1、哈爾濱理工大學榮成學院專科生畢業設計題 目： 壓力容器的無損檢測 專業年級： 學生姓名： 學 號： 指導教師： 哈爾濱理工大學榮成學院完成時間： 2013 年 6 月 20日哈爾濱理工大學榮成學院專科生畢業設計(論文)評語學生姓名： 學號：學 院：榮成學院 專業：焊接10-2任務起止時間：2013年4月22日至2013年6月20日畢業設計(論文)題目：壓力容器的無損檢測指導教師對畢業設計(論文)的評語：指導教師簽名： 指導教師職稱： 評閱教師對畢業設計(論文)的評語：評閱教師簽名： 評閱教師職稱： 答辯委員會對畢業設計的評語：答辯委員會評定，該生畢業設計(論文)成績為： 答辯委員會主席簽名：

2、職稱： 2013年6月23日哈爾濱理工大學榮成學院專科生畢業設計(論文)任務書學生姓名： 學號：學 院：榮成學院 專業：焊接10-2任務起止時間：2013年4月22日至2013年6月20日畢業設計(論文)題目： 壓力容器的無損檢測畢業設計工作內容：采用射線探傷、超聲波探傷、磁粉探傷、滲透探傷技術對壓力容器件焊后進行無損探傷，依據相關國家標準達到檢驗焊接質量的目的，確保壓力容器產品的質量安全。 資料：1 郭建章，張選利，宗殿瑞.國內壓力容器無損檢測技術的現狀.青島化工學院學報.2000，21(4)：1-32 沈功田，張萬.特種設備無損檢測技術綜述.中國特種設備檢測研究中心.北京100013：4-

3、53 孔凡一.鍋爐和壓力容器管座角焊縫的無損檢測.重慶市特種設備質量安全檢測中心.重慶 63000：6-9指導教師意見： 簽名：2013年5月6日系主任意見： 簽名：2013年5月7日壓力容器的無損檢測摘要壓力容器的用途十分廣泛。它在石油化學工業、能源工業、科研和軍工等國民經濟的各個部門都起著重要作用。是各國重要的監檢產品，由國家指定的專門機構，按照國家規定的法規和標準實施監督檢查和技術檢驗。本文對壓力容器原材料的具體缺陷闡述了對應的無損檢測方法。壓力容器用板材、管材、棒材因形狀和受力不同具有不同的檢測要求和檢測方法。壓力容器用鍛件和鑄件其成型方式，因而采用不同的手段檢測特定的缺陷。介紹了當前

4、壓力容器制造和使用過程中所采用射線探傷、超聲波探傷、磁粉探傷、滲透探傷的等常規無損檢測技術和聲發射、磁記憶等新技術，并論述他們的工作原理、優缺點和技術進展。無損檢測能應用于產品設計、材料選擇、加工制造、成品檢驗、在役檢查等多方面，在質量控制與降低成本之間能起最優化作用。無損檢測還有助于保證產品的安全運行和有效使用。關鍵詞壓力容器；無損檢測技術；超聲波探傷目錄摘要.i第1章 緒論11.1 課題背景11.2 壓力容器無損檢測技術的現狀11.2.1 射線檢測技術11.2.2 超聲波檢測技術21.2.3 磁粉檢測和滲透檢測技術21.2.4 非常規無損檢測技術31.3 無損檢測技術展望31.4 本文主要

5、研究內容3第2章 壓力容器原材料的無損檢測42.1 壓力容器用金屬板材的無損檢測42.2 壓力容器用管材的無損檢測42.3 壓力容器用鋼鍛件的無損檢測42.4 壓力容器用鋼棒材的無損檢測42.5 壓力容器用鑄件的無損檢測52.6 本章小結5第3章 壓力容器管座角焊縫無損檢測63.1 檢驗方位與時機的選取63.2 管座角焊縫表面質量檢測63.3 管座角焊縫內部質量檢測73.3.1 接管外徑大于或等于108mm的管座角焊縫檢測73.3.2 接管外徑小于108mm的管座角焊縫檢測93.4 本章小結9結論10致謝11參考文獻12附錄13千萬不要刪除行尾的分節符，此行不會被打印。在目錄上點右鍵“更新域”

6、，然后“更新整個目錄”。打印前，不要忘記把上面“abstract”這一行后加一空行第1章 緒論1.1 課題背景 壓力容器是一個涉及多行業、多學科的綜合性產品，其建造技術涉及到冶金、機械加工、腐蝕與防腐、無損檢測、安全防護等眾多行業。隨著技術的不斷進步，特別是以計算機技術為代表的信息技術的飛速發展，帶動了相關產業的發展，在世界各國投入了大量人力物力進行深入的研究的基礎上，壓力容器技術領域也取得了相應的進展。但其潛在的安全隱患也建逐漸顯露了出來，尤其是近年來的鍋爐爆炸、管道泄漏等安全事故頻繁發生，不禁給我們敲響了警鐘。而無損檢測就是發現這類安全隱患的直接而有效的手段1。目前，壓力容器無損檢測的常規

7、方法主要有超聲檢測(ultrasonic testing ，ut)、射線檢測(radiographic testing，rt)、磁粉檢測 (magnetic particle testing，mt)、滲透檢驗(penetrant testing，pt)、渦流檢測(eddy current testing，et)。非常規無損檢測技術有：聲發射(acoustic emission，ae)、 紅外檢測(infrared，ir)、激光全息檢測(holographic nondestructive testing，hnt)等。 為了保障壓力容器設備的安全運行，無損檢測技術可以充分發揮其非破壞性及可靠性并

8、且在許多情況下可以實施原位檢測(即不需拆卸解體)的特長。無損檢測技術在降低生產制造費用、提高材料利用率、提高生產效率方面都起著重要的作用2。1.2 壓力容器無損檢測技術的現狀 無損檢測在不損害其后續有用性和適用性的前提下，發展和應用測試材料或構件的技術方法來探測、定位、測量和評價缺陷；評估材料的完整性、性質和組成；測量幾何特征。其基本過程是采用無損檢測手段，確定檢測信息為偽缺陷、相關缺陷或非相關缺陷，然后評估確定該構件是否符合特定的標準3。目前用于壓力容器的無損檢測方法主要有射線探傷(rt)、超聲探傷(ut)、滲透探傷(pt)、磁粉探傷(mt)以及一些其他非常規的檢測方法4。1.2.1 射線檢

9、測技術 射線檢測方法是利用射線透過試件時部分射線按厚度變化的函數關系被吸收，試件較薄的部位透過的射線多，而較厚的部位透過的射線少。這樣在膠片上就生成一個按試件厚度變化的影像，從而可以對試件進行無損檢測，射線技術經過長時間的發展，現已形成射線照相技術，射線實時成像檢測技術和射線層析檢測技術三大部分，其中x射線和射線的常規射線照相檢測技術已發展成為相當成熟的無損檢測技術，它正廣泛應用于鍋爐壓力容器檢驗中。近年來，射線檢測技術的發展重點集中在工業射線ct、計算機實時成像和圖像處理技術的應用方面。工業ct是實現高質量、高分辨率檢測的重要裝置。它不僅可以檢出材料中的裂紋和雜質等缺陷，而且能對其大小、形狀

10、及空間位置做出定量的評估；目前其成像質量已接近于x射線膠片成像水平，靈敏度水平對于15-50 mm的鋼焊縫來說可優于2%。隨著計算機技術的發展，射線檢測技術也逐步實現了自動化，表現在以下幾方面：x射線廣泛應用了單片機技術，實現了透照參數存儲和故障自動診斷。利用計算機編制了一些透照參數設計輔助程序和評片輔助程序，實現了透照和評片的自動化。總之，計算機的應用正在影響著整個射線檢測技術的領域5。1.2.2 超聲波檢測技術超聲波檢測是用普通的脈沖反射法操作，通過在噪聲波和干擾波的背景上出現意外的回波來檢測出缺陷的過程，它具有檢測對象范圍廣，檢測深度大，缺陷定位準確，檢測靈敏度高，成本低，使用方便，速度

11、快，對人體無害以及便于現場使用等優點。因此，超聲波無損檢測技術是國內外應用最廣泛，使用頻率最高且發展較快的一種無損檢測技術。由于超聲波檢測是利用電子儀器從超聲信號中抽取信息，再推斷出結論的過程，其檢測具有間接性，故其結果不可避免地帶有統計性質。即存在檢出概率，漏檢率及檢出結果重復率等問題。為了消除或降低人為因素的影響，提高檢測結果的可記錄性。人們開發了超聲信號處理和超聲成像技術，實現了數據處理和缺陷評價的自動化。這是對缺陷準確定位、定量檢測的一條有效途徑，也是超聲檢測發展的主流。計算機技術的高度發展也給無損檢測技術帶來了巨大的沖擊作用，促進了超聲波檢測的快速發展，目前國內已有許多廠家應用和發展

12、了多種能用電腦控制的模擬數字式探傷儀和智能化數字式超聲波探傷儀，以及用于流水線生產的微機控制自動超聲波檢測系統。同時計算機在超聲波檢測方面的另一應用是發揮其軟件計算功能。目前，國外已有多種商用的超聲波檢測系統，檢測軟件已正在向通用型和實用型發展。1.2.3 磁粉檢測和滲透檢測技術在較為傳統的滲透和磁粉檢測方面，目前國內已能生產全系列的主機和附件，在品種和功能方面與國際差距正在縮小。近年來國內研制的手提式復合磁化裝置可實現大型壓力容器焊縫的一次性磁化，可在全方位上顯現缺陷磁痕。同時計算機在表面檢測方面的應用同樣也得到了顯著的發展。如微機控制的自動化檢測裝置可自動進行上工件、磁化、噴液、檢測、下工

13、件和退磁工序的程控化，在壓力容器業小鍛件、螺栓件和管材的檢測中取得良好的效果。在滲透檢測方面，一些能快速滲透、檢測靈敏度0.5 mm的著色滲透探傷劑的研究和進入市場給國內滲透檢測的發展起了推動作用。1.2.4 非常規無損檢測技術 在非常規無損檢測技術方面，近年來國內也有極其顯著的發展。如在紅外檢測方面：熱彈性應力分析法檢測評估壓力容器和管道表面裂紋；遙控紅外成像系統用于檢測高溫壓力容器和核壓力容器的內外部缺陷；在聲發射檢測方面，聲發射過程中的接收信號處理；壓力容器水壓試驗中的聲發射檢測評估；聲發射檢漏及在用壓力容器的聲發射監控方面都取得了較大的發展。在渦流檢測方面，也取得了較快發展，其中以渦流

14、技術的電腦化最為迅速。多頻技術，頻率拓寬數字濾波，自動平衡，阻抗平面顯示，相位分析等技術的應用對渦流檢測的發展也有巨大的推動作用。目前國內壓力容器行業使用的渦流裝置，其應用水平已有明顯提高。1.3 無損檢測技術展望 隨著壓力容器無損檢測技術的不斷發展和深入，人們開始意識到提高壓力容器無損檢測技術水平，保證產品安全可靠性是一個長期而復雜的過程。當前國內無損檢測技術存在的主要問題是：如何進一步提高無損檢測技術的可靠性；如何用無損檢測技術準確地確定材料和工件中存在的缺陷方位、性質及尺寸。因此無損檢測技術還應在以下幾方面做進一步的研究： 1利用先進的物理技術成果，促進自身的不斷完善； 2加強無損檢測的

15、自動化技術，以改變目前由人工操作及人工解釋所獲得的無損檢測信息的局面，提高無損檢測技術的自動化水平； 3加強無損檢測技術規程、無損檢測判廢技術標準的研究和制定工作，盡快改變無損檢測技術規程、標準落后于其它相關技術規程、標準的局面。1.4 本文主要研究內容 本文針對壓力容器原材料的具體缺陷闡述了對應的無損檢測方法。壓力容器用板材、管材、棒材因形狀和受力不同具有不同的檢測要求和檢測方法。壓力容器鍛件和鑄件其成型方式不同，因而采用不同的手段檢測特定的缺陷。以鍋爐管座角焊縫為例進行檢測，采用超聲波多次探傷對管座角焊縫進行無損檢測。應用上述程序和方法，對實習企業冰輪壓力容器廠的幾臺高壓鍋爐熔化焊管座角焊

16、縫進行檢測，來發現焊接缺陷以免造成安全事故。第2章 壓力容器原材料的無損檢測為了確保特種設備的安全質量，從特種設備使用的原材料開始都要采用無損檢測來進行嚴格控制，特種設備使用的主要承受載荷的原材料包括金屬板材、管材、鍛件、棒材、鑄件和鋼絲繩等，根據這些材料制造工藝和幾何形狀的不同，也需要采用不同的無損檢測技術。2.1 壓力容器金屬板材的無損檢測特種設備用金屬板材一般包括鋼板、不銹鋼鋼板、雙相鋼鋼板、鋁及鋁合金板材、鈦及鈦合金板材等，主要用于承壓類特種設備的筒體和封頭的制造，其中對壓力容器鋼板的質量要求最為嚴格。所有的壓力容器制造規范或標準均規定，在特種設備處于腐蝕、高壓等較苛刻的工作條件下，壓

17、力容器用金屬板材必須逐張進行超聲波檢測。此超聲波檢測所用的探頭為單晶或雙晶直探頭，主要用于檢測金屬板材的冶煉和軋制過程中產生的白點、裂紋和分層等缺陷6。2.2 壓力容器管材的無損檢測特種設備用管材包括無縫鋼管、焊接鋼管、銅及銅合金管、鋁及鋁合金管、鈦及鈦合金管等，主要用于鍋爐、換熱器和壓力管道的制造。無縫鋼管采用液浸法或接觸法超聲波檢測主要來發現縱向缺陷。液浸法檢測使用線聚焦或點聚焦探頭，接觸法檢測使用與鋼管表面吻合良好的斜探頭或聚焦斜探頭7。所有類型的金屬管材都可以采用渦流檢測的方法來發現它們的表面和近表面缺陷8。鐵磁性鋼管一般采用外穿過式線圈或放置式線圈進行檢測，對于非鐵磁性材料，由于管材

18、的口徑較小，一般采用外穿過式線圈進行檢測。2.3 壓力容器鋼鍛件的無損檢測特種設備中鍋爐和壓力容器使用的鋼鍛件主要包括接管、法蘭、凸緣、管板和圓筒等，大型游樂設施使用的鍛件主要為大軸。通常采用超聲波檢測方法來發現這些鍛件中的危害性氣孔、疏松、偏析、夾雜等冶金缺陷。一般采用縱波直探頭對加工過程中的實心鍛件進行檢測，采用橫波斜探頭對內外經之比小于80%的環行或筒形鍛件進行周向檢測。2.4 壓力容器鋼棒材的無損檢測 鋼棒材主要用于鍛件和螺栓的制造。對于直徑大于50 mm的鋼螺栓件需要采用超聲檢測以發現螺栓桿內存在的氣孔、疏松、偏析、夾雜等冶金缺陷。超聲檢測采用單晶直探頭或雙晶直探頭縱波檢測的方法。2

19、.5 壓力容器鑄件的無損檢測 常用的特種設備鑄鐵件為造紙用烘缸、鑄鐵鍋爐爐片、壓力管道元件和閥門等，為了檢查鑄件的鑄造質量和鑄造工藝，通常采用射線檢測來發現鑄件內的氣孔缺陷。2.6 本章小結 本章針對壓力容器原材料的具體缺陷闡述了對應的無損檢測方法。壓力容器用板材、管材、棒材因形狀和受力不同具有不同的檢測要求和檢測方法。壓力容器用鍛件和鑄件其成型方式，因而采用不同的手段檢測特定的缺陷。第3章 壓力容器管座角焊縫無損檢測 針對目前管座角焊縫檢測存在的不足。本章對管座角焊縫表面質量及內部質量進行無損檢測時適用的各種方法進行分析，指出合理選用檢測方法的重要性。3.1 檢驗方位與時機的選取 對管座角焊

20、縫按要求進行一定比例的無損檢測的時機分制造檢驗和在用檢測兩種。選擇檢驗部位時通常做法是基于如下幾方面因素的綜合考慮，即：宏觀檢查的初步結果；設備制造的技術要求；設備投入運行以及運行期間的運行狀況對部件安全的影響；以前檢查多次發現缺陷的部位；等等。這種選取檢驗部位的方法存在的最大問題就是：只有當部件中的缺陷發展到一定程度從而存在宏觀表征到管座角焊縫才可能被選中以做進一步的檢驗，缺陷已初步形成而未有宏觀表征但可能在運行期間擴展引起事故的管座角焊縫很可能漏檢。為解決這一問題，將無損檢測的多種方法引入管座角焊縫的檢驗9。檢驗時機通常是在所有拼接焊縫在成型后一次在探傷室完成，集中返修。可以降低吊裝、轉運

21、的成本，提高生產效率。 3.2 管座角焊縫表面質量檢測 對管座角焊縫表面缺陷進行檢測主要采用的方法有滲透探傷和磁粉探傷兩種。磁粉探傷時，為了排除偽缺陷的干擾，保證探傷儀與工件表面的良好接觸，探測前應磨掉角焊縫及其邊緣的氧化皮、油漆、銹蝕等直至出現金屬光澤，并將咬邊等表面宏觀缺陷修磨干凈(滲透探傷對角焊縫表面質量的要求基本相同)。檢測設備應使用電磁軛，采用連續法和使用反差較高的磁懸液，條件允許時，應優先選用熒光磁粉。檢測過程中，為了保證能夠檢出所有的橫向缺陷和縱向缺陷，同一部位應在三個方向交叉檢測，即：分60度對角焊縫探測3次以上。如果是制造檢驗，還應該在設備內表面進行磁粉檢測。滲透探傷應選用靈

22、敏度高的滲透劑，條件允許時，應優先選用溶劑去除型熒光法。兩種方法必須按jb/t 4730-2005承壓設備無損檢測標準使用靈敏度試片或試塊，以保證檢測的靈敏度。鍋爐和壓力容器熔化焊角焊縫所連接的材料很多時候為異種鋼材，由于材料成份相差較大，特別是當cr與mo元素含量相差較大時，磁粉探傷過程中磁痕往往易偏向顯示于某一側的熔合線上。此時，可應用滲透探傷對熔合線上磁痕的真偽進行辨別。如滲透探傷沒有顯示，則可以排除缺陷的存在10。如果滲透探傷仍有缺陷顯示，則需進一步以超聲波或射線探傷方法予以確認。 3.3 管座角焊縫內部質量檢測3.3.1 接管外徑大于或等于108mm的管座角焊縫檢測 對于接管外徑大于

23、或等于108mm的管座角焊縫進行射線探傷，主要目的是為了檢測出角焊縫中是否存在坡口未熔合、根部未焊透等缺陷。射線探傷時，由于焊縫長度、寬度范圍內透照厚度變化較大，必須采取特殊的透照工藝進行補償，其要點如下： 1貼片時，膠片要彎過來，盡量使大部分長度貼緊焊縫，以使幾何不清晰度在整個膠片面積上獲得最小值。 2對焊縫長度和寬度范圍內的厚度變化設法進行補償，以增大厚度寬度。為了保證底片在過渡區有足夠的寬度，在保證穿透力的前提下，選擇能量較低的x射線，像質計置于膠片側并做對比試驗。 3焊縫寬度兩側的厚度變化，會使底片黑度不能保持在標準規定的范圍內，應從不同透照方向增拍片子。4為了保證坡口未熔合、根部未焊

24、透等缺陷的最佳檢出效果，在探傷前，并有針對性地選擇透照方向，如圖3-1所示。 a bc1方向檢驗是否焊透；2方向檢驗是否熔合；3方向檢驗根部是否熔合 圖3-1 透照方向的選取 5為使缺陷位置在底片上易于判斷，透照時應在焊縫被檢區兩側附加鉛字識別標記。評定底片時要注意影像畸變、位移對缺陷顯示的影響。有關管座角焊縫射線透照方法與驗收條件應符合jb/t 4730-2005標準的相關內容。鍋爐中接管外徑大于或等于108mm的管座角焊縫進行超聲波探傷通常可參考jb/t 47302005承壓設備無損檢測的有關規定，共有5種探測方式，可根據工件的實際狀況選擇其中一種或幾種方式組合實施檢測，如圖3.2、圖3.

25、3所示。 圖3.2 插入式管座角焊縫檢測 圖3.3 安放式管座角焊縫檢測因為管座角焊縫中，危害最大的缺陷是未熔合和裂紋等縱向(焊縫方向)缺陷，因此一般以直探頭檢測為主，直探頭檢測不到的區域，采用斜探頭檢測,檢測時必須充分考慮角焊縫中可能存在的各類缺陷。經檢驗，管座角焊縫焊接符合jb/t 4730-2005標準中所規定的合格標準，檢驗結果無缺陷，合格。 3.3.2 接管外徑小于108mm的管座角焊縫檢測由于管徑小、探傷面曲率大、容易造成聲束擴散使得靈敏度降低；管壁薄、聲程短、近場干擾大為保證盡可能大的掃查范圍，要使用的探頭折射角大，從而容易產生表面波和幻象波。這些因素的存在，接管外徑小于108m

26、m的管座角焊縫的超聲波探傷一直是檢測的難點。但是，只要合理選擇探頭和耦合方式，對于接管外徑不大于108mm的管座角焊縫，超聲波探傷仍然能夠很好地檢出缺陷，直探頭的方法簡單，根據材質和厚度按jb/t 47302005承壓設備無損檢測標準選擇探頭頻率和探頭晶片尺寸。當采用橫波探傷時，按jb/t 4730-2005承壓設備無損檢測標準選擇小晶片、短前沿、大k值探頭，用普通焊縫的探傷方法進行探傷即可。檢測時必須使用至少兩種不同折射角的探頭，為檢出角焊縫上部區域的缺陷，一般選用k=2.5-3.0；但在檢查單面焊根部未焊透時，考慮到端角反射問題，選用k=0.7-1.5，以提高根部缺陷檢出能力。檢測前為保證

27、探頭與工件的充分耦合，探頭底面應修磨成圓弧面。檢測過程中，缺陷的判別根據反射波的水平位置、幅度和游動范圍來判斷：1一次波前出現的反射波均為缺陷波。2如果二次波在內壁上的轉折點在焊縫外側，反射點位于焊縫中，該反射波可判為缺陷波。3未焊透，回波較強，從兩側探測，位于中心，沿焊縫方向有一定范圍的游動。4未熔合，多出現在坡口面上，一般二次波容易檢出，位置在探頭一側，另一側難檢出。5裂紋，可能出現在焊縫和熱影響區的任何位置，應根據其反射波的水平位置、幅度和游動范圍以及焊接方法特點綜合考慮。 3.4 本章小結 選取鍋爐管座角焊縫、采用超聲波多次探傷是對管座角焊縫無損檢測質量的重要保證。應用上述程序和方法，

28、我們對冰輪壓力容器廠的幾臺高壓鍋爐熔化焊管座角焊縫進行了檢測，發現了一批容易漏檢的缺陷，在保證設備的安全可靠、經濟運行和控制產品質量方面發揮了積極的作用。千萬不要刪除行尾的分節符，此行不會被打印。“結論”以前的所有正文內容都要編寫在此行之前。結論對于管座角焊縫內部埋藏缺陷和人不能進入特種內表面裂紋的檢測主要用超聲波檢測，有時特種設備外部有保溫覆蓋層時，也可從特種內部對外表面出現的裂紋進行檢測。超聲檢測方法也用于對特種設備鍛件和高壓螺栓可能出現的裂紋進行檢測。由于超聲波探傷儀體積小、重量輕，十分便于攜帶和操作。而且與射線相比對人無傷害，因此在特種設備檢驗中得到廣泛使用。超聲檢測方法的另一特點是可以測量出焊縫內缺陷的自身高度，這對在用特種設備檢驗中的缺陷安全評定是必不可少的。本文在遵循承壓設備安全技術法規和相關產品標準及有關技術文件和圖樣規定的基礎上，根據承壓設備結構、材質、制造方法、介質、使用條件和失效模式，選擇最適合的超聲檢測方法。對實習企業的幾臺鍋爐管座角焊縫進行檢測，檢測結果為合格。確保了壓力容器安全、穩定、長時間生產