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壓力容器無損檢測汽車與鐵路罐車的無損檢測技術(shù)

文檔作者：焦陽李光海沈功田文檔來源：河北工業(yè)大學(xué) 中國特種設(shè)備檢測研究中心		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年08月17日
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壓力容器無損檢測
———汽車與鐵路罐車的無損檢測技術(shù)
焦 陽李光海,沈功田
(河北工業(yè)大學(xué),天津300130) (中國特種設(shè)備檢測研究中心,北京100013)
摘要:綜述汽車與鐵路罐車在制造、使用過程中可能出現(xiàn)的缺陷和分別采用的無損檢測方法,包括
射線、超聲、磁粉、滲透、漏磁、聲發(fā)射和磁記憶檢測等,并分別介紹各無損檢測方法的特點。
關(guān)鍵詞:壓力容器;罐車;超聲檢測;磁粉檢測;射線檢測;滲透檢測;漏磁檢測;聲發(fā)射檢測;磁記憶檢測
中圖分類號: TG115. 28 文獻標識碼:A 文章編號:100026656 (2005) 1020542204
Nondestructive Testing of Pressure Vessels :
Nondestructive Testing Technique for Truck and Railway Tankers
JIAO Yang
( Hebei University of Technology , Tianjin 300130 , China)
LI Guang-hai , SHEN Gong-tian
(China Special Equipment Inspection and Research Center , Beijing 100013 , China)
Abstract : The defect s possibly bring about in t ruck and railway tankers during their fabrication
and using andthe relative nondest ructive testing methods were reviewed , including radiographic
testing , ult rasonic testing ,magnetic particle testing , dye penet rant testing , magnetic flux leakage
testing , acoustic emission testing andmagnetic memory testing. The characteristics of the methods
were also int roduced.
Keywords : Pressure vessel ; Tanker ; Ult rasonic testing ; Magnetic particle testing ;
Radiographic testing ;Penet rant testing ; Magnetic flux leakage testing ; Acoustic emission testing ;
Magnetic memory testing
《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》將汽車罐車(液化氣體運輸(半掛) 車、低溫液體運輸(半掛) 車) 、
鐵路罐車(介質(zhì)為液化氣體和低溫液體) 和罐式集裝箱(介質(zhì)為液化氣體和低溫液體) 統(tǒng)稱為移動式壓力
容器,有常溫型、低溫型和深冷型。它們廣泛用于石油和化學(xué)、航天航空、電子與機械、食品與煙草和醫(yī)
療等領(lǐng)域,特別是近幾年來,我國加快城市燃氣化的步伐和加大環(huán)境保護的力度,對該類容器的需求量迅
速增加。由于移動式壓力容器儲運的介質(zhì)絕大部分是易燃、易爆以及有害等液化氣體和低溫液體,如突發(fā)
安全事故,會給國家財產(chǎn)和人民生命帶來極大危害。因而必須對移動式壓力容器進行檢測,以保證其安全
使用。下面將針對其制造和使用的特點,綜述其在不同階段采用的無損檢測技術(shù)的特點和要求。另外,對
于低溫和深冷型容器的無損檢測技術(shù)將在后續(xù)專題中進行專門論述。
汽車罐車和鐵路罐車涉及到交通管理、公安消防、特種設(shè)備、危險化學(xué)品運輸?shù)葘I(yè)領(lǐng)域,我國現(xiàn)有
涉及這兩類移動式壓力容器無損檢測技術(shù)和要的法規(guī)或技術(shù)規(guī)范主要有原國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局頒布的
《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》(1999 版) 、國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局頒布的《壓力容器定期檢驗規(guī)
則》(2004 版) 、原勞動部頒布的《液化氣體汽車罐車安全監(jiān)察規(guī)程》(1994 版) 和原化學(xué)工業(yè)部頒布
的《液化氣體鐵路罐車安全管理規(guī)程》(1987 版) ;涉及這兩類移動式壓力容器無損檢測技術(shù)的相關(guān)標準
主要有JB/ T 6897 % 2000《低溫液體槽車》、JB/ TQ782 %1989《液化石油氣槽車》、HG 2599 % 1994
《液氨汽車罐車技術(shù)條件》、GB 10478 %1989《[(力)] T 液化氣體鐵道罐車技術(shù)條件》和GB 10479
%1989《鋁制鐵道罐車技術(shù)條件》。
1 制造過程中的無損檢測技術(shù)
汽車罐車和鐵路罐車的制造要求在《液化氣體汽車罐車安全監(jiān)察規(guī)程》和《液化氣體鐵路罐車安全
管理規(guī)程》(簡稱兩個規(guī)程) 中分別有相應(yīng)的規(guī)定,《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》(簡稱《容規(guī)》) 中也
對這兩類移動式壓力容器的制造提出了無損檢測要求。由于各規(guī)程制訂的部門不同,實施的日期不同,所
以對兩類移動式壓力容器的制造要求和無損檢測的驗收標準也各不相同。對于制造中的無損檢測除滿足
設(shè)計標準和文件外,通常還應(yīng)滿足《容規(guī)》的要求,如無損檢測應(yīng)按JB 4730 —2005《承壓設(shè)備無損檢測》
的規(guī)定進行。而對《容規(guī)》沒有涉及到的兩類車輛本身具有的其它特殊要求,還應(yīng)符合上述兩個規(guī)程的規(guī)
定。
1. 1 原材料的無損檢測
用于制造罐體的碳素鋼和低合金鋼鋼板應(yīng)逐張進行超聲檢測,鋼板的超聲檢測應(yīng)按JB 4730 的規(guī)定
進行,鋼板的合格等級不應(yīng)低于Ⅱ級。超聲檢測的主要目的是發(fā)現(xiàn)板材在冶煉和軋制過程中產(chǎn)生的分層、
白點、折疊重皮和裂紋等缺陷?？蛇x鋼板的任一軋制平面進行檢測,探頭沿垂直于鋼板壓延方向,間距為
100 mm 的平行線進行掃查,也可根據(jù)合同、技術(shù)協(xié)議書或圖樣的要求,進行其它形式的掃查,當發(fā)現(xiàn)缺陷
后應(yīng)在缺陷周圍附近認真細查并測量缺陷的面積。缺陷的性質(zhì)應(yīng)根據(jù)波形特點和鋼板制造工藝綜合判斷,
例如白點缺陷波形尖銳活躍,重復(fù)性差,底波明顯降低,次數(shù)減少,移動探頭時回波起伏大,此起彼落,且在板
厚方向?qū)ΨQ等。
1. 2 制造過程中的無損檢測
汽車和鐵路罐車的罐體對接焊縫容易出現(xiàn)氣孔、夾渣、未熔合、未焊透和裂紋等多種焊接缺陷,因此
采用無損檢測控制焊接質(zhì)量十分重要。通常對焊縫內(nèi)部的缺陷采用射線或超聲檢測,對有無損檢測要求的
角接接頭和T 形接頭,不能進行射線或超聲檢測時,應(yīng)進行磁粉或滲透檢測。
上述的《容規(guī)》和兩個規(guī)程對罐體制造過程中的無損檢測有如下要求: ① 無損檢測人員應(yīng)按照《鍋
爐壓力容器無損檢測人員資格考核規(guī)則》進行考核,取得資格證書,方能承擔與資格證書的種類和技術(shù)等
級相應(yīng)的無損檢測工作。②罐體的焊接接頭,應(yīng)先進行形狀尺寸和外觀質(zhì)量的檢查,合格后,才能進行無損
檢測。有延遲裂紋傾向的材料應(yīng)在焊接完成后24 h 進行無損檢測;有再熱裂紋傾向的材料應(yīng)在熱處理后
再增加一次無損檢測。③ 罐體和人孔的對接接頭必須進行全部射線或超聲檢測。④罐體人孔、補強板、
接管等角接接頭表面應(yīng)全部進行磁粉或滲透檢測。
在《液化氣體鐵路罐車安全管理規(guī)程》中還規(guī)定,當罐體對接接頭選用100 %超聲波探傷時,至少還
應(yīng)補加20 %的射線復(fù)查。射線復(fù)查部位應(yīng)包括焊縫交叉部位和超聲波探傷的可疑部位。經(jīng)復(fù)查發(fā)現(xiàn)有
超標缺陷時,應(yīng)增加10 %(相應(yīng)焊縫總長) 的復(fù)驗長度,如仍發(fā)現(xiàn)超標缺陷,則應(yīng)進行100 %復(fù)驗。檢測標
準按JB 4730 進行。射線照相的質(zhì)量要求不應(yīng)低于AB 級,對100 %檢測的對接接頭,檢測結(jié)果不低于Ⅱ
級為合格。對于100 %超聲檢測的對接接頭, Ⅰ級為合格。磁粉或滲透檢測前應(yīng)打磨受檢表面至露出金
屬光澤,并應(yīng)使焊縫與母材平滑過渡。檢測按JB4730 標準進行,檢測結(jié)果Ⅰ級合格。
2 在用汽車與鐵路罐車的無損檢測技術(shù)
《壓力容器定期檢驗規(guī)則》針對罐車的檢驗制訂了一個專門的附件《移動式壓力容器定期檢驗附要
求》,將《容規(guī)》和兩個規(guī)程進行了整合,提出了一個更規(guī)范、具體和操作性強的定期檢驗要求。將移動
式壓力容器中鐵路罐車的中修和大修以及罐式集裝箱的中間檢驗等統(tǒng)一規(guī)范稱為年度檢查和全面檢驗,
并把一些原年度檢查中有焊縫無損檢測的內(nèi)容劃分到全面檢驗內(nèi)容中。對罐車的在用檢驗《, 壓力容器
定期檢驗規(guī)則》的要求是,罐體角焊縫和內(nèi)表面對接焊縫應(yīng)進行100 %表面探傷,罐車存在以下情況之一
時,還應(yīng)對焊縫進行射線或超聲抽查,即①罐車停用時間超過1 a (年) ,重新投用的。②使用過程中補焊的
部位。③焊縫錯邊量、棱角度超標的部位。④焊接接頭出現(xiàn)滲漏的部位及其兩端延長部位。⑤因事故造
成罐體焊接接頭或近焊處嚴重損傷變形的部位。⑥上次埋藏缺陷檢查有懷疑,要求作跟蹤檢查的部位。⑦
有氫鼓包等應(yīng)力腐蝕傾向的。⑧用戶要求或檢驗人員認為有必要的。對已經(jīng)進行過射線或超聲抽查的,
下次全面檢查時,如果經(jīng)外觀或表面探傷檢查未發(fā)現(xiàn)缺陷,一般不再檢測,但罐體經(jīng)兩個全面檢驗周期后
應(yīng)該對上述部位進行射線或超聲復(fù)查。
隨著檢測手段的豐富,對于罐車的在用檢測,還可以采用聲發(fā)射判斷缺陷的活動性,或采用磁記憶檢
測方法確定某些高應(yīng)力集中部位是否存在疲勞損傷,以及用漏磁檢測的方法從罐體外表面對罐體內(nèi)表面
的腐蝕狀況進行監(jiān)測,這些技術(shù)尤其適用于罐車的日常在用檢測。
2. 1 表面檢測
罐車全面檢驗時,罐體人孔、補強板、接管等角焊縫和內(nèi)表面對接焊縫均采用表面檢測。鐵磁性材料
對接焊縫的表面檢測一般采用磁粉檢測,角焊縫無法采用磁粉檢測時也可采用滲透檢測方法。非鐵磁性材
料的表面檢測采用滲透檢測方法。罐車表面無損檢測時應(yīng)著重進行下列部位的檢測,即①焊縫與焊縫熱影
響區(qū)常會存在焊接裂紋和疲勞裂紋,特別是在焊縫的丁字口、角焊縫、接管焊縫和焊縫表面缺陷處。②局
部應(yīng)力過高的地方也容易產(chǎn)生疲勞和應(yīng)力腐蝕裂紋。罐車罐體中較高的應(yīng)力主要產(chǎn)生在結(jié)構(gòu)不連續(xù)的地
方,例如罐體的人孔開孔周圍,安全閥安裝孔、罐體中部罐底位于鞍座承板處、罐體與卡帶的結(jié)合處、封
頭的過渡部分及其附近、筒體與加焊附件的終止處等。
磁粉檢測一般采用便攜式磁軛探傷儀,其結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、使用方便。磁軛法采用單關(guān)節(jié)和多關(guān)節(jié)
磁軛縱向磁化工件,適用于罐體焊縫的局部檢測,如對接焊縫和角焊縫。其特點是設(shè)備簡單、操作方便,但
由于須在同一部位至少作兩次相互垂直的獨立檢測,故效率低,且易造成漏檢。交叉磁軛法采用旋轉(zhuǎn)磁場
磁化工件,適用于罐體對接焊縫的局部檢測。由于采用交叉磁軛能獲得旋轉(zhuǎn)磁場,靈敏可靠且探傷效率高,
故在在用罐體檢驗中廣泛應(yīng)用。采用旋轉(zhuǎn)磁場磁化工件常用完全連續(xù)磁化法。
JB 4730 標準規(guī)定磁軛法的磁化規(guī)范可根據(jù)靈敏度試片或提升力來確定。對于磁軛,當電磁軛極間距
為200 mm 時,交流電磁軛至少應(yīng)有44 N 的提升力,直流電磁軛至少應(yīng)有177 N 的提升力,其磁極間距
應(yīng)控制在50～200 mm ,但其有效磁化區(qū)域規(guī)定為兩極連線兩側(cè)±50 mm 區(qū)域,兩次檢測時應(yīng)重疊15
mm ;對于交叉磁軛,其提升力要求≮88 N[5 ] 。由于結(jié)構(gòu)或材料的原因無法進行磁粉檢測時,采用滲透檢
測。汽車和鐵路罐車滲透檢測主要采用著色滲透檢測。檢測前,焊縫表面必須用砂輪機、鐵刷等工具來清
除焊渣、鐵銹和油污氧化層等雜物,并要防止清理時將表面開口狀缺陷堵塞。在15 ～50 ℃的條件下,滲
透劑的滲透時間一般≮10 min 。常用擦除法去除溶劑。一般應(yīng)先用干凈不脫毛的布依次擦拭,直至大部
分多余滲透劑被清除后,再用蘸有清洗劑的干凈不脫毛的布或紙進行擦拭,直至將被檢面上多余的滲透劑
全部擦凈,不得往復(fù)擦拭,不得用清洗劑直接在被檢面沖洗。焊縫顯像通常采用噴涂法,噴涂顯像劑3～5
min 后,可用肉眼或借助于3～5 倍放大鏡觀察所顯示的圖像,觀察應(yīng)在被檢表面可見光照度> 500 lx 的
條件下進行。
2. 2 射線檢測
射線檢測的優(yōu)點是對檢測出的缺陷定性準確,比較直觀,便于多人對缺陷進行分析。對于在用罐車的
內(nèi)外部全面檢驗,其射線能量的選擇取決于透照工件厚度及材料種類,有時也根據(jù)設(shè)備條件而定。通常情
況下,隨著射線能量的減低,透照圖像的對比度增加。因此,在曝光時間許可的情況下,應(yīng)盡量采用較低的射
線能量。另外,對于超聲檢測發(fā)現(xiàn)的超標缺陷,通常采用射線檢測進行復(fù)驗,以進一步確定缺陷的性質(zhì)和具
體部位,為缺陷返修提供依據(jù)[1 ] 。
2. 3 超聲檢測
由于超聲波檢測的檢驗成本低、速度快,對面積型缺陷的檢出率高,適用于對接焊縫和角焊縫,檢測儀
器體積小、重量輕,現(xiàn)場使用較方便,而且與射線相比對人無傷害,因此在罐體的全面檢驗中得到廣泛使用
[ 1 ] 。隨著技術(shù)的發(fā)展,超聲檢測方法已經(jīng)能較為精確地實現(xiàn)缺陷的定量,這為缺陷的斷裂力學(xué)評定提供了
基礎(chǔ)條件。對于超標的埋藏缺陷,也有許多案例是通過安全評定的方法確定其使用的安全性。《液化氣體
鐵路罐車安全管理規(guī)程》對使用期限超過15 a 的液氯、液態(tài)二氧化硫罐車和使用期限超過20 a 的其
它介質(zhì)的罐車,提出綜合技術(shù)評定的要求,但對評定的內(nèi)容未作具體規(guī)定。一些檢驗單位對查出有超標缺
陷的罐體,運用安全評定的方法,來推知其能否繼續(xù)使用。
新修訂的JB 4730 規(guī)定超聲檢測缺陷自身高度測量方法有缺陷端點衍射波法、端部最大回波法和6
dB 法等,但目前使用測量精度最高的方法是缺陷端點衍射波法,精確范圍為0. 5～1 mm。超聲檢測分辨
力是超聲檢測的重要指標,分為時間分辨力、空間分辨力和對比度分辨力。時間分辨力反映了檢測結(jié)果在
時間上的可靠性,保證檢測過程中不出現(xiàn)漏檢現(xiàn)象?？臻g分辨力是指在一定的條件下,區(qū)分兩個相鄰反射
體的能力。對比度分辨力是指超聲圖像中相鄰兩個結(jié)構(gòu)能夠加以區(qū)別程度的度量。為了提高檢測分辨力,
TOFD 方法、相控陣方法和全息成像方法的理論研究已較為成熟,相應(yīng)的超聲波檢測儀器也開始推廣應(yīng)
用,這些方法可以得到內(nèi)部缺陷更直觀的顯示和更精確的數(shù)據(jù)。
2. 4 磁記憶檢測
罐體由于封頭、人孔和接管等結(jié)構(gòu)不連續(xù)性、焊縫內(nèi)殘余應(yīng)力、容器的支承、受壓元件加工制作的
殘余應(yīng)力和材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)不連續(xù)性等原因,不可避免地存在應(yīng)力集中,這些應(yīng)力集中部位在介質(zhì)、溫度、
壓力及罐體運輸過程中的顛簸等因素共同作用下易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂和疲勞裂紋。因此,找出罐體上應(yīng)力
集中部位,確定應(yīng)力集中的大小,分析其對罐車安全性能的影響,成為檢測中的關(guān)鍵。常規(guī)無損檢測方法(如
射線、超聲、磁粉和滲透檢測等) 只能檢測出一定尺寸的宏觀缺陷,很難發(fā)現(xiàn)微觀缺陷。而金屬磁記憶檢
測技術(shù)能檢出可能誘發(fā)損傷或破壞的應(yīng)力集中部位,為罐體的早期診斷提供了依據(jù)[2 ] 。磁記憶檢測主要
用于罐體的在線監(jiān)測和定期檢驗。目的是對設(shè)備的整體應(yīng)力集中狀況進行快速掃查,對可能存在的損壞進
行早期診斷,對診斷后可能存在問題的部位重點復(fù)查,以保障使用安全和預(yù)防事故發(fā)生。由于磁記憶檢測
對焊縫表面的清潔程度要求不高,不需要清理金屬被測表面,可以在保持金屬的原有狀態(tài)下進行檢測,而
且傳感器和被測表面間不需要耦合劑,傳感器可以離開金屬表面,因而檢測的準備工作相對簡單。在線的
磁記憶檢測可以總體上了解罐體的狀態(tài),預(yù)測應(yīng)力的發(fā)展情況,為合理判斷罐體的安全狀況等級提供依據(jù),
并可提前做好檢驗計劃。
2. 5 漏磁檢測
漏磁檢測除能發(fā)現(xiàn)表面和近表面裂紋性質(zhì)的缺陷外,最大的優(yōu)點是可以從外部發(fā)現(xiàn)罐體內(nèi)部的腐蝕
坑等缺陷,而且不需要對罐體表面進行打磨處理,適用于罐體在線檢測,而罐體在線檢測是目前用戶最急
需的方法,它可以減少不必要的停工,降低了檢驗成本。另外,漏磁檢測還能探知缺陷的某些特征尺寸,如深
度和長度等[ 3 ] 。
漏磁檢測應(yīng)用于罐體較多的是在線檢測。運用容器外壁的漏磁檢測技術(shù),分析容器壁內(nèi)的缺陷情況,
尤其是內(nèi)表面腐蝕的嚴重性及其分布情況。此外,漏磁檢測還可用于無人孔等停車檢驗時無法進行內(nèi)檢的
移動式壓力容器的缺陷檢測。目前對于無法進行內(nèi)部檢驗的設(shè)備除采用內(nèi)窺鏡觀察外,沒有很好的檢驗手
段,況且由于內(nèi)表面介質(zhì)的覆蓋無法清理等原因可能無法對內(nèi)表面的狀態(tài)進行有效觀察。漏磁檢測可用于
表面帶油漆層情況下的掃描檢測,而且從外部可測出內(nèi)壁存在的腐蝕坑大小和深度,從而降低了由于非必
要停車和打磨而增加的檢驗成本,同時也減輕了勞動強度。在線漏磁檢測可從總體上了解罐體內(nèi)表面狀態(tài)
和缺陷的分布情況,對重點設(shè)備和重要部位的漏磁檢測結(jié)果,可存檔作為一種定期抽查的參照依據(jù),以預(yù)
測罐車壁厚減薄的速率,確保設(shè)備能安全地運行到下一個檢驗周期。
2. 6 罐車的整體聲發(fā)射檢測
隨著國家標準GB/ T 18182《金屬壓力容器聲發(fā)射檢測及結(jié)果評價方法》的頒布實施,以及計算機及
電子儀器技術(shù)的發(fā)展,聲發(fā)射技術(shù)越來越多地應(yīng)用到在用壓力容器的檢測中。在整體監(jiān)測和活動性缺陷的
評價方面,聲發(fā)射技術(shù)有著其獨特的優(yōu)勢。罐車的罐體同樣可以采用聲發(fā)射檢測技術(shù)進行缺陷的嚴重性評
定,對缺陷實現(xiàn)精確定位。聲發(fā)射檢測特點是必須在檢測過程中對壓力容器進行加載,常用的加載方法為
壓力容器停止運行后進行的水壓或氣壓試驗,也可直接用工作介質(zhì)進行加載。對活動性缺陷,在加載過程
中用多個聲發(fā)射傳感器對壓力容器殼體進行整體監(jiān)測,以發(fā)現(xiàn)活性聲發(fā)射源并進行定位,然后用磁粉和超
聲等方法對活性聲發(fā)射源進行表面和埋藏缺陷檢測,排除干擾源,發(fā)現(xiàn)壓力容器上存在的真正缺陷。對已
知缺陷進行活動性監(jiān)測,判斷已知缺陷在給定的操作條件下是否有擴展的趨勢,也是聲發(fā)射技術(shù)的主要應(yīng)
用之一,為罐體的安全性評價提供科學(xué)依據(jù)。
3 結(jié)論
在汽車和鐵路罐車的制造和使用過程中,無損檢測技術(shù)在保證其質(zhì)量和安全運行中扮演了極其重要
的角色。對于原材料,即鋼板以超聲波檢測為主;對于制造過程,罐體的對接焊縫以射線照相或超聲檢測為
主,人孔、補強板和接管的角焊縫以磁粉和滲透檢測為主;對在用過程中的全面檢驗,罐體角焊縫和內(nèi)表面
的對接焊縫以表面檢測為主,有特殊情況時進行焊縫的射線和超聲抽查。隨著檢測技術(shù)的發(fā)展和儀器的開
發(fā),漏磁、磁記憶和聲發(fā)射檢測等自動化程度提高,對被檢對象要求低并可實現(xiàn)在線監(jiān)測的技術(shù)越來越廣
泛地應(yīng)用到罐車的檢驗過程中,為此類罐車的安全運行提供新的可靠的檢測手段。
參考文獻:
[1] 張萬嶺,沈功田. 壓力容器無損檢測———換熱器的無損檢測技術(shù)[J ] . 無損檢測,2005 ,27
(6) :308 - 312.
[2] 李光海,劉時風,沈功田. 壓力容器檢測中磁記憶檢測技術(shù)[J ] . 無損檢測,2004 ,26 (11) :570 -
574.
[3] 李光海,劉時風,沈功田. 漏磁檢測技術(shù)在壓力容器檢驗中的應(yīng)用[J ] . 無損檢測,2004 ,26
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