压力容器定期检验思考范文

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摘要：

压力容器制造时,难免会产生各种缺陷，若缺陷在标准允许范围内，可以保留下来，但若缺陷超过标准允许范围，就需要将其检验出来并清除。而保留下来的缺陷在使用过程中有可能会出现扩展开裂，进而导致容器失效、产生事故。为了保证压力容器的安全使用，必须对压力容器进行定期检验，及时发现缺陷，避免事故的发生。在压力容器定期检验实践中,射线检测与超声波检测相比较：射线检测对平面型缺陷不敏感，对体积型缺陷敏感；超声检测对体积型缺陷不敏感，对平面型危险缺陷检出灵敏度高，能够精确定位定量，是定期检验中最常用的内部缺陷检测方法。

关键词：

超声波检测；面积型缺陷；检出率

在用压力容器主要集中在石油化工企业，压力容器经过一段时间的使用后，其周围会产生交变应力，而交变应力可能会导致压力容器出现疲劳裂纹，并且在制造过程中保留下来的缺陷也会受到交变应力的影响，出现扩展开裂造成压力容器的失效。超声波是指频率大于20000Hz的高频机械波。用于检测的超声波频率为0.4-25MHz，其中最常用的是1-5MHz。超声波具有以下优势：指向性好；波长短；距离分辨力好等。现阶段最常用的超声波检测方法是A型脉冲反射超声波检测法，其原理是：把超声波波束由探头射入被检物的一面，然后在同一面接收从缺陷处反射回来的回波，根据回波情况来判断缺陷情况。A型脉冲反射法又分为：纵波垂直检测和横波倾斜入射检测，前者用于钢板、锻件的检测，而后者则主要用于焊缝的检测。

射线检测和超声波检测都是用来检测焊缝内部缺陷的方法，相比较而言：超声波对钢有足够的穿透力，对厚度大到上百毫米的都可以检测，这对射线检测来说就很困难了；当反射超声波的缺陷面积越大，回波越高，就越容易检出缺陷。由于体积型缺陷反射面积比面积型缺陷反射面积小，因此面积型缺陷更容易被超声波检测方法检测出来。实践发现，与射线照相检测方法相比，超声波检测更容易发现较厚（30mm以上）焊缝的裂纹和未熔合缺陷。射线照相无法对缺陷在工件厚度方向上进行定位，而超声波检测对缺陷在工件厚度方向上的定位比较准确。超声波检测方法还具有检测速度快、成本低、仪器体积小、重量轻，对作业人员身体无伤害，现场使用方便等诸多优点，从而在压力容器定期检验中得到广泛应用。那么在现实检验工作中，射线检测与超声波检测的检测质量到底如何呢？对危险性缺陷检出的灵敏度哪个更高呢？下面我们通过一个实例来验证一下。

1现场检测发现缺陷

2014年对化工八厂1-己烯装置压力容器定期检验过程中，利用超声波检测对V-301闪蒸罐的对接焊缝进行检测时，发现一处超标缺陷显示。检测人员在对V-301的纵焊缝A1（见图1）实施超声波检测时，在A1纵缝上发现缺陷显示（图2），长度43mm，深度位于13-20mm，最高波幅接近Ⅲ区[1]。当探头相对缺陷前后移动时，显示屏上脉冲包络呈钟形的一系列连续信号（有很多小峰），当探头在最大回波处沿平行焊缝的方向左右移动时，每个小峰也在脉冲包络中移动，波幅由零逐渐升高到最大值，然后波幅随着探头的移动又下降到零，信号波幅起伏较大（±6dB）符合波形模式Ⅲb[2]，根据缺陷在焊缝中的位置、深度以及缺陷的回波动态变化，检测人员认为该缺陷是与入射波成一定角度的面积性危害缺陷。为了进一步确定缺陷性质，决定采用射线检测对其进行复验，使用300kV的X射线探伤机从5个不同角度对缺陷拍片复检（见图3、图4），射线检测结果出来后，底片上却并未未发现缺陷影像。责任检验员根据超声波检测结果（表2）以及射线照相结果，认为该缺陷应该为白色层间未熔合，建议使用单位进行缺陷返修。分析表2可知：缺陷的长度约为42mm，深度变化范围为8.6mm，缺陷最大波幅为Ф1×6+5dB，说明用K2探头发射的超声波波束与缺陷形成了较好的反射并被接收。缺陷进行返修过程中，在深度10mm左右发现该缺陷，缺陷消除后深度为23.5mm，缺陷长度48mm，缺陷性质为白色层间未熔合并有开裂迹象，两端各开裂近3mm。充分印证了检验检测人员对它的判断是正确的。

2缺陷形成原因

设备制造过程中，在焊接时形成层间未熔合。就该设备而言采用的是埋弧自动焊，由于焊接时熔敷金属前铺，使得下层焊缝金属未熔化时已被铁水覆盖，从而形成白色层间未熔合，又由于闪蒸罐的温度、压力波动和间断操作，产生交变应力，使缺陷在交变应力的作用下，产生了扩展，对压力容器的安全使用造成隐患。

3X射线照相未检出原因

未熔合是平面型缺陷，其检出能力和缺陷自身的三个关键参数直接相关，即缺陷的自身高度d、缺陷的开口宽度W、缺陷与射线束的角度θ以及所使用的透照技术。对于层间未熔合其开口宽度W一般为0.01~0.02mm。实验证明开口宽度为0.025mm数量级的平面型缺陷可检出的最大倾角θ为10°[4]，本文所采用的透照方法中，缺陷与射线束的最小倾角为β角。

4超声波探伤检出原因

在超声波探伤中平面型缺陷的开口宽度W影响很小，真正影响巨大的参数是：①缺陷表面的粗糙度；②超声波扫查到的缺陷尺寸即缺陷的长度L和自身高度d；③超声波波束入射到缺陷的角度。

5结论

实践证明：任何一种检测手段都具有一定的局限性，只有正确选择检验检测方法，才能最大限度检出在用压力容器中存在的危险性缺陷。从理论上讲，超声波能够发现缺陷的最小尺寸为λ/2（λ－入射声波波长），用2.5MHz横波探测时λ/2＝0.646mm，就本文所述的层间未熔合其长度和自身高度都远远大于λ/2。虽然层间未熔合表面比较平滑，但缺陷沿其长度和宽度方向都是弯曲变化的。因此总有一处能够与入射的超声束形成垂直入射，从而反射波被探头接收。另外，层间未熔合中间一般含有空气，其声阻抗与钢的声阻抗相关较大，因此界面上可认为是全反射的且反射声波较强。所以超声检测不但能够发现层间未熔合，而且有较高的检出率。

6建议

①对在用压力容器进行定期检验，是为了检出压力容器在使用过程中产生的新生缺陷，而在焊缝内部产生的新生缺陷，大多以裂纹形式存在。裂纹属于面积型缺陷，采用超声波检测是最佳的选择。②在对在用压力容器（特别是厚壁容器）焊缝内部缺陷进行焊接返修前，建议先用超声波检测手段对缺陷进行厚度方向上的精准定位，确定缺陷在厚度方向上的埋藏深度，以便确定是从容器内部返修，还是从容器外部返修更科学合理。

参考文献：

[1]国家发展和改革委员会.承压设备无损检测[M].新华出版社，2005.

[2]郑晖，林树青主编.超声检测[M].中国劳动社会保障出版社，2008.

[3]王学冠编写.射线照相底片的评定[M].中国特种设备检验协会教育工作委员会，2006.

[4]强天鹏主编.射线检测[M].云南科技出版社，2001。

作者：王金波 单位：长春特种设备检测研究院