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在役鋼制壓力容器安全評定中的無損檢測

文檔作者：何澤云袁榕劉慶李澤震文檔來源：合肥通用機(jī)械研究所		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年12月11日
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壓 力 容 器 乏年
在役鋼制壓力容器安全評定中的無損檢測
合肥通用機(jī)械研究所何澤云袁榕劉慶李澤震
一《壓力容器缺陷評定規(guī)范》主
要是針對壓力容器常見失效方式, 如脆斷、疲
勞、泄漏和塑性失穩(wěn)等給出較具體的評定方
法, 同時(shí)也對壓力容器的應(yīng)力腐蝕、腐蝕疲勞、
蠕變和蠕變疲勞給出一般性的指導(dǎo)原則。不管
是哪種失效形式, 其安全評定的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)都是
缺陷的性質(zhì)、尺寸尤其是缺陷在容器壁厚方
向上的自身高度和深度、形狀和方位等。由
于缺陷不同, 處理方法也不同對不同位置的
表面缺陷、埋藏缺陷和穿透缺陷的計(jì)算公式和
參數(shù)選取不一樣, 其共面缺陷和非共面缺陷群
的數(shù)據(jù)處理也截然不同因此無損檢測的關(guān)鍵
數(shù)據(jù)包括缺陷離探傷表面深度, 自身高度以
及相互間距如果稍有出入, 則對評定結(jié)果將
產(chǎn)生很大的影響。缺陷的定性、定量、定位的
準(zhǔn)確性和可靠性對安全評定有著很重要的意
義。
一、定性檢測
規(guī)范根據(jù)不同類型的缺陷對壓力容
器安全性的影響將其分為兩類一類為面狀缺
陷, 它包括裂紋、未熔合、未焊透、咬邊和疊
層等另一類為非面狀缺陷體積狀缺陷,
一般包括氣孔、夾渣等。面狀缺陷危害性大,
故“ 合于使用” 規(guī)范要求無損檢測能定性區(qū)分
各類缺陷, 至少也要區(qū)分出是不是面狀缺陷。
對于面狀缺陷, 僅使用射線照相法常常
會引起漏檢。特別是當(dāng)裂紋面與射線束不平
行時(shí), 更是這樣。如對于型或型焊縫坡口的
未熔合裂紋, 其所在平面與焊縫熔合線平行, 而
與射線束成一定角度, 因此在射線底片上得
不到反映。這種實(shí)例在現(xiàn)場檢測中也時(shí)常發(fā)
生乞例如在對岳陽石化總廠的竺“ 球罐
檢測時(shí), 用超聲波在環(huán)縫上發(fā)現(xiàn)三處較嚴(yán)重
的面狀缺陷, 而用射線在該處復(fù)查時(shí), 均未
發(fā)現(xiàn)缺陷, 最后經(jīng)返修驗(yàn)證, 發(fā)現(xiàn)在上述地方
存在與坡口熔合線平行的嚴(yán)重未熔合和裂紋。
再如對上海金山石化總廠“ 球罐的無損
檢測中, 在一號射線底片上只看到少
許氣孔, 經(jīng)超聲波復(fù)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)一條長二,
高的裂紋在一號射線底片上只
發(fā)現(xiàn)夾渣, 而經(jīng)超聲波復(fù)驗(yàn)又發(fā)現(xiàn)一條長
、高的未焊透在一和
一號射線底片上只發(fā)現(xiàn)條狀夾渣, 而經(jīng)超聲
復(fù)檢在夾渣附近又分別發(fā)現(xiàn)二條長, 高
的未熔合。
由此可見, 從安全評定的角度來看, 射
線檢測容易發(fā)現(xiàn)的缺陷往往是危害度較小的體
積狀缺陷, 而對危害度較大的裂紋、未熔合和
未焊透等面狀缺陷卻容易發(fā)生漏檢。
超聲波檢測對面狀缺陷的靈敏度較高, 檢
出率較大, 但也并非沒有漏檢。這除了某些技
術(shù)上的原因之外, 還取決于檢測人員的技術(shù)水
平和責(zé)任心。如有人曾用常規(guī)方法對一條分布
有大量斜裂紋“ 的焊縫作超聲檢測合格
后, 其他人作復(fù)驗(yàn)時(shí), 將探頭邊旋轉(zhuǎn)邊前后移
動掃查, 結(jié)果發(fā)現(xiàn)了十幾條“ 斜裂紋。因此為
避免這類缺陷的漏檢, 必須采用將探頭偏轉(zhuǎn)
?！?的斜掃查, 以保證將這類缺陷檢測出
來。
在當(dāng)焊縫局部區(qū)域同時(shí)嚴(yán)重存在多種類型
缺陷時(shí), 使用射線照相并輔之于超聲波加以
判斷, 將可取得滿意的結(jié)果。如岳陽石化總廠
“ 竺球罐環(huán)縫檢測時(shí), 就是在超聲波
檢測的基礎(chǔ)上, 通過正、斜兩張光底片輔以
判斷, 來確定一段焊縫的缺陷性質(zhì)的。因此現(xiàn)
場檢測時(shí), 必須利用這兩種方法的各自特點(diǎn),
來解決實(shí)際問題。
第卷第期
二、定量檢測
“ 合于使用” 規(guī)范要求對缺陷進(jìn)行定量檢
測, 特別是對埋藏缺陷要求能較精確地檢測出
缺陷的自身高度, 對于表面缺陷則要求較精確
地檢測出缺陷的深度。這兩個尺寸是安全評定
的關(guān)鍵尺寸, 以埋藏裂紋為例
評價(jià)裂紋危險(xiǎn)程度的等效裂紋尺寸, 主
要取決于埋藏裂紋的半高, 而系數(shù)及勸均
是取決于裂紋形貌裂紋半高與半長之比
的比值。但其變化值不大, 如一時(shí),
則, 沖二?？梢妼τ诼癫亓?
紋來說, 其高度為決定性的因素, 而一般情
況下, 長度居于次要地位。
對于表面裂紋
一、。
“ ‘ 不, 一氣之,
與埋藏裂紋情況類似, 裂紋深度在這里
深度和半高相等是決定因素, 而一般情況下,
長度居于次要地位。
用射線底片黑度對比法來確定缺陷高度
是測量缺陷高度的方法之一。但如前所述, 由
于某些情況下它對裂紋等面狀缺陷易產(chǎn)生漏
檢, 同時(shí)黑度對比法不能確定出缺陷的埋藏深
度, 加上這種方法的精度很差, 因此, 在安全
評定中一般不采用這種方法, 而主要采用超聲
波法來確定缺陷的自身高度和深度。一般情況
下, 超聲波檢測不作定量測高, 只給出缺陷的
波幅位置和長度。對缺陷進(jìn)行測高是安全評定
的特殊要求。因此, 為了保證測高測深精
度, 必須事先進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn), 獲得必要的數(shù)
據(jù)。通過大量的試驗(yàn), 可確保測高精度誤差小
于。在現(xiàn)場對在役容器進(jìn)行缺陷測
高前, 需先在標(biāo)準(zhǔn)試塊上校正儀器, 針對不同
材料、不同厚度制定出包括儀器、探頭及靈敏
度選擇的操作方案, 然后再進(jìn)行現(xiàn)場檢測。例
如, 對不同板厚及不同位置的缺陷應(yīng)采用不同
的測高方法。
力容器,
當(dāng)容器壁厚較薄時(shí), 可采用法進(jìn)行測
高。例如我們在岳陽石油化工總廠檢測容
號板厚的球罐“ 時(shí), 共發(fā)現(xiàn)
多條裂紋, 用法測其高度在之
間, 返修解剖時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷實(shí)際高度在
之間, 總準(zhǔn)確率在左右。最大誤差為
。
當(dāng)然, 為提高測量精度, 對重點(diǎn)界限值缺
陷采用聚焦探頭法、端點(diǎn)衍射法, 對表面裂紋
采用表面波法及用裂紋測深儀進(jìn)行互校都是有
效措施。由此可見, 采用超聲波對缺陷進(jìn)行測
高和測深時(shí), 只要使用方法適當(dāng), 效果是很好
的, 且操作簡便, 便于在工程現(xiàn)場使用。
三、定位測量
規(guī)范要求較精確地確定缺陷相對于
自由表面的距離以及缺陷互相間的距離。對于
埋藏裂紋來說, 如果缺陷端點(diǎn)到自由表面的距
離, 小于缺陷高度的倍時(shí), 則需要將此埋
藏缺陷劃為表面缺陷裂紋對于表面裂紋
來說, 如果端點(diǎn)到背面的距離小于壁厚的
倍時(shí), 則需將此表面裂紋劃為穿透裂紋。規(guī)范
規(guī)定厚度方向兩相鄰缺陷在厚度方向的最小距
離小于較小缺陷高度時(shí), 這些共面缺陷都需復(fù)
合為一個大的缺陷, 而非共面缺陷面距小于較
小缺陷尺寸時(shí), 也需按共面缺陷進(jìn)行處理。所
有這些, 都要求無損檢測對缺陷進(jìn)行較為精確
的定位測定。
為了滿足安全評定的要求, 無損檢測工作
者還必須采用射線、超聲波和磁粉等方法進(jìn)
行綜合探傷。如岳陽石化總廠的容一號罐
的環(huán)縫, 由于未焊透和夾渣大量出現(xiàn)在焊道
中部, 因而在該位置反射波幅很強(qiáng)烈, 超聲波
無法分辨究竟是何種缺陷, 后經(jīng)二個方向射線
復(fù)檢, 在片子上能比較清楚地將各種類型缺陷
區(qū)分開來, 不僅為該處超聲波確定缺陷自身高
度提供了可靠的保證, 而且還輔以分辨了缺陷
的位置。再如該廠容一號球罐的縫上, 由
于內(nèi)壁受硫化氫氣體的腐蝕, 在焊縫熱影響區(qū)
存在腐蝕疲勞裂紋。又由于其取向和位釁叨原
。一診
一
一
容? 一器
一
壓 一力 一, 年月
因, 焊縫根部裂紋與焊縫加強(qiáng)高反射回波無法
分辨。無論是超聲波或是射線都無法準(zhǔn)確測
出這種表面裂紋, 通過內(nèi)壁磁粉探傷才妥善解
決了這個間題。因此, 壓力容器安全評定無損
檢測是幾種檢測方法的綜合會診結(jié)果。
四、關(guān)鍵缺陷的檢測
現(xiàn)有常規(guī)無損檢測方法要完全滿足
規(guī)范的要求, 特別是精確地確定缺陷自身高度
及缺陷埋藏深度還存在一定的困難。但是“ 合
于使用” 規(guī)范并不要求對每個缺陷都要精確地
描繪其形狀和尺寸, 而是從影響使用條件出發(fā),
要求對重點(diǎn)危險(xiǎn)部位作重點(diǎn)檢測。例如, 高應(yīng)變
區(qū)危險(xiǎn)程度大于一般部位, 筒體縱向缺陷危險(xiǎn)
程度大于橫向缺陷從材料特性來說, 則要求重
點(diǎn)檢測斷裂韌性較差的部位。對于前兩種條件
相同的部位, 如果尺寸大的缺陷不影響使用,
則數(shù)目繁多的小尺寸同類缺陷就無需考慮。
這是由于“ 合于使用” 規(guī)范綜合考慮了應(yīng)
力、材料包括焊縫斷裂韌性和裂紋尺寸三
要素, 從而將缺陷區(qū)分為可以接受的或不可以
接受的兩大類。因而對無損檢測人員來說, 只
要我們能保證不漏掉危險(xiǎn)性大的缺陷, 并集中
精力對大缺陷進(jìn)行定性、定量、定位測量, 就
能滿足安全評定的要求, 而不需對大大小小的
缺陷泛泛地檢測, 把精力消耗在本來就相當(dāng)安
全的部位與危險(xiǎn)程度小的眾多小缺陷身上。
在役壓力容器安全評定對無損檢測的特殊
要求, 使得記錄方式與常規(guī)無損檢測方法有所
不同。后者是根據(jù)目前我國常用的一
“ 鋼焊縫射線照相及底片等級分類法” 和
一“ 鋼制壓力容器對接焊縫超聲波探
傷” 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行探傷和記錄的。而前者則是根據(jù)
安全評定對各種典型部位在比較苛刻的條件下
初步估算出的缺陷界限長度和自身高度來進(jìn)行
記錄的。若實(shí)際缺陷小于這一界限記錄值, 則
均不再記錄。這樣一來, 記錄的缺陷要比常規(guī)
方法記錄的缺陷大為減少, 從而保證探傷人員
能集中精力仔細(xì)地對這些缺陷進(jìn)行測定, 以提
高定量精度。當(dāng)然, 這樣記錄也會產(chǎn)生一些副
作用, 即由其它方法檢測出的缺陷由于量和性
質(zhì)的原因, 可能在安全評定的無損檢測記錄中
沒有反映, 有時(shí)也會產(chǎn)生一種糊涂認(rèn)識, 認(rèn)為
測試結(jié)果相互矛盾。但對安全評定本身來說,
這樣的記錄方式已經(jīng)是足夠了。
五、檢測人員素質(zhì)要求
安全評定無損檢測人員要求具有熟練的無
損檢測技能以及有關(guān)壓力容器、斷裂力學(xué)、焊
接、材料等基礎(chǔ)知識, 同時(shí)還要具有一定的實(shí)踐
經(jīng)驗(yàn)。例如, 若焊縫系電渣焊縫, 在工藝掌握
不好時(shí), 有可能產(chǎn)生斜裂紋。又如若焊接時(shí)采
用了酸性焊條則易產(chǎn)生橫向裂紋, 此時(shí)作超聲
波檢測就不能輕易放過波幅不高的缺陷, 對這
些缺陷最好再從焊肉上、沿著焊縫方向進(jìn)行檢
測, 這樣才能避免橫裂紋的漏檢。
上接頁
三、結(jié)論
沿用至今的層板包扎逐層相錯角“ 的
來由已經(jīng)本文求得。只有當(dāng)時(shí), “ 為最
佳值。當(dāng)時(shí), 即有異對焊縫是沿圓周重
合分布的。而且, 當(dāng)包扎至妻之后, 會出現(xiàn)
任意層間焊縫的最小夾角等于。的現(xiàn)象, 根據(jù)
有的研究報(bào)告此時(shí)應(yīng)考慮焊縫影響系數(shù)。
本文給出層板包扎逐層相錯角度的計(jì)算
公式以及層板按兩片和三片下料, 的
相錯角度的計(jì)算結(jié)果, 可供層板容器設(shè)計(jì)者選
用。為了減少相錯角度的繁雜給制造廠帶來不
便, 筆者建議在表、表給出的計(jì)算值基礎(chǔ)上,
可根據(jù)制造廠的產(chǎn)品規(guī)格和管理水平確定兒個
選用檔次。例如, 對于層板按兩片下料, 當(dāng)
落鎮(zhèn)時(shí), 包扎相錯角度可選定為“ 當(dāng)
簇簇時(shí), 則可選定為“ 。
參考文獻(xiàn)
〔〕陳景潤, 初等數(shù)論、亞, 科學(xué)出版社, 。

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