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壓力容器無損檢測——超聲檢測技術【1】

文檔作者：潘榮寶,范宇,張保中,李劍文檔來源：合肥通用機械研究所		點擊數(shù)：	更新時間： 2023年01月29日
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壓力容器無損檢測
———超聲檢測技術( Ⅰ)
潘榮寶,范宇,張保中,李劍
(合肥通用機械研究所,合肥230031)
摘要:簡述了壓力容器用板、管、鍛件、螺栓、焊縫和堆焊層的超聲檢測,詳細介紹了每種檢測
方法的探頭選用、掃查方式、缺陷判別和質(zhì)量等級評定等。并介紹了三種缺陷自身高度的超聲測試
方法。
關鍵詞:超聲檢驗;壓力容器;板;管;鍛件;螺栓;焊縫
中圖分類號:TG115. 28 文獻標識碼:A 文章編號:100026656 (2004) 0420188205
NONDESTRUCTIVE TESTING OF PRESSURE VESSELS :
ULTRASONIC TESTING TECHNOLOGY( Ⅰ)
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 pressurevessels 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
凡承受流體介質(zhì)壓力的密閉設備稱為壓力容器,如各種氣瓶、貯罐和塔器等。由于壓力容器常在
高溫(深冷) 、高壓以及腐蝕介質(zhì)條件下使用,因此其安全性十分重要[1 ] 。
壓力容器的超聲檢測包括原材料的超聲檢測、制造過程和最終成品的超聲檢測以及在用壓力容
器的超聲檢測[2 ] 。
壓力容器超聲檢測主要采用的規(guī)范和標準有《壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》(1999 年) 、《在
用壓力容器檢驗規(guī)程》(1990 年) 和JB 4730 —1994《壓力容器無損檢測》[3 ] 。
1 板材超聲檢測
板材主要用于制造壓力容器的殼體,一般厚度為6～250mm[3 ] ,大多數(shù)壓力容器用的鋼板厚度為
8～40mm。鋼板制造廠多采用超聲局部水浸法檢測,壓力容器制造廠多采用接觸法復驗。在用壓力容
器一般不進行鋼板超聲檢測,當發(fā)現(xiàn)測厚異常以及鼓包等特殊情況時再做該項工作。
壓力容器用鋼板的檢驗與驗收采用JB 4730 標準8. 1 款壓力容器鋼板超聲檢測及附錄H 壓力
容器鋼板橫波檢測,當使用雙晶直探頭時,應附合JB4730 標準中附錄G 雙晶直探頭性能要求。特別
要注意所使用探頭的距離2 波幅曲線。
1. 1 厚度< 6mm 薄板的超聲檢測
對于厚度< 6mm 的薄板,如用單晶直探頭法,由于其板厚可能在盲區(qū)內(nèi),缺陷難以分辨,因此改用
蘭姆波(板波) 進行探傷。蘭姆波分為對稱型(S 型)與非對稱型(A 型) 兩種,蘭姆波的波速不僅與介質(zhì)
性質(zhì)有關,而且與波的頻率f 及板厚d 的乘積有關。由于該方法在冶金系統(tǒng)中應用較多, 在壓力容器
行業(yè)中基本不用,因此不再贅述。
1. 2 6～20mm 鋼板的超聲檢測
此類鋼板應采用雙晶直探頭檢測,探頭頻率選用5MHz 效果比2. 5MHz 要好, 晶片面積要求
≮150mm2 ,其它性能應符合 JB 4730 附錄G的要求。JB 4730 修訂版中還規(guī)定了按 6dB 法測定
雙晶直探頭的波束寬度,其有效值必須> 16mm。采用階梯試塊調(diào)整靈敏度,使階梯試塊上與工件等厚
的底面第一次底波達到滿幅度的50 % ,再提高10dB 作為探傷靈敏度。1. 3 厚度> 20mm 鋼板的超聲檢測
應使用2. 5MHz 單晶直探頭(圓晶片直徑為<14～25mm ,或方晶片面積≮200mm2) 。使用平底
孔試塊使其第一次反射波高調(diào)整到滿幅度的50 %作為檢測靈敏度。
當板厚> 60mm 時,也可取鋼板無缺陷的完好部位的第一次反射底波來校準靈敏度(JB 4730 修
訂版要求板厚大于等于探頭的三倍近場區(qū)) 。6～250mm 厚鋼板超聲檢測的掃查方式、缺陷判別和
質(zhì)量等級的評定見JB 4730 標準[3 ] 。我國鋼板超聲檢測標準與德國和日本是一致的。
1. 4 壓力容器鋼板橫波檢測
壓力容器鋼板一般不進行橫波檢測,除非用戶有特殊需要時,JB 4730 —1994 附錄H 明確規(guī)定
該方法用來檢測鋼板中非夾層性缺陷,并作為直探頭超聲檢測的補充。
1. 5 復合板超聲檢測
總厚度> 8mm 的壓力容器用軋制復合鋼板的超聲檢測方法和缺陷等級評定在JB 4730 標準中
有規(guī)定。而爆炸復合鋼板的超聲檢測在JB 4733 —1996《壓力容器用爆炸不銹鋼復合鋼板》附錄A
爆炸不銹鋼復合鋼板超聲波檢測方法中有規(guī)定。它是利用復合鋼板本身調(diào)節(jié)靈敏度,將探頭置于復合
鋼板完全結(jié)合部位,調(diào)節(jié)第一次底波高度為熒光屏滿幅度的80 %。當?shù)谝淮蔚撞ǜ叨炔淮笥? %熒
光屏滿幅度的部位為未結(jié)合部位,將探頭由未結(jié)合部位向四周移動,直至底波高度升為滿幅度的40 % ,
以探頭中心確定未結(jié)合區(qū)界限。其結(jié)合狀態(tài)中B1 和B2 級分別與日本J IS G3601 標準中的B1F 和
B2S 相近,B1 級爆炸復合鋼板要求結(jié)合率為100 % ,嚴于日本標準的規(guī)定,以滿足臨氫壓力容器的使
用要求。
1. 6 壓力容器用鋁及鋁合金和鈦及鈦合金板材的超聲檢測
對于鋁及鋁合金和鈦及鈦合金板材的超聲檢測靈敏度和質(zhì)量等級評定國內(nèi)是這樣規(guī)定的:
(1) 將探頭置于待檢板材完好部位,調(diào)節(jié)第一次底波高度為熒光屏滿幅度的80 % ,以此作為基準
靈敏度。檢測方法同鋼板。
(2) 板材質(zhì)量仍是根據(jù)單個缺陷指示長度、單個缺陷指示面積以及板材中是否有裂紋等危害性
缺陷存在來評定。
2 鋼管超聲檢測
鋼管超聲檢測一般采用橫波斜射法,它適用于壁厚t 與外徑D 之比≤0. 2 的管作周向掃查和任
何t/ D 比值的管作軸向掃查。當t/ D > 0. 2 時,可采用縱波斜射法或變型橫波斜射法作周向掃查。
雖然超聲可用于檢測碳鋼、低合金鋼和不銹鋼管,但它不適用于分層缺陷的檢測,采用尖角槽作對比試
塊的人工缺陷,若缺陷回波比尖角槽回波高時,則判為不合格。鋼管的超聲檢測與日本工業(yè)標準是一致
的。
3 鍛件超聲檢測
3. 1 壓力容器鋼鍛件超聲檢測
壓力容器用碳素鋼和低合金鋼鍛件的超聲檢測和缺陷等級評定見JB 4730 標準[3 ]8. 2 款壓力
容器鍛件超聲檢測,而橫波檢測應按附錄I 壓力容器鍛件橫波檢測的要求進行。
使用縱波直探頭時應采用CS1 和CS2 試塊,使用雙晶直探頭時要用專用試塊。超聲檢測原則上
應安排在熱處理后,槽、孔、臺階加工前進行,不得已時只好在熱處理前進行,但在熱處理后仍應對鍛
件進行盡可能全面的檢測。另外當材質(zhì)的衰減系數(shù)> 4dB/ m 時,要考慮修正缺陷當量[4 ] 。如材質(zhì)衰
減對檢測結(jié)果影響較大,應重新進行熱處理。根據(jù)單個缺陷大小,由缺陷引起底波降低量及密集區(qū)缺陷
占檢測總面積的百分比來進行缺陷等級評定。鍛件超聲檢測內(nèi)容與美國、日本標準一致。
3. 2 壓力容器奧氏體鋼鍛件超聲檢測
奧氏體鋼晶粒粗大、衰減大,因此宜用低頻探頭,一般用直探頭檢測。對筒形鍛件必要時還應進行
橫波檢測。實際檢測時用縱波斜探頭效果較好。對小鍛件應采用平底孔試塊校正靈敏度,當被檢鍛件厚度> 600mm 時,在鍛件無缺陷部位將底波高度調(diào)至滿刻度的80 % ,以此作為基準。記錄三種情況,
即①底波高度降為 25 %以下的部位。② 游動信號。③大于基準線 50 %的信號。直探頭檢測的等級
分為五級,作者認為壓力容器行業(yè)中分為三級就足夠了;斜探頭檢測的等級分為兩級。
壓力容器奧氏體鋼鍛件超聲檢測的內(nèi)容與美國是一致的。
4 高壓螺栓的超聲檢測
直徑>M50 的高壓螺栓件超聲檢測和缺陷等級評定可按JB 4730 標準[3 ]8. 5 款高壓螺栓件的
超聲檢測,直徑 M32 的高壓螺栓件可參考上述標準內(nèi)容。
壓力容器螺栓檢測最好用小角度縱波直探頭或5N14 窄脈沖探頭,有利于發(fā)現(xiàn)螺紋根部細小裂
紋。對于在役高壓螺栓,由于清洗困難,磁粉檢測效果不是很好,常采用超聲檢測。
5 焊縫的超聲檢測
焊縫質(zhì)量直接影響產(chǎn)品的使用壽命及安全性,超聲波探傷是保證焊縫質(zhì)量的重要檢測手段之一。
焊縫內(nèi)部質(zhì)量一般用射線來檢測。但對于厚壁容器或焊縫中的裂紋、未熔合等危險性缺陷,超聲檢測
方法優(yōu)于射線檢測。
JB 4730 修訂版對母材厚度為8～300mm 的全焊透熔化焊對接焊縫的超聲檢測進行了明確規(guī)
定。并指出應檢測到整條焊縫、熔合線和熱影響區(qū)。而過去人們認為,對焊縫的超聲檢測只是檢測焊
縫。
5. 1 平板對接焊縫超聲檢測
8～46mm 厚的平板對接焊縫采用二次波探傷,厚度> 46mm 的平板對接焊縫采用一次波探傷。
常用的耦合劑有機油、化學漿糊和水,有時也用甘油和潤滑脂。常用探頭頻率為2. 5～5MHz。探頭K
值的選擇要考慮三點[5 ] ,即①使聲束能掃查到整個焊縫截面。②使聲束中心線盡量與主要危險性缺陷
垂直。③保證有足夠的探傷靈敏度。這里應強調(diào),對于薄板焊縫要考慮探頭的前沿。前沿太大,容易造
成缺陷漏檢。
壓力容器超聲檢測一般不用聲程法調(diào)節(jié)掃描速度。薄板焊縫的檢測常用水平法調(diào)節(jié),中厚板焊縫
的檢測常用深度法調(diào)節(jié)。
距離2 波幅曲線可制作在坐標紙上,也可制作在儀器面板上,需注意檢測時要考慮聲能損失差。檢
測時常用鋸齒形掃查,需注意①掃查時探頭要作 10°～15°轉(zhuǎn)動。② 掃查范圍要符合要求。③每次前
進齒距d 不超過探頭晶片直徑。當鋸齒形掃查發(fā)現(xiàn)缺陷時,可用左右掃查、前后掃查、轉(zhuǎn)角掃查及環(huán)
繞掃查來對缺陷進行定位、定量和缺陷性質(zhì)的估判。
有些材料的焊縫中容易產(chǎn)生橫向裂紋, 這時常采用以下三種方式探測[6 ] :
(1) 在已磨平的焊縫及熱影響區(qū)表面以一種(或兩種) K 值探頭用一次波在焊縫上作正、反兩個
方向的全面掃查。
(2) 用一種(或兩種) K 值探頭的一次波在焊縫兩面雙側(cè)作斜平行探測。聲束軸線與焊縫中心線
夾角呈10°～20°。
(3) 對于電渣焊中的八字形橫裂紋,可用K1 探頭在45°方向以一次波在焊縫兩面雙側(cè)進行探測。
對于厚壁焊縫,為檢測與探傷面幾乎垂直的內(nèi)部未熔合,有時可采用串列式掃查。但要注意,串列式掃
查會有探測不到的區(qū)域(俗稱盲區(qū)) ,必須用單斜探頭補充探測。
不允許存在反射波幅位于判廢線和Ⅲ區(qū)的缺陷以及裂紋等危害性缺陷。最大反射波幅位于Ⅱ區(qū)
的缺陷,按其長度評級[3 ] 。
JB 4730 修訂版還規(guī)定了A ,B ,C 三個檢測級別。一般壓力容器適用于B 級,重要壓力容器適
用于C 級,支承件和結(jié)構件適用于A 級。
5. 2 管座角焊縫的超聲檢測
管座角焊縫的超聲檢測以直探頭為主,對直探頭掃查不到的區(qū)域,可采用斜探頭檢測。直探頭探傷時,平底孔距離2 波幅曲線可在CS1 或CS2 試塊上測試。其評定線靈敏度為<2mm
平底孔,定量線為<3mm 平底孔,判廢線為<6mm 平底孔。而采用斜探頭時,距離2 波幅曲線的測試同
平板對接焊縫。
缺陷等級的評定與平板對接焊縫超聲檢測中缺陷的評定是一致的。
5. 3 T 形接頭焊縫的超聲檢測
6～50mm 厚壓力容器全焊透T 形接頭焊縫的超聲檢測要依據(jù)不同的焊縫結(jié)構形式,選擇一種
或幾種方式組合實施檢測。常用的探頭是直探頭(或雙晶直探頭) 和斜探頭。
直探頭距離2 波幅曲線的靈敏度是,評定線為<2mm 平底孔,定量線為<3mm 平底孔,判廢線為
<4mm 平底孔。
不允許存在反射波幅位于Ⅲ區(qū)的缺陷和裂紋等危害性缺陷。Ⅱ區(qū)內(nèi)缺陷的質(zhì)量等級評定見表1。
5. 4 缺陷自身高度的超聲測試
表 1 Ⅱ區(qū)缺陷的質(zhì)量等級評定( T 形接頭) mm
為評價設備的安全性和估計使用壽命,要求知道缺陷的真實尺寸,特別是測定缺陷的自身高度。目
前我國主要用端點衍射回波法、端部最大回波法和6dB 法。
5. 4. 1 端點衍射回波法[7 ]
由于該方法是根據(jù)缺陷端點反射波來辨認衍射回波,因此稱為端點衍射回波法,缺陷自身高度根
據(jù)缺陷兩端點衍射回波間的延遲時間差值來確定。盡量采用直射法(一次波法) ,原則上應用2. 5～
5MHz K1 探頭。
測定前要精確校正時基線,特別要考慮測定孔的水平距離和深度距離的修正值。
對于表面開口缺陷自身高度的超聲檢測,要區(qū)分探測面與缺陷在同一平面和不在同一平面兩種
情況。對于焊縫內(nèi)部缺陷自身高度的超聲檢測,要區(qū)分是垂直于探測面的缺陷,還是傾斜的缺陷。當用
端點衍射回波法無法識別缺陷時,可選用雙斜探頭V 型串接法進行測高。
5. 4. 2 端部最大回波法
盡量采用直射法(一次波法) ,原則上應用2. 5～5MHz K1 探頭,最好是聚焦斜探頭,可以對表面開
口缺陷和內(nèi)部缺陷進行自身高度的測試。氣孔和夾渣情況則比較復雜,如確有需要,應增加X 射線復
檢。
成群的橫向缺陷會造成超聲束散射,造成檢測困難,這時可對妨礙檢測的焊縫表面進行打磨,必要
時再增加射線檢測。
5. 4. 3 6dB 法
盡量采用直射法(一次波法) ,原則上應用2. 5～5MHz K1 探頭。最好是聚焦斜探頭。若缺陷回
波只有單峰,且變化比較明顯,則以最大回波處作為起始點;若回波高度變化很小,可將回波迅速降落前
的半波高度值作為6dB 法測高的起始點;若缺陷端部回波比較明顯,則以端部最大回波處作為6dB
法的起始點。
(1) 內(nèi)部缺陷自身高度值H 用下式計算H = ( W2 - W1) cosθ (1)
式中W1 , W2 ———缺陷上下邊緣至入射點的聲程
θ———折射角
(2) 表面開口缺陷自身高度值H′的測試分兩種情況,即直射法檢測和一次反射回波法檢測,分別
計算如下
H′= W2cosθ (2)
H′= t - W1cosθ (3)
式中t ———壁厚
缺陷自身高度的超聲檢測方法與歐洲標準和日本有關資料是一致的。
5. 5 缺陷性質(zhì)估判依據(jù)
缺陷性質(zhì)估判還沒有非常成熟的方法,它與檢測人員的經(jīng)驗密切相關。
焊縫中缺陷分為點狀、線性、體積狀和平面狀缺陷。對點狀缺陷,可認為是點狀夾渣或氣孔,一般
不再進一步定性。
對于線性、體積狀和平面狀缺陷性質(zhì)的估判,主要依據(jù)① 材料(包括母材與焊材) 。② 工件(包
括結(jié)構型式與坡口形式) 。③ 焊接工藝和焊接方法。④缺陷位置(包括水平位置和深度位置) 。⑤缺
陷的大小和取向。⑥缺陷最大反射回波高度。⑦缺陷定向反射特性。⑧缺陷回波靜態(tài)波形。⑨缺陷
回波動態(tài)波形。
5. 6 奧氏體不銹鋼焊縫的超聲檢測
超聲檢測方法可用于厚度為10～50mm 奧氏體不銹鋼對接焊縫,不適用于直徑≤159mm 的管子
對接環(huán)焊縫及外徑≤500mm 筒體縱焊縫。
與德國一樣,我國也推薦采用縱波斜探頭(高阻尼窄脈沖) 。在滿足探測條件情況下,也可選用雙
晶縱波斜探頭或聚焦縱波斜探頭。
使用專用的對比試塊制作距離2 波幅曲線,其靈敏度如表2 所示。
裂紋、未熔合和未焊透等危害性缺陷評為Ⅲ級,對于Ⅱ區(qū)缺陷按表3 評級。
5. 7 鋁及鋁合金焊縫的超聲檢測
表 2 距離 2 波幅曲線靈敏度
表3 奧氏體不銹鋼焊縫Ⅱ區(qū)缺陷的等級評定
厚度≥8mm 的鋁及鋁合金焊縫可用超聲法檢測。參照歐洲(英國) 有關標準,試塊中的反射孔是
<2mm 橫通孔(JB 4730[3 ]為<5mm 橫通孔) ,試塊的測定適用范圍為8～80mm。其距離2 波幅曲線
靈敏度如表2 所示。
不允許存在反射波幅位于或超過判廢線的缺陷以及裂紋等危害性缺陷, Ⅱ區(qū)的缺陷評級見表4。
表4 鋁及鋁合金焊縫Ⅱ區(qū)缺陷的等級評定5. 8 鈦制壓力容器對接焊縫超聲檢測
≥8～80mm 厚的鈦容器可用超聲法檢測,該方法不適用于外徑< 159mm 的鈦管對接焊縫、內(nèi)徑
≤200mm 的管座角焊縫以及外徑< 250mm 或內(nèi)外徑之比< 80 %的縱向焊縫的檢測,國內(nèi)一般使用頻
率為2. 5MHz 的K2 斜探頭。其距離2 波幅曲線靈敏度如表2 所示。
不允許存在反射波幅位于或超過判廢線的缺陷以及裂紋等危害性缺陷。Ⅱ區(qū)缺陷評級見表5。
表5 鈦制容器對接焊縫Ⅱ區(qū)缺陷的等級評定
5. 9 堆焊層的超聲檢測
對于奧氏體不銹鋼和鎳基合金等的堆焊層內(nèi)缺陷、堆焊層與母材未接合缺陷和堆焊層下裂紋可
用超聲法檢測。一般是用雙晶直探頭和雙晶斜探頭從堆焊層側(cè)探測,也可用單直探頭(最好是窄脈沖探
頭) 和縱波斜探頭從母材側(cè)探測。試塊分別采用T1 ,T2 和T3 型。對缺陷等級的評定有如下規(guī)定:
(1) 不允許存在層下裂紋和堆焊層內(nèi)裂紋。
(2) 不允許存在> <4mm 當量直徑的缺陷(堆焊層內(nèi)) 。
(3) 不允許存在≥<3mm 當量且長度> 20mm 的缺陷(堆焊層內(nèi)) 。
(4) 不允許存在≥<2mm 當量且長度> 30mm 的缺陷(堆焊層內(nèi)) 。
(5) 不允許存在缺陷反射波幅> <1. 5mm -10dB 且長度≥30mm 的線性缺陷,也不允許存在反射
波幅> <1. 5mm 的缺陷。
(6) 不允許存在直徑> 25mm 的未結(jié)合部位。歐洲標準與上述(4) 相比要嚴一些,它不允許存在
長度> 20mm 的缺陷,其它均與我國標準相近。
參考文獻:
[1] 沈功田,張萬嶺. 壓力容器無損檢測技術綜述[J ] . 無損檢測,2004 ,26(1) :37 - 41.
[2] 李家偉,陳積懋主編. 無損檢測手冊[M] . 北京:機械工業(yè)出版社,2002.
[3] JB 4730 —1994 ,壓力容器無損檢測[ S] .
[4] ASME 鍋爐壓力容器法規(guī)第五卷(2001 版) [ S] .
[5] 胡天明,潘榮寶,等. 超聲波探傷[ Z] . 北京:1999.
[6] 云慶華主編. 鍋爐壓力容器無損探傷技術[M] . 天津:天津科學技術出版社,1984.
[7] 李 衍. 超聲衍射時差法探傷和定量技術[J ] . 無損檢測,2004 ,26(1) :47 - 53.壓力容器無損檢測
———超聲檢測技術( Ⅱ)
潘榮寶,范宇,楊小林
(合肥通用機械研究所,合肥230031)
摘要:簡述在用壓力容器超聲檢測的特點,列舉了換熱器、焦炭塔、球罐、管道及加氫反應器等
典型容器的超聲檢測要點,最后介紹了超聲衍射時差法。
關鍵詞:超聲檢驗;壓力容器;焊縫;管;裂紋
中圖分類號: TG115. 28 文獻標識碼:A 文章編號:100026656 (2004) 0520244205
NONDESTRUCTIVE TESTINGOF PRESSURE VESSELS :
ULTRASONIC TESTING TECHNOLOGY( Ⅱ)
PAN Rong-bao , FAN Yu, YANG Xiao-lin
( General Machinery Research Institute , Hefei 230031 , China)
Abstract : The characteristics of ultrasonic testing of the pressure vessels in use are outlined ,
and the essentials ofultrasonic examination of some typical vessels are presented , such as heat
exchangers , coke drum , spherical tank , pipelineand hydrogenation reaction chamber and so on.
Finally , ultrasonic time2of2flight diffraction ( TOFD) technique isintroduced.
Keywords :Ultrasonic testing ; Pressure vessel ; Weld ; Pipe ; Crack
1 在用壓力容器的超聲檢測
1. 1 在用壓力容器原材料和零部件的超聲檢測
在用壓力容器鋼板(筒體或封頭) 一般不作超聲檢測,發(fā)現(xiàn)異常(鼓包或測厚值差別太大) 時才作
超聲檢測,其主要內(nèi)容應符合在制時的有關規(guī)定。在用壓力管道一般作超聲測厚和表面檢測,不作超聲
檢測,當發(fā)現(xiàn)異常時再作超聲檢測,其主要內(nèi)容也應符合在制時的有關規(guī)定。
在用高壓螺栓主要是檢測螺紋根部是否有裂紋。由于在用高壓螺栓難以清洗,一般不用磁粉檢測,
而用超聲檢測方法。在螺栓端部采用小角度縱波斜探頭或窄脈沖探頭檢測。當螺紋根部出現(xiàn)比切槽
回波高的缺陷反射波時即判廢。需要時,還應采用2. 5MHz 的斜探頭進行軸向檢測。
1. 2 在用鋼制壓力容器對接焊縫的超聲檢測
對鋼制壓力容器對接焊縫進行超聲檢測時,所用方法仍應符合在制時的要求。對需記錄的缺陷應
進行定位、定量和缺陷性質(zhì)的估判。
1. 2. 1 Ⅰ區(qū)缺陷
有些超聲檢測人員認為Ⅰ區(qū)缺陷可以不作記錄,但有些裂紋等危害性缺陷,由于方向關系,反射波
幅就在Ⅰ區(qū)[1 ] ,因此對Ⅰ區(qū)危害性缺陷也必須進行定位、定量和缺陷性質(zhì)的估判。測定缺陷上述參數(shù)
時,應盡可能采用一次波,因此探頭前沿不要太大。
1. 2. 2 缺陷類型的判定
現(xiàn)在壓力容器探傷行業(yè)把缺陷分為點狀、線狀、平面狀和體積狀缺陷四類[2 ] 。點狀缺陷是指氣
孔和小夾渣。線狀缺陷是指線狀夾渣、未焊透以及未熔合,它們有明顯的指示長度,但高度不易測出,
此類缺陷在長度上也可能是間斷的。平面狀缺陷有長度和明顯的自身高度,例如裂紋、面狀未熔合或
面狀未焊透等。大夾渣有明顯的長度、高度及寬度,屬于體積狀缺陷。密集氣孔或網(wǎng)狀裂紋的單個缺
陷相距很近,用超聲檢測方法無法單獨定位和定量,可視為密集缺陷(或多重缺陷) 。
缺陷類型的判定依據(jù)已在壓力容器無損檢測———超聲檢測技術(Ⅰ) 中介紹過,在此不再贅述。
1. 2. 3 壓力容器安全狀況等級
對于在用壓力容器焊縫超聲檢測中發(fā)現(xiàn)的超標缺陷(表1) ,一般壓力容器和有特殊要求的壓力容器的安全狀況等級分別為3 級和4 級[3 ] ,評級結(jié)果同時作為確定下次檢驗日期的依據(jù)之一。
表1 非圓形缺陷與相應的安全狀況等級
注: H ———缺陷在板厚方向的尺寸, 即缺陷高度L ———缺陷 長度t ———壁厚
1. 2. 4 夾層
由于超聲波測厚儀的檢驗區(qū)域小,靈敏度高,小夾層也可被發(fā)現(xiàn),因此可使用超聲波探傷儀來探明
夾層分布情況、面積大小以及與母材表面的傾斜度,探測重點為:
(1) 傾斜度特別是在焊縫附近的傾斜度。當夾層與母材表面的夾角> 10°時會危及使用安全
[4 ] 。
(2) 夾層當夾層處于坡口處,焊接時會產(chǎn)生裂紋。因此,靠近坡口50mm 范圍內(nèi)應重點進行超
聲波探傷,并對長形夾層嚴加控制。
1. 2. 5 氫腐蝕裂紋
用超聲測厚儀對臨氫介質(zhì)壓力容器進行測厚時,若發(fā)現(xiàn)壁厚增加,就有可能產(chǎn)生了氫腐蝕裂紋。高
溫( > 200 ℃) 下氫和鋼中的滲碳體( Fe3C) 發(fā)生還原作用,生成甲烷而導致沿晶界的腐蝕,使晶界產(chǎn)
生大量微裂紋,并伴有明顯的脫碳,以致超聲波的衰減和反射等發(fā)生變化,超聲波的傳播路線也發(fā)生改
變(圖1) ,聲程加大,造成壁厚讀數(shù)增大。
圖1 壁厚增厚現(xiàn)象示意圖
1. 2. 6 缺陷的記錄及有關事宜
根據(jù)在用壓力容器檢驗規(guī)程要求對缺陷進行記錄。如情況特殊,也可由安全評定人員提供缺陷的
臨界尺寸(包括缺陷位置、長度和高度) 。超聲檢測人員只記錄大于該臨界尺寸的缺陷,檢測結(jié)果由評
定人員處理。
用超聲檢測確定缺陷尺寸和類型較困難時(如密集缺陷) ,可增加X 射線或其它方法進行綜合判
斷。對在用壓力容器超聲檢測時發(fā)現(xiàn)的缺陷,應與制造(安裝) 的出廠資料或上次檢測報告進行核對,
判定發(fā)現(xiàn)的缺陷是否是新產(chǎn)生的,以及是否擴展。
1. 3 其它材料制在用壓力容器焊縫超聲檢測
鋁及鋁合金或鈦及鈦合金制在用壓力容器對接焊縫的超聲檢測要求與在制時相同,但發(fā)現(xiàn)超標
缺陷后,要參考1. 2 節(jié)的相關內(nèi)容來檢測和記錄。
2 典型壓力容器及管焊縫的超聲檢測2. 1 換熱器殼體的超聲檢測
某廠加氫車間的一臺換熱器管程和殼程的筒體材料為15CrMo ,筒體壁厚為42～45mm ,封頭壁
厚為44～46mm ; 管箱筒體材料為20CrMo9 ,壁厚為37～44mm ;管箱封頭材料為15CrMo ,壁厚為
50～52mm ;內(nèi)襯及堆焊層材料為不銹鋼(牌號不詳) ;其它主要參數(shù)見表2 。
表2 換熱器主要參數(shù)
對該換熱器進行外觀檢查、內(nèi)襯檢漏、壁厚測定、金相分析、磁粉檢測、著色檢測以及氣密性
試驗,所有檢驗均正常,判為合格。
用2. 5 P13 ×13 K1 斜探頭從換熱器殼體外壁對焊縫進行超聲檢測,共發(fā)現(xiàn)八個超標缺陷(表
3) 。通過缺陷的斷裂和疲勞評定,得出該換熱器仍可安全運行4a (年) 的結(jié)論。
表3 缺陷參數(shù)
2. 2 焦炭塔的超聲檢測
某煉油廠有一臺焦炭塔需要檢測,該容器類別為一類,投入使用日期為1988 年10 月,設計壓力
01275MPa ,設計溫度275 ℃,封頭壁厚26mm ,筒體壁厚為 26 , 30 和 32mm , 主體材質(zhì)為 20 鋼,
高度 32 323 mm ,內(nèi)徑5 400mm ,容積767m3 ,操作壓力 0. 25MPa ,操作溫度475 ℃,工作介質(zhì)為焦
炭、油氣和渣油。
圖2 焦炭塔標高32m 處鋼板超聲探傷結(jié)果
磁粉檢測時,在裙座與筒體連接焊縫正西側(cè)熔合區(qū)1 500mm 范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)縱向裂紋幾十條,長度
1～6mm ,深度< 2mm ,均可打磨消除。超聲檢測時發(fā)現(xiàn)異常情況,因此對相關部位的鋼板也需進行超
聲檢測。圖2 為焦炭塔標高30m 處鋼板超聲檢測結(jié)果示意,圖3 為焦炭塔標高12m(鼓包) 處鋼板超聲檢測結(jié)果示意。
圖3 焦炭塔標高12m 處鋼板超聲探傷結(jié)果
從內(nèi)壁用超聲檢測時,發(fā)現(xiàn)一處超標缺陷,其深度為18mm ,長度為35mm ,高度為3mm ,波幅為
定量線上4dB ,判為夾渣。
2. 3 球罐的超聲波檢測
球罐的超聲波檢測要點為:
(1) 可用數(shù)字式或模擬式超聲波探傷儀。
(2) 以單斜探頭接觸法為主進行檢測,常用探頭的頻率為2. 5MHz , K = 2 ,晶片尺寸約為13mm
×13mm ,探頭前沿≤12mm。
(3) 耦合劑常用機油或化學漿糊。
(4) 采用 CSK2 ⅡA 或CSK2 ⅢA 試塊制作距離2波幅曲線,確定靈敏度(考慮補償) 。
(5) 采用鋸齒形掃查,發(fā)現(xiàn)缺陷后可用前后、左右、轉(zhuǎn)角和環(huán)繞等方式掃查,至于具體是采用全面
還是局部掃查,由設計文件規(guī)定( GB 12337 —1998) 。
(6) 必須考慮橫向缺陷的檢測。
(7) 記錄缺陷并評級。
(8) 經(jīng)局部檢測的焊接接頭[5 ] ,射線檢測或超聲檢測復檢的焊接接頭,如被發(fā)現(xiàn)有不允許的缺陷,
應在焊接接頭缺陷兩端的兩倍延伸部位進行抽檢,如仍發(fā)現(xiàn)有不允許的缺陷,應對該焊工所焊的所有
焊接接頭進行100 %檢測。
(9) 返修后的部位仍按原條件進行檢測。
(10) 100 %超聲檢測的焊縫,按JB 4730 —1994 標準, Ⅰ級為合格;局部檢測的對接接頭,以不低
于Ⅱ級為合格。
2. 3. 1 在制液化氣球罐的超聲檢測
某單位 1 500m3 丙烯球罐的技術參數(shù)為,容器類別為Ⅲ類,混合式四帶結(jié)構,內(nèi)徑14. 2m ,板厚
44mm ,設計壓力2. 2MPa ,設計溫度- 40 ℃,材料為 07MnNiCrMoVDR ,介質(zhì)為乙烯,單重253t (噸) ,
焊縫長度長412m ,體積為1 500m3 。該球罐的超聲檢測要點為:
(1) 對球殼板進行超聲波抽查。抽檢數(shù)量約為球殼板總數(shù)的20 % ,上下極帶板各兩塊,赤道帶板
四塊,上溫帶板三塊,按JB 4730 —1994 標準Ⅰ級合格。同時進行超聲測厚抽查,每塊球殼板測五點。
(2) 在施焊過程中,應對每個焊工的焊接質(zhì)量進行必要的超聲檢測跟蹤,如有焊接質(zhì)量不穩(wěn)定者,
應及時撤換。
(3) 缺陷清除和修補后均應進行磁粉或滲透檢測,如焊接修補深度> 3mm ,再增加射線和超聲檢
測。焊縫內(nèi)部缺陷返修后應進行射線和超聲檢測。球罐應在焊后36h 進行100 %超聲檢測,水壓試
驗后再進行一次100 %超聲波檢測。有些球罐在熱處理后還需增加一次100 %超聲波檢測。
2. 3. 2 在用液化氣球罐的超聲檢測
近幾年來,由于天然氣中硫化氫(H2S) 含量偏高,造成壓力容器的氫損傷,其中在陽極過程會出現(xiàn)
應力腐蝕開裂;陰極過程中氫滲入鋼中,在各類冶金缺陷中集聚,產(chǎn)生氫致開裂和氫鼓包。在高強鋼中
出現(xiàn)應力誘導氫致開裂[6 ] 。
例如: 某單位400m3 液化石油氣球罐材質(zhì)為15MnV ,介質(zhì)為液態(tài)烴,H2S (1 %) 。內(nèi)表面無損
檢測發(fā)現(xiàn)橫裂246 條, 縱裂118 條, 裂紋長度16 ～1 600mm ,裂紋深度經(jīng)超聲測高后定為3～18mm。對大面積出現(xiàn)氫鼓包的容器,用超聲直探頭找出鼓包范圍的最小壁厚及最小壁厚的分布比例,
校核允許的使用應力。對單個大尺寸氫鼓包可用超聲方法檢出鼓包分層的范圍,然后在較薄一側(cè)鏟除
鼓包金屬進行補焊,補焊后再將表面打磨平整,消除局部應力,待表面硬度HB > 200 后方可投入使用。
2. 4 西氣東輸管焊縫的超聲檢測
2. 4. 1 超聲相控陣檢測技術
西氣東輸工程管道為大口徑厚壁管,管徑1000～1200mm ,壁厚10～12mm ,采用美國和加拿大
針對輸氣管道研究的全新自動超聲波檢測技術———超聲相控陣技術。近幾年來,該技術已經(jīng)發(fā)展成
熟。與超聲相控陣檢測技術相比,射線檢測存在的缺點有, ①裂紋和未熔合類缺陷容易漏檢。②成本
高、檢測速度慢。③檢測結(jié)論與操作人員有關,有可能誤判或漏檢。④不能準確測定缺陷自身高度,
因而不能采用斷裂力學分析方法。⑤ 射線輻射危害人體健康。
根據(jù)Auto CAD 輸入的焊縫輪廓或在早已設置好的焊縫輪廓上輸入相應的參數(shù)[7 ] ,超聲相控陣
系統(tǒng)能自動計算設置系統(tǒng)參數(shù)。該技術使用的探頭盤內(nèi)包括兩個線形相控探頭,分別置于焊縫兩側(cè)。
其檢測時間約為4min ,可實時判斷焊縫中缺陷的性質(zhì)以及是否合格,同時還可完成數(shù)據(jù)儲存。
超聲相控陣檢測技術不但可對缺陷進行掃查及定量,還可估判缺陷性質(zhì)。它把焊縫分割成深度方
向為2mm 左右的小區(qū)域,這些區(qū)域包括了焊縫根部、鈍邊、熱焊區(qū)、填充區(qū)和蓋帽區(qū)。同時采用普
通和特殊掃查方法。當缺陷回波信號超過記錄門檻時,回波數(shù)據(jù)的顏色會發(fā)生改變,以引起操作者的注
意?？蓮沫h(huán)向位置標志讀出缺陷的位置。缺陷長度可用屏幕上的光標精確地測量。在B 掃描圖像上
能用光標測量缺陷的精確深度。判斷缺陷性質(zhì)時可考慮①在某區(qū)域,使用回波高度、缺陷數(shù)量、波的
傳播時間和衍射波時差法來對缺陷性質(zhì)進行估判。②選用B 掃描圖像。③信號的動態(tài)回波。
2. 4. 2 超聲相控陣檢測管道環(huán)焊縫
管道環(huán)焊縫超聲相控陣檢測中使用兩個相同特殊探頭。該探頭是一個48 片晶片的直線形陣列,
晶片頻率為5MHz ,晶片寬10mm ,長1mm ,晶片間距0. 1mm ,對焊縫分區(qū)檢查(圖4) 。
圖4 焊縫分區(qū)及缺陷簡圖
X 射線檢測、手動超聲法和全自動超聲法的檢出率見表4[7 ] 。從表4 中可見對層間未熔合、
裂紋和燒穿,全自動超聲法靈敏度較高。
由于射線檢測方法對體積性缺陷的靈敏度比超聲方法高,因此應在100 %全自動超聲波檢測的
基礎上進行一定比例的射線抽檢。
2. 5 加氫反應器的超聲檢測
加氫反應器是煉油廠的關鍵設備,其筒體采用Cr2Mo 鋼制造,由于長期工作在高溫、高壓和臨氫
的條件下,面臨氫腐蝕、應力腐蝕、介質(zhì)腐蝕、氫脆、回火脆化和蠕變脆化等一系列問題,因而加氫反
應器的超聲檢測十分重要。表4 三種檢測方法比較
2. 5. 1 冷壁加氫反應器的超聲檢測
在制冷壁加氫反應器的超聲檢測與一般壓力容器相同,而在用冷壁加氫反應器的超聲檢測存在
一定的技術難度。
某臺冷壁加氫反應器的幾何尺寸為<1 800mm×10 729mm ×55mm ,選用的超聲波探傷方法為
[8 ] :
(1) 對每條焊縫均使用K1 和K2 兩種探頭,從兩面四側(cè)探傷。
(2) 為發(fā)現(xiàn)焊縫或熱影響區(qū)的橫向缺陷, 應盡可能把焊縫磨平,將斜探頭直接放在焊縫上作平行
掃查。當焊縫磨平有困難時,用斜平行掃查方式。
(3) 發(fā)現(xiàn)缺陷后用聚焦探頭測缺陷高度。從超聲波探傷情況可得出結(jié)論為:
(1) 超聲波探傷共發(fā)現(xiàn)18 個缺陷,其中K1 探頭發(fā)現(xiàn)6 個缺陷, K2 探頭發(fā)現(xiàn)12 個缺陷, 可見
雙K 值探頭法可有效地檢測出厚壁容器焊縫中的缺陷。
(2) 斜探頭放在焊縫上探測時,發(fā)現(xiàn)一個橫向裂紋,而用鋸齒形掃查法或斜平行掃查法都沒有發(fā)
現(xiàn)該缺陷。當提高靈敏度6dB 后,用斜平行法探測,其反射波幅仍很小?？梢姲押缚p磨平后在焊縫上
探測是發(fā)現(xiàn)橫向裂紋的有效方法。
(3) 缺陷高度的精確測定是壓力容器安全評定的基礎,應根據(jù)不同情況采用不同的方式來測定。
2. 5. 2 熱壁加氫反應器的超聲檢測
由于煉油工藝的改進,熱壁加氫反應器已逐步取代冷壁加氫反應器。我國在20 世紀80 年代初
期由國外引進并開始研制熱壁加氫反應器,目前的制造能力已達到千噸級,設計壁厚在80～270mm ,
內(nèi)壁堆焊347 和309 兩層奧氏體不銹鋼堆焊層。對于在制的熱壁加氫反應器,主焊縫用K1 和K2 (或
K1. 5) 兩種超聲斜探頭,必要時還要用串列式探傷裝置。對于堆焊層常用雙晶直探頭和雙晶雙斜探頭
檢測。外壁常用窄脈沖縱波斜探頭檢測。對于在用的熱壁加氫反應器,由于國內(nèi)使用已達15a 以上
的加氫反應器數(shù)量不少,其危險性逐年遞增,應引起注意。
剛開始使用的熱壁加氫反應器一般只有一層347 堆焊層,由于堆焊層界面缺陷較多,后來改為
347 + 309 兩層堆焊層。對于在用熱壁加氫反應器的主焊縫常用K1 和K2 (或K1. 5) 兩種超聲斜探
頭,有時還要用窄脈沖探頭在焊縫上檢測。斜探頭采用的是 CSK2 ⅢA 或CSK2 ⅣA 試塊,窄脈沖探
頭則用平底孔試塊,其距離2 波幅曲線靈敏度見表5 。
表5 距離 2 波幅曲線靈敏度
注: d ———橫孔直徑,與壁厚有關堆焊層檢測時采用雙晶直探頭和縱波雙晶斜探頭從堆焊層側(cè)對堆焊層進行超聲檢測,或用窄脈
沖探頭(單晶直探頭) 和縱波斜探頭從母材側(cè)對堆焊層進行超聲檢測,采用的試塊有T1 ,T2 和T3
型。在最新JB 4730 報批稿中規(guī)定了堆焊層的質(zhì)量評定等級為,不允許有裂紋,特別是層下裂紋;不允
許存在> <4mm 當量直徑的缺陷;不允許存在反射波幅超過<1. 5mm 橫孔的缺陷;不允許存在當量直
徑≥<3～4mm ,且長度> 20mm 的線性缺陷;不允許存在直徑> 25mm 的未結(jié)合部分。顯然對于線性
缺陷的驗收嚴于JB 4730 —1994 的規(guī)定。
3 超聲衍射時差法
焊縫的超聲衍射時差法(簡稱TOFD) ,國外在20 世紀70 年代就已提出,現(xiàn)在歐、美和日本等國
已有TOFD 方法和驗收的標準。
TOFD 法依賴超聲波與缺陷端部的相互作用而產(chǎn)生的衍射波[9 ] ,通過測量衍射波信號時間差就
可對缺陷測高。TOFD 設備中的儀器可用于進行A 掃描、B 掃描(焊縫橫斷面顯示) 或D 掃描(焊縫
縱斷面顯示) 。帶有的掃查器可使兩探頭入射點間距保持固定,始終對準,并通過光路或磁性編碼器向
超聲探傷儀提供探頭位置信息,以產(chǎn)生與位置有關的B 掃描或D 掃描圖像?？偟膩碚f該方法對缺陷
的測深和定高比常規(guī)回波幅度法準確可靠。
參考文獻:
[1] 胡天明,潘榮寶,等. 超聲波探傷( Ⅱ, Ⅲ級教材) [ Z] . 北京:1999.
[2] 潘榮寶,范 宇,張保中,等. 壓力容器無損檢測———超聲檢測技術(Ⅰ) [J ]. 無損檢
測,2004 ,26(4) :188 - 192.
[3] 勞動部鍋爐壓力容器安全監(jiān)察局. 在用壓力容器檢驗規(guī)程(1990) [ S] .
[4] 勞動部鍋爐局組織編寫. 在用壓力容器檢驗規(guī)程及講析[ Z] . 北京:中國勞動出版社,1990.
[5] GB 12337 —1998 ,鋼制球形儲罐[ S] .
[6] 李祖貽. 濕硫化氫環(huán)境下在役壓力容器的損傷與分析[J ] . 壓力容器,2000 , (3) :52 - 56.
[7] 潘榮寶,關衛(wèi)和,郭躍飛. 西氣東輸工程用管及超聲波檢測新技術[A] . 21 世紀華人無損檢
測技術論壇大會報告論文集[C] . 珠海:2001.
[8] 潘榮寶,范宇,陳文虎. 在用冷壁加氫反應器的無損檢測[J ] . 壓力容器,1992 , (3) :46 -
49.
[9] 李 衍. 超聲衍射時差法探傷和定量技術[J ] . 無損檢測,2004 ,26 (1) :47 - 53.

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