学位论文-—压力容器的无损检测焊接专业.doc

哈尔滨理工大学专科生毕业论文哈尔滨理工大学荣成学院专科生毕业设计题 目： 压力容器的无损检测 专业年级： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 哈尔滨理工大学荣成学院完成时间： 2013 年 6 月 20日哈尔滨理工大学荣成学院专科生毕业设计(论文)评语学生姓名： 学号：学 院：荣成学院 专业：焊接10-2任务起止时间：2013年4月22日至2013年6月20日毕业设计(论文)题目：压力容器的无损检测指导教师对毕业设计(论文)的评语：指导教师签名： 指导教师职称： 评阅教师对毕业设计(论文)的评语：评阅教师签名： 评阅教师职称： 答辩委员会对毕业设计的评语：答辩委员会评定，该生毕业设计(论文)成绩为： 答辩委员会主席签名： 职称： 2013年6月23日哈尔滨理工大学荣成学院专科生毕业设计(论文)任务书学生姓名： 学号：学 院：荣成学院 专业：焊接10-2任务起止时间：2013年4月22日至2013年6月20日毕业设计(论文)题目： 压力容器的无损检测毕业设计工作内容：采用射线探伤、超声波探伤、磁粉探伤、渗透探伤技术对压力容器件焊后进行无损探伤，依据相关国家标准达到检验焊接质量的目的，确保压力容器产品的质量安全。 资料：1 郭建章，张选利，宗殿瑞.国内压力容器无损检测技术的现状.青岛化工学院学报.2000，21(4)：1-32 沈功田，张万.特种设备无损检测技术综述.中国特种设备检测研究中心.北京100013：4-53 孔凡一.锅炉和压力容器管座角焊缝的无损检测.重庆市特种设备质量安全检测中心.重庆 63000：6-9指导教师意见： 签名：2013年5月6日系主任意见： 签名：2013年5月7日压力容器的无损检测摘要压力容器的用途十分广泛。它在石油化学工业、能源工业、科研和军工等国民经济的各个部门都起着重要作用。是各国重要的监检产品，由国家指定的专门机构，按照国家规定的法规和标准实施监督检查和技术检验。本文对压力容器原材料的具体缺陷阐述了对应的无损检测方法。压力容器用板材、管材、棒材因形状和受力不同具有不同的检测要求和检测方法。压力容器用锻件和铸件其成型方式，因而采用不同的手段检测特定的缺陷。介绍了当前压力容器制造和使用过程中所采用射线探伤、超声波探伤、磁粉探伤、渗透探伤的等常规无损检测技术和声发射、磁记忆等新技术，并论述他们的工作原理、优缺点和技术进展。无损检测能应用于产品设计、材料选择、加工制造、成品检验、在役检查等多方面，在质量控制与降低成本之间能起最优化作用。无损检测还有助于保证产品的安全运行和有效使用。关键词压力容器；无损检测技术；超声波探伤不要删除行尾的分节符，此行不会被打印目录摘要.I第1章 绪论11.1 课题背景11.2 压力容器无损检测技术的现状11.2.1 射线检测技术11.2.2 超声波检测技术21.2.3 磁粉检测和渗透检测技术21.2.4 非常规无损检测技术31.3 无损检测技术展望31.4 本文主要研究内容3第2章 压力容器原材料的无损检测42.1 压力容器用金属板材的无损检测42.2 压力容器用管材的无损检测42.3 压力容器用钢锻件的无损检测42.4 压力容器用钢棒材的无损检测42.5 压力容器用铸件的无损检测52.6 本章小结5第3章 压力容器管座角焊缝无损检测63.1 检验方位与时机的选取63.2 管座角焊缝表面质量检测63.3 管座角焊缝内部质量检测73.3.1 接管外径大于或等于108mm的管座角焊缝检测73.3.2 接管外径小于108mm的管座角焊缝检测93.4 本章小结9结论10致谢11参考文献12附录13千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行第1章 绪论1.1 课题背景 压力容器是一个涉及多行业、多学科的综合性产品，其建造技术涉及到冶金、机械加工、腐蚀与防腐、无损检测、安全防护等众多行业。随着技术的不断进步，特别是以计算机技术为代表的信息技术的飞速发展，带动了相关产业的发展，在世界各国投入了大量人力物力进行深入的研究的基础上，压力容器技术领域也取得了相应的进展。但其潜在的安全隐患也建逐渐显露了出来，尤其是近年来的锅炉爆炸、管道泄漏等安全事故频繁发生，不禁给我们敲响了警钟。而无损检测就是发现这类安全隐患的直接而有效的手段1。目前，压力容器无损检测的常规方法主要有超声检测(Ultrasonic Testing ，UT)、射线检测(Radiographic Testing，RT)、磁粉检测 (Magnetic particle Testing，MT)、渗透检验(Penetrant Testing，PT)、涡流检测(Eddy current Testing，ET)。非常规无损检测技术有：声发射(Acoustic Emission，AE)、 红外检测(Infrared，IR)、激光全息检测(Holographic Nondestructive Testing，HNT)等。 为了保障压力容器设备的安全运行，无损检测技术可以充分发挥其非破坏性及可靠性并且在许多情况下可以实施原位检测(即不需拆卸解体)的特长。无损检测技术在降低生产制造费用、提高材料利用率、提高生产效率方面都起着重要的作用2。1.2 压力容器无损检测技术的现状 无损检测在不损害其后续有用性和适用性的前提下，发展和应用测试材料或构件的技术方法来探测、定位、测量和评价缺陷；评估材料的完整性、性质和组成；测量几何特征。其基本过程是采用无损检测手段，确定检测信息为伪缺陷、相关缺陷或非相关缺陷，然后评估确定该构件是否符合特定的标准3。目前用于压力容器的无损检测方法主要有射线探伤(RT)、超声探伤(UT)、渗透探伤(PT)、磁粉探伤(MT)以及一些其他非常规的检测方法4。1.2.1 射线检测技术 射线检测方法是利用射线透过试件时部分射线按厚度变化的函数关系被吸收，试件较薄的部位透过的射线多，而较厚的部位透过的射线少。这样在胶片上就生成一个按试件厚度变化的影像，从而可以对试件进行无损检测，射线技术经过长时间的发展，现已形成射线照相技术，射线实时成像检测技术和射线层析检测技术三大部分，其中X射线和射线的常规射线照相检测技术已发展成为相当成熟的无损检测技术，它正广泛应用于锅炉压力容器检验中。近年来，射线检测技术的发展重点集中在工业射线CT、计算机实时成像和图像处理技术的应用方面。工业CT是实现高质量、高分辨率检测的重要装置。它不仅可以检出材料中的裂纹和杂质等缺陷，而且能对其大小、形状及空间位置做出定量的评估；目前其成像质量已接近于X射线胶片成像水平，灵敏度水平对于15-50 mm的钢焊缝来说可优于2%。随着计算机技术的发展，射线检测技术也逐步实现了自动化，表现在以下几方面：X射线广泛应用了单片机技术，实现了透照参数存储和故障自动诊断。利用计算机编制了一些透照参数设计辅助程序和评片辅助程序，实现了透照和评片的自动化。总之，计算机的应用正在影响着整个射线检测技术的领域5。1.2.2 超声波检测技术超声波检测是用普通的脉冲反射法操作，通过在噪声波和干扰波的背景上出现意外的回波来检测出缺陷的过程，它具有检测对象范围广，检测深度大，缺陷定位准确，检测灵敏度高，成本低，使用方便，速度快，对人体无害以及便于现场使用等优点。因此，超声波无损检测技术是国内外应用最广泛，使用频率最高且发展较快的一种无损检测技术。由于超声波检测是利用电子仪器从超声信号中抽取信息，再推断出结论的过程，其检测具有间接性，故其结果不可避免地带有统计性质。即存在检出概率，漏检率及检出结果重复率等问题。为了消除或降低人为因素的影响，提高检测结果的可记录性。人们开发了超声信号处理和超声成像技术，实现了数据处理和缺陷评价的自动化。这是对缺陷准确定位、定量检测的一条有效途径，也是超声检测发展的主流。计算机技术的高度发展也给无损检测技术带来了巨大的冲击作用，促进了超声波检测的快速发展，目前国内已有许多厂家应用和发展了多种能用电脑控制的模拟数字式探伤仪和智能化数字式超声波探伤仪，以及用于流水线生产的微机控制自动超声波检测系统。同时计算机在超声波检测方面的另一应用是发挥其软件计算功能。目前，国外已有多种商用的超声波检测系统，检测软件已正在向通用型和实用型发展。1.2.3 磁粉检测和渗透检测技术在较为传统的渗透和磁粉检测方面，目前国内已能生产全系列的主机和附件，在品种和功能方面与国际差距正在缩小。近年来国内研制的手提式复合磁化装置可实现大型压力容器焊缝的一次性磁化，可在全方位上显现缺陷磁痕。同时计算机在表面检测方面的应用同样也得到了显著的发展。如微机控制的自动化检测装置可自动进行上工件、磁化、喷液、检测、下工件和退磁工序的程控化，在压力容器业小锻件、螺栓件和管材的检测中取得良好的效果。在渗透检测方面，一些能快速渗透、检测灵敏度0.5 mm的着色渗透探伤剂的研究和进入市场给国内渗透检测的发展起了推动作用。1.2.4 非常规无损检测技术 在非常规无损检测技术方面，近年来国内也有极其显著的发展。如在红外检测方面：热弹性应力分析法检测评估压力容器和管道表面裂纹；遥控红外成像系统用于检测高温压力容器和核压力容器的内外部缺陷；在声发射检测方面，声发射过程中的接收信号处理；压力容器水压试验中的声发射检测评估；声发射检漏及在用压力容器的声发射监控方面都取得了较大的发展。在涡流检测方面，也取得了较快发展，其中以涡流技术的电脑化最为迅速。多频技术，频率拓宽数字滤波，自动平衡，阻抗平面显示，相位分析等技术的应用对涡流检测的发展也有巨大的推动作用。目前国内压力容器行业使用的涡流装置，其应用水平已有明显提高。1.3 无损检测技术展望 随着压力容器无损检测技术的不断发展和深入，人们开始意识到提高压力容器无损检测技术水平，保证产品安全可靠性是一个长期而复杂的过程。当前国内无损检测技术存在的主要问题是：如何进一步提高无损检测技术的可靠性；如何用无损检测技术准确地确定材料和工件中存在的缺陷方位、性质及尺寸。因此无损检测技术还应在以下几方面做进一步的研究： 1利用先进的物理技术成果，促进自身的不断完善； 2加强无损检测的自动化技术，以改变目前由人工操作及人工解释所获得的无损检测信息的局面，提高无损检测技术的自动化水平； 3加强无损检测技术规程、无损检测判废技术标准的研究和制定工作，尽快改变无损检测技术规程、标准落后于其它相关技术规程、标准的局面。1.4 本文主要研究内容 本文针对压力容器原材料的具体缺陷阐述了对应的无损检测方法。压力容器用板材、管材、棒材因形状和受力不同具有不同的检测要求和检测方法。压力容器锻件和铸件其成型方式不同，因而采用不同的手段检测特定的缺陷。以锅炉管座角焊缝为例进行检测，采用超声波多次探伤对管座角焊缝进行无损检测。应用上述程序和方法，对实习企业冰轮压力容器厂的几台高压锅炉熔化焊管座角焊缝进行检测，来发现焊接缺陷以免造成安全事故。第2章 压力容器原材料的无损检测为了确保特种设备的安全质量，从特种设备使用的原材料开始都要采用无损检测来进行严格控制，特种设备使用的主要承受载荷的原材料包括金属板材、管材、锻件、棒材、铸件和钢丝绳等，根据这些材料制造工艺和几何形状的不同，也需要采用不同的无损检测技术。2.1 压力容器金属板材的无损检测特种设备用金属板材一般包括钢板、不锈钢钢板、双相钢钢板、铝及铝合金板材、钛及钛合金板材等，主要用于承压类特种设备的筒体和封头的制造，其中对压力容器钢板的质量要求最为严格。所有的压力容器制造规范或标准均规定，在特种设备处于腐蚀、高压等较苛刻的工作条件下，压力容器用金属板材必须逐张进行超声波检测。此超声波检测所用的探头为单晶或双晶直探头，主要用于检测金属板材的冶炼和轧制过程中产生的白点、裂纹和分层等缺陷6。2.2 压力容器管材的无损检测特种设备用管材包括无缝钢管、焊接钢管、铜及铜合金管、铝及铝合金管、钛及钛合金管等，主要用于锅炉、换热器和压力管道的制造。无缝钢管采用液浸法或接触法超声波检测主要来发现纵向缺陷。液浸法检测使用线聚焦或点聚焦探头，接触法检测使用与钢管表面吻合良好的斜探头或聚焦斜探头7。所有类型的金属管材都可以采用涡流检测的方法来发现它们的表面和近表面缺陷8。铁磁性钢管一般采用外穿过式线圈或放置式线圈进行检测，对于非铁磁性材料，由于管材的口径较小，一般采用外穿过式线圈进行检测。2.3 压力容器钢锻件的无损检测特种设备中锅炉和压力容器使用的钢锻件主要包括接管、法兰、凸缘、管板和圆筒等，大型游乐设施使用的锻件主要为大轴。通常采用超声波检测方法来发现这些锻件中的危害性气孔、疏松、偏析、夹杂等冶金缺陷。一般采用纵波直探头对加工过程中的实心锻件进行检测，采用横波斜探头对内外经之比小于80%的环行或筒形锻件进行周向检测。2.4 压力容器钢棒材的无损检测 钢棒材主要用于锻件和螺栓的制造。对于直径大于50 mm的钢螺栓件需要采用超声检测以发现螺栓杆内存在的气孔、疏松、偏析、夹杂等冶金缺陷。超声检测采用单晶直探头或双晶直探头纵波检测的方法。2.5 压力容器铸件的无损检测 常用的特种设备铸铁件为造纸用烘缸、铸铁锅炉炉片、压力管道元件和阀门等，为了检查铸件的铸造质量和铸造工艺，通常采用射线检测来发现铸件内的气孔缺陷。2.6 本章小结 本章针对压力容器原材料的具体缺陷阐述了对应的无损检测方法。压力容器用板材、管材、棒材因形状和受力不同具有不同的检测要求和检测方法。压力容器用锻件和铸件其成型方式，因而采用不同的手段检测特定的缺陷。第3章 压力容器管座角焊缝无损检测 针对目前管座角焊缝检测存在的不足。本章对管座角焊缝表面质量及内部质量进行无损检测时适用的各种方法进行分析，指出合理选用检测方法的重要性。3.1 检验方位与时机的选取 对管座角焊缝按要求进行一定比例的无损检测的时机分制造检验和在用检测两种。选择检验部位时通常做法是基于如下几方面因素的综合考虑，即：宏观检查的初步结果；设备制造的技术要求；设备投入运行以及运行期间的运行状况对部件安全的影响；以前检查多次发现缺陷的部位；等等。这种选取检验部位的方法存在的最大问题就是：只有当部件中的缺陷发展到一定程度从而存在宏观表征到管座角焊缝才可能被选中以做进一步的检验，缺陷已初步形成而未有宏观表征但可能在运行期间扩展引起事故的管座角焊缝很可能漏检。为解决这一问题，将无损检测的多种方法引入管座角焊缝的检验9。检验时机通常是在所有拼接焊缝在成型后一次在探伤室完成，集中返修。可以降低吊装、转运的成本，提高生产效率。 3.2 管座角焊缝表面质量检测 对管座角焊缝表面缺陷进行检测主要采用的方法有渗透探伤和磁粉探伤两种。磁粉探伤时，为了排除伪缺陷的干扰，保证探伤仪与工件表面的良好接触，探测前应磨掉角焊缝及其边缘的氧化皮、油漆、锈蚀等直至出现金属光泽，并将咬边等表面宏观缺陷修磨干净(渗透探伤对角焊缝表面质量的要求基本相同)。检测设备应使用电磁轭，采用连续法和使用反差较高的磁悬液，条件允许时，应优先选用荧光磁粉。检测过程中，为了保证能够检出所有的横向缺陷和纵向缺陷，同一部位应在三个方向交叉检测，即：分60度对角焊缝探测3次以上。如果是制造检验，还应该在设备内表面进行磁粉检测。渗透探伤应选用灵敏度高的渗透剂，条件允许时，应优先选用溶剂去除型荧光法。两种方法必须按JB/T 4730-2005承压设备无损检测标准使用灵敏度试片或试块，以保证检测的灵敏度。锅炉和压力容器熔化焊角焊缝所连接的材料很多时候为异种钢材，由于材料成份相差较大，特别是当Cr与Mo元素含量相差较大时，磁粉探伤过程中磁痕往往易偏向显示于某一侧的熔合线上。此时，可应用渗透探伤对熔合线上磁痕的真伪进行辨别。如渗透探伤没有显示，则可以排除缺陷的存在10。如果渗透探伤仍有缺陷显示，则需进一步以超声波或射线探伤方法予以确认。 3.3 管座角焊缝内部质量检测3.3.1 接管外径大于或等于108mm的管座角焊缝检测 对于接管外径大于或等于108mm的管座角焊缝进行射线探伤，主要目的是为了检测出角焊缝中是否存在坡口未熔合、根部未焊透等缺陷。射线探伤时，由于焊缝长度、宽度范围内透照厚度变化较大，必须采取特殊的透照工艺进行补偿，其要点如下： 1贴片时，胶片要弯过来，尽量使大部分长度贴紧焊缝，以使几何不清晰度在整个胶片面积上获得最小值。 2对焊缝长度和宽度范围内的厚度变化设法进行补偿，以增大厚度宽度。为了保证底片在过渡区有足够的宽度，在保证穿透力的前提下，选择能量较低的X射线，像质计置于胶片侧并做对比试验。 3焊缝宽度两侧的厚度变化，会使底片黑度不能保持在标准规定的范围内，应从不同透照方向增拍片子。4为了保证坡口未熔合、根部未焊透等缺陷的最佳检出效果，在探伤前，并有针对性地选择透照方向，如图3-1所示。 a bc1方向检验是否焊透；2方向检验是否熔合；3方向检验根部是否熔合 图3-1 透照方向的选取 5为使缺陷位置在底片上易于判断，透照时应在焊缝被检区两侧附加铅字识别标记。评定底片时要注意影像畸变、位移对缺陷显示的影响。有关管座角焊缝射线透照方法与验收条件应符合JB/T 4730-2005标准的相关内容。锅炉中接管外径大于或等于108mm的管座角焊缝进行超声波探伤通常可参考JB/T 47302005承压设备无损检测的有关规定，共有5种探测方式，可根据工件的实际状况选择其中一种或几种方式组合实施检测，如图3.2、图3.3所示。 图3.2 插入式管座角焊缝检测 图3.3 安放式管座角焊缝检测因为管座角焊缝中，危害最大的缺陷是未熔合和裂纹等纵向(焊缝方向)缺陷，因此一般以直探头检测为主，直探头检测不到的区域，采用斜探头检测,检测时必须充分考虑角焊缝中可能存在的各类缺陷。经检验，管座角焊缝焊接符合JB/T 4730-2005标准中所规定的合格标准，检验结果无缺陷，合格。 3.3.2 接管外径小于108mm的管座角焊缝检测由于管径小、探伤面曲率大、容易造成声束扩散使得灵敏度降低；管壁薄、声程短、近场干扰大为保证尽可能大的扫查范围，要使用的探头折射角大，从而容易产生表面波和幻象波。这些因素的存在，接管外径小于108mm的管座角焊缝的超声波探伤一直是检测的难点。但是，只要合理选择探头和耦合方式，对于接管外径不大于108mm的管座角焊缝，超声波探伤仍然能够很好地检出缺陷，直探头的方法简单，根据材质和厚度按JB/T 47302005承压设备无损检测标准选择探头频率和探头晶片尺寸。当采用横波探伤时，按JB/T 4730-2005承压设备无损检测标准选择小晶片、短前沿、大K值探头，用普通焊缝的探伤方法进行探伤即可。检测时必须使用至少两种不同折射角的探头，为检出角焊缝上部区域的缺陷，一般选用K=2.5-3.0；但在检查单面焊根部未焊透时，考虑到端角反射问题，选用K=0.7-1.5，以提高根部缺陷检出能力。检测前为保证探头与工件的充分耦合，探头底面应修磨成圆弧面。检测过程中，缺陷的判别根据反射波的水平位置、幅度和游动范围来判断：1一次波前出现的反射波均为缺陷波。2如果二次波在内壁上的转折点在焊缝外侧，反射点位于焊缝中，该反射波可判为缺陷波。3未焊透，回波较强，从两侧探测，位于中心，沿焊缝方向有一定范围的游动。4未熔合，多出现在坡口面上，一般二次波容易检出，位置在探头一侧，另一侧难检出。5裂纹，可能出现在焊缝和热影响区的任何位置，应根据其反射波的水平位置、幅度和游动范围以及焊接方法特点综合考虑。 3.4 本章小结 选取锅炉管座角焊缝、采用超声波多次探伤是对管座角焊缝无损检测质量的重要保证。应用上述程序和方法，我们对冰轮压力容器厂的几台高压锅炉熔化焊管座角焊缝进行了检测，发现了一批容易漏检的缺陷，在保证设备的安全可靠、经济运行和控制产品质量方面发挥了积极的作用。千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。“结论”以前的所有正文内容都要编写在此行之前。- 13 -结论对于管座角焊缝内部埋藏缺陷和人不能进入特种内表面裂纹的检测主要用超声波检测，有时特种设备外部有保温覆盖层时，也可从特种内部对外表面出现的裂纹进行检测。超声检测方法也用于对特种设备锻件和高压螺栓可能出现的裂纹进行检测。由于超声波探伤仪体积小、重量轻，十分便于携带和操作。而且与射线相比对人无伤害，因此在特种设备检验中得到广泛使用。超声检测方法的另一特点是可以测量出焊缝内缺陷的自身高度，这对在用特种设备检验中的缺陷安全评定是必不可少的。本文在遵循承压设备安全技术法规和相关产品标准及有关技术文件和图样规定的基础上，根据承压设备结构、材质、制造方法、介质、使用条件和失效模式，选择最适合的超声检测方法。对实习企业的几台锅炉管座角焊缝进行检测，检测结果为合格。确保了压力容器安全、稳定、长时间生产，避免了危险事故的发生。致谢 在本论文的写作过程中，我的导师菅晓霞老师倾注了大量的心血，从选题到开题报告，从写作提纲到一遍又一遍地指出稿中的具体问题，严格把关，循循善诱，在此我表示衷心感谢。同时我还要感谢在我学习期间给我极大关心和支持的各位老师以及关心我的同学和朋友。写作毕业论文是一次再系统学习的过程，毕业论文的完成，同样也意味着新的学习生活的开始。感谢老师三年期间对我的帮助与教诲，我永远不会忘记，他们的音容笑貌仍旧不时浮现在我的眼前。各位老师鲜明地个性特点和人格魅力将是我回忆中的大学生涯重要的组成部分。 参考文献1 郭建章，张选利，宗殿瑞.国内压力容器无损检测技术的现状.青岛化工学院学报,2000，21(4)：1-52 丁守宝,刘富君.我国特种设备检测技术的现状与展望.中国计量学院学报.2008，19(4)：13沈功田，张万.特种设备无损检测技术综述.中国特种设备检测研究中心.北京100013：14孔凡一.锅炉和压力容器管座角焊缝的无损检测.重庆市特种设备质量安全检测中心.重庆 63000：15何泽云，陶元宏.中国压力容器无损检测技术进展.机电部通用机械研究所.1988，5(6)：1-26 ASTM E19302002, Standard Test Method for Examination of Liquid-Filled Atmospheric and Low-Pressure Metal Storage Tanks Using Acoustic EmissionS:57 Robers M.,Scottini R.,“Pulsed eddy current in corrosion detection”,Proceedings of 8th ECNDT Barcelona,Lecture IDN251,June 2002.：58袁榕.JB4730.承压设备无损检测标准简介.合肥通用机械研究院,安徽合肥23003：5-69康纪黔.JB4730一93压力容器无损检测标准介绍.劳动部锅炉压力容器检测研究中心 ：7-810 刘洪会，殷红旗.TSG R004-2009.固定式压力容器安全技术监察规程对无损检测规定变化的探讨.上海电气核电设备有限公司,上海20130：7-8