压力容器无损检测--超声检测技术.pdf
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1、压力容器无损检测压力容器无损检测 超声检测技术超声检测技术( ) 潘荣宝潘荣宝,范 宇范 宇,张保中张保中,李 剑李 剑 (合肥通用机械研究所,合肥 230031) 摘 要摘 要:简述了压力容器用板、管、锻件、螺栓、焊缝和堆焊层的超声检测,详细介绍了每种检测 方法的探头选用、扫查方式、缺陷判别和质量等级评定等。并介绍了三种缺陷自身高度的超声测试 方法。 关键词关键词:超声检验;压力容器;板;管;锻件;螺栓;焊缝 中图分类号中图分类号:TG115. 28 文献标识码文献标识码:A 文章编号文章编号:100026656 (2004) 0420188205 NONDESTRUCTIVE TESTIN
2、G OF PRESSURE VESSELS : ULTRASONIC TESTING TECHNOLOGY( ) PAN Rong2bao , FAN Yu, ZHANG Bao2zhong , LI Jian (General Machinery Research Institute , Hefei 230031 , China) Abstract : Ultrasonic testing of the plates , pipes and tubings , forgings , bolts , welds and overlaid claddings used for pressurev
3、essels was introduced , including probe selection , scanning mode , defect discrimination and quality classification. Three methodsfor determining the height of defects were given. Keywords :Ultrasonic testing ; Pressure vessel ; Plate ; Pipe ; Forging ; Bolt ; Weld 凡承受流体介质压力的密闭设备称为压力容器,如各种气瓶、贮罐和塔器等
4、。由于压力容器常在 高温(深冷) 、高压以及腐蚀介质条件下使用,因此其安全性十分重要1 。 压力容器的超声检测包括原材料的超声检测、制造过程和最终成品的超声检测以及在用压力容 器的超声检测2 。 压力容器超声检测主要采用的规范和标准有压力容器安全技术监察规程(1999 年) 、在 用压力容器检验规程(1990 年) 和 JB 4730 1994压力容器无损检测3 。 1 板材超声检测 板材超声检测 板材主要用于制造压力容器的壳体,一般厚度为 6250mm3 ,大多数压力容器用的钢板厚度为 840mm。 钢板制造厂多采用超声局部水浸法检测,压力容器制造厂多采用接触法复验。 在用压力容 器一般不进
5、行钢板超声检测,当发现测厚异常以及鼓包等特殊情况时再做该项工作。 压力容器用钢板的检验与验收采用 JB 4730 标准 8. 1 款压力容器钢板超声检测及附录 H 压力 容器钢板横波检测,当使用双晶直探头时,应附合 JB4730 标准中附录 G 双晶直探头性能要求。特别 要注意所使用探头的距离 2 波幅曲线。 1. 1 厚度 厚度 16mm。采用阶梯试块调整灵敏度,使阶梯试块上与工件等厚 的底面第一次底波达到满幅度的 50 % ,再提高 10dB 作为探伤灵敏度。 1. 3 厚度 厚度 20mm 钢板的超声检测钢板的超声检测 应使用 2. 5MHz 单晶直探头(圆晶片直径为 60mm 时,也可
6、取钢板无缺陷的完好部位的第一次反射底波来校准灵敏度(JB 4730 修 订版要求板厚大于等于探头的三倍近场区) 。6250mm 厚钢板超声检测的扫查方式、缺陷判别和 质量等级的评定见 JB 4730 标准3 。我国钢板超声检测标准与德国和日本是一致的。 1. 4 压力容器钢板横波检测 压力容器钢板横波检测 压力容器钢板一般不进行横波检测,除非用户有特殊需要时,JB 4730 1994 附录 H 明确规定 该方法用来检测钢板中非夹层性缺陷,并作为直探头超声检测的补充。 1. 5 复合板超声检测 复合板超声检测 总厚度 8mm 的压力容器用轧制复合钢板的超声检测方法和缺陷等级评定在 JB 4730
7、 标准中 有规定。而爆炸复合钢板的超声检测在 JB 4733 1996压力容器用爆炸不锈钢复合钢板附录 A 爆炸不锈钢复合钢板超声波检测方法中有规定。它是利用复合钢板本身调节灵敏度,将探头置于复合 钢板完全结合部位,调节第一次底波高度为荧光屏满幅度的 80 %。当第一次底波高度不大于 5 %荧 光屏满幅度的部位为未结合部位,将探头由未结合部位向四周移动,直至底波高度升为满幅度的40 % , 以探头中心确定未结合区界限。 其结合状态中B1 和B2级分别与日本J IS G3601 标准中的B1F 和 B2S 相近,B1 级爆炸复合钢板要求结合率为100 % ,严于日本标准的规定,以满足临氢压力容器
8、的使 用要求。 1. 6 压力容器用铝及铝合金和钛及钛合金板材的超声检测 压力容器用铝及铝合金和钛及钛合金板材的超声检测 对于铝及铝合金和钛及钛合金板材的超声检测灵敏度和质量等级评定国内是这样规定的: (1) 将探头置于待检板材完好部位,调节第一次底波高度为荧光屏满幅度的 80 % ,以此作为基准 灵敏度。检测方法同钢板。 (2) 板材质量仍是根据单个缺陷指示长度、单个缺陷指示面积以及板材中是否有裂纹等危害性 缺陷存在来评定。 2 钢管超声检测 钢管超声检测 钢管超声检测一般采用横波斜射法,它适用于壁厚 t 与外径 D 之比0. 2 的管作周向扫查和任 何 t/ D 比值的管作轴向扫查。当 t
9、/ D 0. 2 时,可采用纵波斜射法或变型横波斜射法作周向扫查。 虽然超声可用于检测碳钢、 低合金钢和不锈钢管,但它不适用于分层缺陷的检测,采用尖角槽作对比试 块的人工缺陷,若缺陷回波比尖角槽回波高时,则判为不合格。 钢管的超声检测与日本工业标准是一致 的。 3 锻件超声检测 锻件超声检测 3. 1 压力容器钢锻件超声检测 压力容器钢锻件超声检测 压力容器用碳素钢和低合金钢锻件的超声检测和缺陷等级评定见 JB 4730 标准3 8. 2 款压力 容器锻件超声检测,而横波检测应按附录 I 压力容器锻件横波检测的要求进行。 使用纵波直探头时应采用 CS1 和 CS2 试块,使用双晶直探头时要用专
10、用试块。 超声检测原则上 应安排在热处理后,槽、孔、台阶加工前进行,不得已时只好在热处理前进行,但在热处理后仍应对锻 件进行尽可能全面的检测。另外当材质的衰减系数 4dB/ m 时,要考虑修正缺陷当量4 。如材质衰 减对检测结果影响较大,应重新进行热处理。 根据单个缺陷大小,由缺陷引起底波降低量及密集区缺陷 占检测总面积的百分比来进行缺陷等级评定。锻件超声检测内容与美国、日本标准一致。 3. 2 压力容器奥氏体钢锻件超声检测 压力容器奥氏体钢锻件超声检测 奥氏体钢晶粒粗大、衰减大,因此宜用低频探头,一般用直探头检测。对筒形锻件必要时还应进行 横波检测。实际检测时用纵波斜探头效果较好。对小锻件应
11、采用平底孔试块校正灵敏度,当被检锻件 厚度 600mm 时,在锻件无缺陷部位将底波高度调至满刻度的 80 % ,以此作为基准。记录三种情况, 即底波高度降为 25 %以下的部位。 游动信号。大于基准线 50 %的信号。直探头检测的等级 分为五级,作者认为压力容器行业中分为三级就足够了;斜探头检测的等级分为两级。 压力容器奥氏体钢锻件超声检测的内容与美国是一致的。 4 高压螺栓的超声检测 高压螺栓的超声检测 直径M50 的高压螺栓件超声检测和缺陷等级评定可按 JB 4730 标准3 8. 5 款高压螺栓件的 超声检测,直径 M32 的高压螺栓件可参考上述标准内容。 压力容器螺栓检测最好用小角度纵
12、波直探头或 5N14 窄脉冲探头,有利于发现螺纹根部细小裂 纹。对于在役高压螺栓,由于清洗困难,磁粉检测效果不是很好,常采用超声检测。 5 焊缝的超声检测 焊缝的超声检测 焊缝质量直接影响产品的使用寿命及安全性,超声波探伤是保证焊缝质量的重要检测手段之一。 焊缝内部质量一般用射线来检测。但对于厚壁容器或焊缝中的裂纹、未熔合等危险性缺陷,超声检测 方法优于射线检测。 JB 4730 修订版对母材厚度为 8300mm 的全焊透熔化焊对接焊缝的超声检测进行了明确规 定。并指出应检测到整条焊缝、熔合线和热影响区。而过去人们认为,对焊缝的超声检测只是检测焊 缝。 5. 1 平板对接焊缝超声检测 平板对接
13、焊缝超声检测 846mm 厚的平板对接焊缝采用二次波探伤,厚度 46mm 的平板对接焊缝采用一次波探伤。 常用的耦合剂有机油、化学浆糊和水,有时也用甘油和润滑脂。常用探头频率为 2. 55MHz。探头 K 值的选择要考虑三点5 ,即使声束能扫查到整个焊缝截面。 使声束中心线尽量与主要危险性缺陷 垂直。保证有足够的探伤灵敏度。这里应强调,对于薄板焊缝要考虑探头的前沿。前沿太大,容易造 成缺陷漏检。 压力容器超声检测一般不用声程法调节扫描速度。薄板焊缝的检测常用水平法调节,中厚板焊缝 的检测常用深度法调节。 距离 2 波幅曲线可制作在坐标纸上,也可制作在仪器面板上,需注意检测时要考虑声能损失差。
14、检 测时常用锯齿形扫查,需注意扫查时探头要作 1015转动。 扫查范围要符合要求。每次前 进齿距 d 不超过探头晶片直径。当锯齿形扫查发现缺陷时,可用左右扫查、前后扫查、转角扫查及环 绕扫查来对缺陷进行定位、定量和缺陷性质的估判。 有些材料的焊缝中容易产生横向裂纹, 这时常采用以下三种方式探测6 : (1) 在已磨平的焊缝及热影响区表面以一种(或两种) K 值探头用一次波在焊缝上作正、反两个 方向的全面扫查。 (2) 用一种(或两种) K 值探头的一次波在焊缝两面双侧作斜平行探测。声束轴线与焊缝中心线 夹角呈 1020。 (3) 对于电渣焊中的八字形横裂纹,可用 K1 探头在 45方向以一次波
15、在焊缝两面双侧进行探测。 对于厚壁焊缝,为检测与探伤面几乎垂直的内部未熔合,有时可采用串列式扫查。但要注意,串列式扫 查会有探测不到的区域(俗称盲区) ,必须用单斜探头补充探测。 不允许存在反射波幅位于判废线和区的缺陷以及裂纹等危害性缺陷。最大反射波幅位于区 的缺陷,按其长度评级3 。 JB 4730 修订版还规定了 A ,B ,C 三个检测级别。一般压力容器适用于 B 级,重要压力容器适 用于 C 级,支承件和结构件适用于 A 级。 5. 2 管座角焊缝的超声检测 管座角焊缝的超声检测 管座角焊缝的超声检测以直探头为主,对直探头扫查不到的区域,可采用斜探头检测。 直探头探伤时,平底孔距离 2
16、 波幅曲线可在 CS1 或 CS2 试块上测试。其评定线灵敏度为 20mm 的缺陷(堆焊层内) 。 (4) 不允许存在 30mm 的缺陷(堆焊层内) 。 (5) 不允许存在缺陷反射波幅 25mm 的未结合部位。欧洲标准与上述(4) 相比要严一些,它不允许存在 长度 20mm 的缺陷,其它均与我国标准相近。 参考文献参考文献: 1 沈功田,张万岭. 压力容器无损检测技术综述J . 无损检测,2004 ,26(1) :37 - 41. 2 李家伟,陈积懋主编. 无损检测手册M . 北京:机械工业出版社,2002. 3 JB 4730 1994 ,压力容器无损检测 S . 4 ASME 锅炉压力容器
17、法规第五卷(2001 版) S . 5 胡天明,潘荣宝,等. 超声波探伤 Z . 北京:1999. 6 云庆华主编. 锅炉压力容器无损探伤技术M . 天津:天津科学技术出版社,1984. 7 李 衍. 超声衍射时差法探伤和定量技术J . 无损检测,2004 ,26(1) :47 - 53. 压力容器无损检测压力容器无损检测 超声检测技术超声检测技术( ) 潘荣宝潘荣宝,范 宇范 宇,杨小林杨小林 (合肥通用机械研究所,合肥 230031) 摘 要摘 要:简述在用压力容器超声检测的特点,列举了换热器、焦炭塔、球罐、管道及加氢反应器等 典型容器的超声检测要点,最后介绍了超声衍射时差法。 关键词关键
18、词:超声检验;压力容器;焊缝;管;裂纹 中图分类号中图分类号: TG115. 28 文献标识码文献标识码:A 文章编号文章编号:100026656 (2004) 0520244205 NONDESTRUCTIVE TESTINGOF PRESSURE VESSELS : ULTRASONIC TESTING TECHNOLOGY( ) PAN Rong-bao , FAN Yu, YANG Xiao-lin ( General Machinery Research Institute , Hefei 230031 , China) Abstract : The characteristics
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