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1、压力容器年 乏 在役钢制压力容器安全评定中的无损检测 合肥通用机械研究所何泽云袁榕刘庆李泽震 一 压力容器缺陷评定 规范主 要是针对压力容器常见失效方式 , 如脆断 、 疲 劳 、 泄漏和塑性失稳等给出较具体的 评定方 法 , 同时也对压力容器的应力腐蚀 、 腐蚀疲劳 、 蠕变和蠕变疲劳给出一般性的指导原则 。 不管 是哪 种失效形式 , 其安全评定的基础数据都是 缺陷的性质 、 尺寸尤其是缺陷在容器壁厚方 向上的 自身高度和深度 、 形状和方位等 。 由 于缺陷不同 , 处理方法也不 同对不同位置的 表面缺陷 、 埋藏缺陷和穿透缺陷的计算公式和 参数选取不一样 , 其共面缺陷和非共面缺陷群
2、的数据处理也截然不 同因此无损检测的关键 数据包括缺陷离探伤表面深度 , 自身高度以 及相互间距如果稍有出入 , 则对评定结果将 产生很大的影响 。 缺陷的定性 、 定量 、 定位的 准确性和可靠性对安全评定有着很重 要 的 意 义 。 一 、 定性检测 规范根据不 同类型的缺陷对压力容 器安全性的影响将其分为两类一类为面状缺 陷 , 它 包括裂纹 、 未 熔合 、 未焊透 、 咬边和叠 层等另一类为非面状缺陷体积状缺陷 , 一般包括气孔 、 夹渣等 。 面状缺陷危害性大 , 故 “ 合于使用 ” 规范要求无损检测能定性区分 各类缺陷 , 至少也要区分出是不是面状缺陷 。 对于面状缺陷 , 仅
3、使用射线 照相法常常 会引起漏检 。 特别是 当裂纹面与射线束不平 行时 , 更是这样 。 如对于型或型焊缝坡口的 未熔合裂纹 , 其所在平面与焊缝熔合线平行 , 而 与射线束成一定角度 , 因此在射线底片上 得 不到反映 。 这种实例在现场检测 中也 时 常 发 生乞例如在对岳阳石化总厂 的竺 “ 球罐 检测时 , 用超声波在环缝上发现三处较严重 的面状缺陷 , 而用射线在该处复查时 , 均未 发现缺陷 , 最后经返修验证 , 发现在上述地方 存在与坡口熔合线平行的严重未熔合和裂纹 。 再如对上海金山石化总厂 “ 球罐的无损 检测中 , 在 一 号射线底片上只看到少 许气孔 , 经超声波复验
4、后发现一条长 二 , 高的裂纹 在 一 号射线底片上只 发现夹渣 , 而经超声波复验又发现一条长 、 高的未焊透在一和 一号射线底片上只发现条状夹渣 , 而经超声 复检在夹渣附近又分别发现二条长 , 高 的未熔合 。 由此可见 , 从安全评定的角度来看 , 射 线检测容易发现 的缺陷往往是危害度较小 的体 积状缺 陷 , 而对危害度较大的裂纹 、 未熔合和 未焊透等面状缺陷却容易发生漏检 。 超声波检测对面状缺陷的灵敏度较高 , 检 出率较大 , 但也并非没有漏检 。 这除了某些技 术上的原因之外 , 还取决于检测人员的技术水 平和责任心 。 如有人曾用常规方法对一条分布 有大量斜裂纹 “ 的
5、焊缝作超声检测合 格 后 , 其他人作复验时 , 将探头边旋转边前后移 动扫查 , 结果发现 了十几条 “ 斜裂纹 。 因此为 避免这类缺陷的漏检 , 必须采用将探头偏转 。“ 的斜扫查 , 以保证将这类缺陷检测出 来 。 在当焊缝局部区域同时严重存在多种类型 缺陷时 , 使用射线照相并辅之于超声波加以 判断 , 将可取得满意的结果 。 如岳 阳石化总厂 “ 竺球罐环缝检测时 , 就是在超声波 检测的基础上 , 通过 正 、 斜两张光底片辅以 判断 , 来确定一段焊缝的缺陷性质的 。 因此现 场检测时 , 必须利用这两种方法的各自特点 , 来解决实际问题 。 第卷第 期 二 、 定量检测 “
6、合于使用 ” 规范要求对缺陷进行定量检 测 , 特别是对埋藏缺陷要求能较精确地检测出 缺陷的自身高度 , 对于表面缺陷则要求较精确 地检测 出缺陷的深度 。 这两个尺寸是安全评定 的关键尺寸 , 以埋藏裂纹为例 评价裂纹危险程度的等效裂纹尺寸 , 主 要取决于埋藏裂纹的半高 , 而系 数及 劝均 是取决于裂纹形貌裂纹半高与半长之比 的比值 。 但其变化值不大 , 如一时 , 则 , 冲 二 。 可见对于埋藏裂 纹来 说 , 其高度为决定性的因素 , 而一般情 况下 , 长度居于次要地位 。 对 于表面裂纹 一 、。 “不, 一 气之, 与埋藏裂纹情况类似 , 裂纹深度在这里 深度和半高相等是决
7、定因素 , 而一般情况下 , 长度居于次要地位 。 用射线底片黑度对比法来确定缺陷高度 是测量缺陷高度的方法之一 。 但如前所述 , 由 于某些情况下它对裂纹等面状缺陷易产生 漏 检 , 同时黑度对比法不能确定出缺陷的埋藏深 度 , 加上这种方法的精度很差 , 因此 , 在安全 评定中一般不采用这种方法 , 而主要采用超声 波法来确定缺陷的自身高度和深度 。 一般情况 下 , 超声波检测不作定量测高 , 只给出缺陷的 波幅位置和长度 。 对缺陷进行测高是安全评定 的特殊要求 。 因此 , 为了保证测高测深精 度 , 必须事先进行实验室试验 , 获得必要的数 据 。 通过大量的试验 , 可确保测
8、高精度误差小 于 。 在现场对在役容器进行缺陷测 高前 , 需先在标准试块上校正仪器 , 针对不同 材料 、 不同厚度制定出包括仪器 、 探头及灵敏 度选择的操作方案 , 然后再进行现场检测 。 例 如 , 对不同板厚及不 同位置的缺陷应采用不同 的测高方法 。 力容器 , 当容器壁厚较薄时 , 可采用法进行测 高 。 例如我们在岳 阳石 油化工总厂检测容 号板厚的球罐 “ 时 , 共 发 现 多条裂纹 , 用法测其高度在之 间 , 返修解剖时发现缺陷实际高度 在 之间 , 总准确率在左右 。 最大误差 为 。 当然 , 为提高测量精度 , 对重点界 限值缺 陷采用聚焦探头法 、 端点衍射法
9、, 对表面裂纹 采用表面波法及用裂纹测深仪进行互校都是有 效措施 。 由此可见 , 采用超声波对缺陷进行测 高和测深时 , 只要使用方法适当 , 效果是很好 的 , 且操作简便 , 便于在工程现场使用 。 三 、 定位测量 规范要求较精确地确定缺陷相对于 自由表面的距离以及缺陷互相间的距离 。 对于 埋藏裂纹来说 , 如果缺陷端点到自由表面的距 离 , 小于缺陷高度的倍时 , 则需要将此 埋 藏缺陷划为表面缺陷裂纹对于表面裂纹 来说 , 如果端点到背面的距离小于壁厚的 倍时 , 则需将此表面裂纹划为穿透裂纹 。 规范 规定厚度 方向两相邻缺陷在厚度方向的最小距 离小于较小缺陷高度时 , 这些共
10、面缺陷都需复 合为一个大的缺陷 , 而非共面缺陷面距小于较 小缺陷尺寸时 , 也需按共面缺陷进行处理 。 所 有这些 , 都要求无损检测对缺陷进行较为精确 的定位测定 。 为了满足安全评定的要求 , 无损检测工作 者还必须采用射线 、 超声波和磁粉等方法进 行综合探伤 。 如岳阳石化总厂的容一号罐 的环缝 , 由于未焊透和夹渣大量出现在焊道 中部 , 因而在该位置反射波幅很强烈 , 超声波 无 法分辨究竟是何种缺陷 , 后经二个方向射线 复检 , 在片子上能比较清楚地将各种类型缺陷 区分开来 , 不仅为该处超声波确定缺陷 自身高 度提供了可靠的保证 , 而且还辅以分辨了缺陷 的位置 。 再如该
11、厂容一 号球罐的缝上 , 由 于内壁受硫化氢气体的腐蚀 , 在焊缝热影响区 存在腐蚀疲劳裂纹 。 又由于其取 向和位衅叨原 。 一诊 一一 一 器 一 容 一 力一压 一 , 年月 因 , 焊缝根部裂纹与焊缝加强高反射回波无法 分辨 。 无论是超声波或是射线都无法准确 测 出这种表面裂纹 , 通过内壁磁粉探伤才妥善解 决了这个间题 。 因此 , 压力容器安全评定无损 检测是几种检测方法的综合会诊结果 。 四 、 关键缺陷的检测 现有常规无损检测方法要完全满足 规范的要求 , 特别是精确地确定缺陷自身高度 及缺陷埋藏深度还存在一定的困难 。 但是 “ 合 于使用 ” 规范并不要求对每个缺陷都要精
12、确地 描绘其形状和尺寸 , 而是从影响使用条件出发 , 要求对重点危险部位作重点检测 。 例如 , 高应变 区危险程度大于一般部位 , 筒体纵向缺陷危险 程度大于横向缺陷从材料特性来说 , 则要求重 点检测断裂韧性较差的部位 。 对于前两种条件 相同的部位 , 如果尺寸大的缺陷不影响使用 , 则数目繁多 的小尺寸同类缺陷就无 需考虑 。 这是由于 “ 合于使用 ” 规范综合考虑了应 力 、 材料包括焊缝断裂韧性和裂纹尺寸三 要素 , 从而将缺陷区分为可以接受的或不 可以 接受的两大类 。 因而对无损检测人员来说 , 只 要我们能保证不漏掉危险性大的缺陷 , 并集中 精力对大缺陷进行定性 、 定
13、量 、 定位测量 , 就 能满足安全评定的要求 , 而不需对大大小小的 缺陷泛泛地检测 , 把精力消耗在本来就相当安 全的部位与危险程度小的众多小缺陷身上 。 在役压力容器安全评定对无损检测的特殊 要求 , 使得记录方式与常规无损检测方法有所 不 同 。 后者是根据目前我国常用的一 “ 钢焊缝射线照相及底片等级 分类 法 ” 和 一 “ 钢制压力容器对接焊缝超声波探 伤 ” 标准进行探伤和记录的 。 而前者则是根据 安全评定对各种典型部位在比较苛 刻的条件下 初步估算出的缺陷界限长度和自身高度来进行 记录的 。 若实际缺陷小于这一界限记录值 , 则 均不再记录 。 这样一来 , 记录的缺陷要比
14、常规 方法记录的缺陷大为减少 , 从而保证探伤人员 能集中精力仔细地对这些缺陷进行测定 , 以提 高定量精度 。 当然 , 这样记录也会产生一些副 作用 , 即由其它方法检测 出的缺陷由于量和性 质 的原 因 , 可能在安全评定的无损检测记录 中 没有反映 , 有时也会产生一种糊涂认识 , 认为 测试结果相互矛盾 。 但对安全评定本身来 说 , 这样的记录方式已经是足够了 。 五 、 检测人员素质要求 安全评定无损检测人员要求具有熟练的无 损检测技能以及有关压力容器 、 断裂力学 、 焊 接 、 材料等基础知识 , 同时还要具有一定的实践 经验 。 例如 , 若焊缝系 电渣焊缝 , 在工艺掌握
15、 不好时 , 有可能产生斜裂纹 。 又如若焊接时采 用了酸性焊条则易产生横向裂纹 , 此时作超声 波检测就不能轻易放过波幅不高的缺陷 , 对这 些缺陷最好再从焊肉上 、 沿着焊缝方向进行检 测 , 这样才能避免横裂纹的漏检 。 上接页 三 、 结论 沿用至今的层板包扎逐层相错角 “ 的 来由已经本文求得 。 只有当时 , “ 为最 佳值 。 当时 , 即有异对焊缝是沿圆周 重 合分布的 。 而且 , 当包扎至妻之后 , 会出现 任意层间焊缝的最小夹角等于 。 的现象 , 根据 有的研究报告此时应考虑焊缝影响系数 。 本文给出层板包扎逐层相错角度的计算 公式以及层板按两片和三片下料 , 的 相错角度的计算结果 , 可供层板容器设计者选 用 。 为了减少相错角度的繁杂给制造厂带来不 便 , 笔者建议在表 、 表 给出的计算值基础上 , 可根据制造厂的产品规格和管理水平确定儿个 选用档次 。 例如 , 对于层板按两 片下料 , 当 落镇时 , 包扎相错角度可选定为 “ 当 簇簇时 , 则可选定为 “。 参考文献 陈景润 , 初等数论 、 亚 , 科学出版社 , 。