在役超高压水晶釜的超声波检测.pdf

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1、实践经验 在役超高压水晶釜的超声波检测 张志超 (福建省三明市锅炉检验研究所,福建 365000) ULTRASONIC INSPECTI ON OF SUPERHIGH PRESSURE CRYSTAL VESSELS IN SERVICE Zhang Zhichao (Sanm ing Research Institute of Boiler and Pressure V essel) 超高压水晶釜是在高温下工作的压力容器,笔 者对近20起水晶釜爆裂事故进行了分析,认为在役 水晶釜检验的重点应是釜体的超声波检验及鼓胀变 形的监测,超声波检验的重点是尽早发现釜体内壁 裂纹。本文就在役超高压水

2、晶釜的超声波检测及自 制试块作一介绍。 1 水晶釜基本参数、 特点及超声检测要点 1. 1 基本参数 超高压水晶釜设计压力为150160M Pa,工作 压力137147M Pa,设计温度400,工作温度 3mm ,且在位置2也测 得一单独回波(波的高低视裂纹大小而定,回波的位 置与在位置1所测得的底波前小回波的位置相同 ), 即可判为裂纹,由于底堵台阶的加工问题,有的釜体 无此特征回波。 图3 2. 3 用小K值探头作周向检测 水晶釜的轴向开裂一般以底部台阶处为源,向 上、 向外扩展(图4),此裂纹是笔者用超声检测水晶 釜时发现的,超声周向检测重点是内表面轴向裂纹。 2. 3. 1 探头的选择

3、 超高压水晶釜内外径之比约为0. 57,不符合标 准对内外径之比( 0. 8)的要求,要使一次横波扫查 到内壁,横波折射角 S应满足sinSr?R(图 5) 。 图4 图5 用有机玻璃做斜契的斜探头探测钢时,第一临 界角为 I= 27. 6,此时所对应的钢中横波折射角为 SI= 33. 2 。 目前我省有表1所列几种规格的水晶釜。从表 中数据可见,绝大多数水晶釜的超声波探伤所需探 头折射角大于临界角,即只有少量的 280mm116 119mm水晶釜所需探头折射角小于临界角。 由于 超声波声束有一定宽度,经验表明将探头折射角扩 大12,仍可扫查到内壁,对探伤结果影响不大。 这样,目前福建省所有规

4、格的水晶釜周向超声波探 伤均可用纯横波。 表1 内径 mm 厚度 mm 最大厚度时扫查到内壁 所需的横波折射角?() 240799933. 22 25088. 510133. 60 260839136. 70 27010911533. 30 28011611932. 70 2. 3. 2 曲面修正运算 用横波探测圆筒形曲面与探测钢板时缺陷定位 不同,需进行曲面修正(图 6) 。 本人编制了两个程序,打印出了在K值,内径 和厚度T确定时,d,H和L ? 之间的对应关系,供探 伤时查用。一个程序是已知超声探伤仪上显示的缺 陷埋藏深度d,求该缺陷至圆柱外表面的距离H与 弧长L ? ,以便在实际探伤中

5、作缺陷定位时使用(部分 数据见表2);另一程序是已知缺陷到圆柱外表面的 距离H,求超声探伤仪显示的缺陷埋藏深度d及弧 长L ? ,以便探伤仪定标和测定K值时使用(部分数 据见表 3) 。 3 试块的设计和使用 372 张志超:在役超高压水晶釜的超声波检测 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 标准搜搜网 提供各类标准行业资料免费下载 图6 d钢板探伤时缺陷的埋藏深度,即超声探伤仪 荧光屏上显示的深度 H缺陷离圆柱外表面的深度 L ? 缺陷距探头入射点的弧长 表23 mm dH L ? d

6、H L ? 109. 87. 29075. 998. 0 2019. 515. 110081. 5114. 8 3028. 823. 811086. 3132. 8 4037. 833. 412090. 1152. 1 5046. 544. 013092. 9172. 4 6054. 755. 714094. 5193. 4 7062. 468. 515095. 0214. 7 8069. 582. 6 3K= 0. 69 = 250mm T= 95mm 表33 mm H K= 0. 67K= 0. 68K= 0. 69 d L ? d L ? d L ? 1010. 17. 010. 17.

7、 210. 1 7. 3 2020. 415. 020. 415. 320. 515. 5 3031. 124. 231. 124. 631. 225. 0 4042. 234. 742. 335. 342. 335. 9 5053. 847. 054. 047. 954. 148. 7 6066. 261. 866. 563. 066. 764. 2 7079. 880. 280. 281. 980. 783. 6 8095. 4104. 396. 2117. 397. 0109. 7 90115. 4140. 3117. 3145. 4119. 4151. 1 3= 250mm T= 95

8、mm 3. 1 试块的设计 根据在役超高压水晶釜的特点,分析了多起水 晶釜爆炸事故,笔者认为超声波检验的重点是釜体 内壁裂纹,因此设计了图7所示的水晶釜试块,它采 用与水晶釜相同或声学性能相近的材料,加工四个 3mm横通孔与1mm深的线切割槽,加工精度参照 GB?T 11259超声波检验用钢制对比试块的制作与 检验方法 的要求。 图7 3. 2 试块的使用 用该试块可以测量计算探头前沿和横波折射角 S,给仪器定标,作dB曲线以及确定探伤灵敏度。 3. 2. 1 探头前沿b和K值的测定(方法 1) 所用探头为定做的K= 0. 68(S= 34. 2)探头, 修磨前,先在CSK2I A试块上测出其

9、前沿为b0,根据 中间磨出弧度的深浅,适当加上一个修正值,该值如 为1mm ,则b0+ 1mm即为其修磨后的实际前沿,再 在试块上测出内壁线切割槽回波最大时的弧长L ? , 查对表3,与哪一个K值所对应的弧长最为接近,即 为此K值。 3. 2. 2 探头前沿b和横波折射角的测定(方法 2) 如图8所示,C,D为距表面深度为h1和h2的 两个孔,A和B为两孔最大回波时的入射点,L1 ? 和 L2 ? 为此时测得的弧长,试块半径为R。以O为圆心, 以(R-h1)为半径画弧交A D于C 点,过圆心O作 直线OC,由图可知L1 ? =L1 ? 。 (1)= 180(L2 ? -L1 ? )? R= 5

10、7. 3 (L2 ? -L1 ? )?R (2)在OC D中,OC=R-h1,OD=R-h2。 由余弦定理可得 CD = ( R-h1) 2 +(R-h2) 2 - 2( R-h1) (R-h2 )cos 1? 2 由正弦定理 sin R-h2= sin CD 得 sin= sinR -h2 CD 472 张志超:在役超高压水晶釜的超声波检测 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 标准搜搜网 提供各类标准行业资料免费下载 图8 = sin- 1sin R-h2 CD (3)A CO= 1

11、80- sinA CO= sin (180-) = sin 在A CO中,由正弦定理得 sinS OC = sinA CO R 所以sinS= sin R-h1 R 所以S= sin- 1sin (R-h1) (R-h2) CDR (4)=-S = 180 R (b+L1 ? ) = 57. 3 R (b+L1 ? ) b= R 57. 3 -L1 ? 这样可求得探头前沿b和横波折射角 S。 用不同深度的孔所测得的b和 S值误差较大, 笔者建议采用方法1测量探头前沿b和K值。 4 dB曲线的制作和探伤灵敏度的确定 笔者建议采用一次波探伤,相对于利用内、 外壁 V形槽的二次波探伤来讲,一次波探伤

12、声程短、 定位 精度高、 杂波少,而且线切割槽比V形槽更接近于 内壁裂纹的实际状况。利用一次波探伤时近外表面 有约30mm的盲区。 利用试块上四个 3mm横通孔,即可作出dB 曲线。再测出1mm线切割槽的回波与dB曲线的分 贝差 ,将dB曲线降低 ,即为水晶釜周向探伤的 判废灵敏度,扫查灵敏度比判废灵敏度再降低6dB。 5 结论及建议 (1)目前,在对福建省现有规格的水晶釜作周 向检测时均用纯横波。 (2)轴向探测周向裂纹时,注意台阶特征回波 的识别,不要造成误判。 (3)因为水晶釜的探伤需要几种规格的探头, 所以最好使用数字式探伤仪,它可同时储存几个探 头的参数,而且比模拟探伤仪精确,便于判

13、断。 (4)因为材质屈强比接近1,裂纹扩展速度快, 所以有条件的生产厂家应配备超声探伤人员,经常 对釜体重要区域进行超声检测,尽早发现内壁裂纹, 减少爆炸事故的发生。 (5)因为用小K值探头作周向探测时,釜体外 表面约有30mm的盲区,所以,水晶釜生产厂家在 制造过程中还要用折射角约65 的大K值横波斜探 头扫查釜体外表面约30mm深的范围。 收稿日期: 1999211230 (上接第262页) 壁面上钻孔,使用较麻烦,但准确度较高。因此建议 在火灾现场采用两种方法,互为补充。 可用平测法大 量测试衬砌受损壁面,然后选择若干个有代表性的 衬砌部位作对测法测试,以校核平测法的结果。 (3)超声波

14、速因其与衬砌混凝土损伤程度间存 在较好的规律性(尤其是对测法 ), 可作为隧道火灾 现场判断衬砌受损情况的依据,实际应用涉及火灾 前混凝土的强度与超声波速时,可在隧道中未受火 灾损伤的衬砌上取样测试,或根据竣工资料确定。 参考文献 1 彭立敏,刘小兵,杜思村.不同温度量级对隧道衬砌强度 损伤程度的试验研究.铁道学报, 1997, 19(5): 87- 94 2 建筑物的耐火等级.防火检查手册.上海:上海科技出版 社, 1982. 3 琼斯 R, 弗格瓦洛.混凝土非破损试验法.北京:中国建 筑工业出版社, 1982. 4 侯宝隆,蒋之峰.混凝土非破损试验方法.北京:北京地震 出版社, 1992. 5 杨彦克,郑盛娥.超声法用于高温(火灾)后混凝土的损伤 评估.铁道建筑, 1992(3): 408- 412 6 罗骐先.对当前各类无损检测方法的评价.建筑工程无损 检测技术全国第四届学术交流会论文集,安徽屯溪: 1992. 收稿日期: 1999207219 572 张志超:在役超高压水晶釜的超声波检测 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 标准搜搜网 提供各类标准行业资料免费下载