荧光渗透检测方法，再采用手持防爆黑光灯的检测工艺方法。渗透剂使用量大幅降低，清洗剂使用量也大幅降低。大大降低同等时间内可燃气体的释放，有效降低有限空间内的可燃气体含量。使用荧光渗透剂也降低了苏丹红染料的致癌物质的排放。减少了其他气体的排放，带来的另一个好处是一定程度提高了有限空间的含氧量。荧光渗透检测的灵敏度也优于着色渗透检测。
7.1.4综上，不锈钢复合压力容器定期检验，罐内表面检测优先首选荧光渗透检测方法。
7.2不锈钢复合压力容器在定期检验检测，罐外超声方法的选择。
7.2.1据本文6.3的分析，采用45度超声波对组焊环焊缝进行100%的扫查是超声检测的重点。不仅能发现层下撕裂型缺陷，还能发现贯穿性缺陷。
7.2.2 常规超声方法注意用大晶片探头。为防止存在横向裂纹缺陷，注意还应增加斜平行扫查。
7.2.3采用TOFD检测是一种效果较好好的检测方法，TOFD多组通道检测时，应单独留出一通道工艺参数推荐设置为：45度斜楔、大晶片（Φ≥9mm）、聚焦深度为基层板厚。
7.2.4 PAUT超声相控阵检测也是一种效果较好好的检测方法，调整参数要点：43度-65度角度范围扇形扫查，S扫通道的观察角度定在45度。可以结合常规超声锯齿形扫查后，发现的疑似缺陷部位，采用PAUT超声相控阵检测复查，并成像记录。经验表明：表面缺陷消除后，焊补前的焊缝进行超声扫查，PAUT较常规超声和TOFD两项技术具有优势，成像结果直观明显，无底面形状波干扰判断的问题。
8.防止“碳污染”
8.1 可能发生的不锈钢“碳污染”
不锈钢复合压力容器在定期检验检测过程中，极易发生“碳污染”。“碳污染”发生后会给容器后续使用带来不必要的损失。所谓“碳污染”就是：不锈钢在与其他材质接触时，由于含碳量不一致，造成接触面碳的转移，如后期不进行处理，不锈钢的接触面会因为此处不锈钢钝化膜不易形成，进而形成局部易腐蚀区域。
8.2防止“碳污染”措施
8.2.1定期检验罐内搭设架子板时，与不锈钢内壁接触的区域，必须使用橡胶垫或木板将碳钢的架子杆或架子板与容器的不锈钢表面进行隔离，避免直接接触。
8.2.2避免铁质、钢制检修工机具（行灯挂钩、行灯防护罩、渗透剂喷罐等），不得与不锈钢内壁直接接触，如一定要接触也应采用橡胶垫或其他措施进行隔离。
9.表面钝化
9.1不锈钢复合容器表面钝化处理
不锈钢工件放置于空气中会形成氧化膜，但这种自然形成的钝化膜，存在不均匀或者缺损情况。通常先要进行彻底清洗，包括碱洗与酸洗，再用氧化剂钝化，才能保证钝化膜的完整性与稳定性。
9.2不锈钢复合容器定期检测完成后有必要进行钝化处理
9.2.1不锈钢钝化处理非常关键，其目的是为了材料的防腐蚀。对不锈钢全面酸洗钝化处理，清除各类油污、锈、氧化皮、焊斑等污垢，处理后表面变成均匀银白色，大大提高不锈钢复合容器抗腐蚀性能。
10.结语
本文分析了在用不锈钢复合压力容器可能存在的缺陷，并有针对性地选用合理无损检测方法。这样做，效率更高且节约检测施工工期。针对“碳污染”、钝化处理、检测安全等关键技术问题提出相应解决措施，可以避免因无损检测带来不必要的损失。
论文作者:李海华,吕金鑫,张顺友,张月虎,罗剑帅
论文发表刊物:《基层建设》2019年第21期
论文发表时间:2019/10/16
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