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壓力容器無損檢測(cè)技術(shù)的原理及應(yīng)用
[論文關(guān)鍵詞]壓力容器 無損檢測(cè) 新技術(shù)
[論文摘要]介紹當(dāng)前壓力容器制造和使用過程中所采用的無損檢測(cè)技術(shù),包括射線、超聲、磁粉、滲透等常規(guī)技術(shù)和聲發(fā)射、磁記憶等新技術(shù),并論述他們的工作原理、優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用范圍。
一、引言
隨著現(xiàn)代的發(fā)展,對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和結(jié)構(gòu)安全性,使用可靠性提出越來越高的要求,由于無損檢測(cè)技術(shù)具有不破壞試件,檢測(cè)靈敏度高等優(yōu)點(diǎn),所以其應(yīng)用日益廣泛。目前對(duì)壓力容器的檢測(cè)方法有多種,本文主要介紹無損檢測(cè)的常用技術(shù)如射線、超聲、磁粉和滲透及新技術(shù)如聲發(fā)射、磁記憶等。
二、無損檢測(cè)方法
現(xiàn)代無損檢測(cè)的定義是:在不損壞試件的前提下,以或化學(xué)方法為手段,借助先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備器材,對(duì)試件的內(nèi)部及表面的結(jié)構(gòu),性質(zhì),狀態(tài)進(jìn)行檢查和測(cè)試的方法。
。ㄒ唬┥渚檢測(cè)
射線檢測(cè)技術(shù)一般用于檢測(cè)焊縫和鑄件中存在的氣孔、密集氣孔、夾渣和未融合、未焊透等缺陷。另外,對(duì)于人體不能進(jìn)入的壓力容器以及不能采用超聲檢測(cè)的多層包扎壓力容器和球形壓力容器多采用Ir或Se等同位素進(jìn)行γ射線照相。但射線檢測(cè)不適用于鍛件、管材、棒材的檢測(cè)。
射線檢測(cè)方法可獲得缺陷的直觀圖像,對(duì)長度、寬度尺寸的定量也比較準(zhǔn)確,檢測(cè)結(jié)果有直觀紀(jì)錄,可以長期保存。但該方法對(duì)體積型缺陷(氣孔、夾渣)檢出率高,對(duì)體積型缺陷(如裂紋未熔合類),如果照相角度不適當(dāng),容易漏檢。另外該方法不適宜較厚的工件,且檢測(cè)高、速度慢,同時(shí)對(duì)人體有害,需做特殊防護(hù)。
。ǘ┏暡z測(cè)
超聲檢測(cè)(Ultrasonic Testing,UT)是利用超聲波在介質(zhì)中時(shí)產(chǎn)生衰減,遇到界面產(chǎn)生反射的性質(zhì)來檢測(cè)缺陷的無損檢測(cè)方法。
超聲檢測(cè)既可用于檢測(cè)焊縫內(nèi)部埋藏缺陷和焊縫內(nèi)表面裂紋,還用于壓力容器鍛件和高壓螺栓可能出現(xiàn)裂紋的檢測(cè)。
該方法具有靈敏度高、指向性好、穿透力強(qiáng)、檢測(cè)速度快成本低等優(yōu)點(diǎn),且超聲波探傷儀體積小、重量輕,便于攜帶和操作,對(duì)人體沒有危害。但該方法無法檢測(cè)表面和近表面的延伸方向平行于表面的缺陷,此外,該方法對(duì)缺陷的定性、定量表征不準(zhǔn)確。
(三)磁粉檢測(cè)
磁粉檢測(cè)(Magnetic Testing,MT)是基于缺陷處漏磁場(chǎng)與磁粉相互作用而顯示鐵磁性表面和近表面缺陷的無損檢測(cè)方法。
在以鐵磁性材料為主的壓力容器原材料驗(yàn)收、制造安裝過程質(zhì)量控制與產(chǎn)品質(zhì)量驗(yàn)收以及使用中的定期與缺陷維修監(jiān)測(cè)等及格階段,磁粉檢測(cè)技術(shù)用于檢測(cè)鐵磁性材料表面及近表面裂紋、折疊、夾層、夾渣等方面均得到廣泛的應(yīng)用。
磁粉檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)在于檢測(cè)成本低、速度快,檢測(cè)靈敏度高。缺點(diǎn)在于只適用于鐵磁性材料,工件的形狀和尺寸有時(shí)對(duì)探傷有影響。
(四)滲透檢測(cè)
滲透檢測(cè)(PenetrantTest,PT)是基于毛細(xì)管現(xiàn)象揭示非多孔性固體材料表面開口缺陷,其方法是將液體滲透液滲入工件表面開口缺陷中,用去除劑清除多余滲透液后,用顯像劑表示出缺陷。
滲透檢測(cè)可有效用于除疏松多孔性材料外的任何種類的材料,如鋼鐵材料、有色金屬材料、陶瓷材料和塑料等材料的表面開口缺陷。隨著滲透檢測(cè)方法在壓力容器檢測(cè)中的廣泛應(yīng)用,必須合理選擇滲透劑及檢測(cè)工藝、標(biāo)準(zhǔn)試塊及受檢壓力容器實(shí)際缺陷試塊,使用可行的滲透檢測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)等來提高滲透檢測(cè)的可靠性。
該方法操作簡(jiǎn)單低,缺陷顯示直觀,檢測(cè)靈敏度高,可檢測(cè)的和缺陷范圍廣,對(duì)形狀復(fù)雜的部件一次操作就可大致做到全面檢測(cè)。但只能檢測(cè)出材料的表面開口缺陷且不適用于多孔性材料的,對(duì)工件和有污染。滲透檢測(cè)方法在檢測(cè)表面微細(xì)裂紋時(shí)往往比射線檢測(cè)靈敏度高,還可用于磁粉檢測(cè)無法應(yīng)用到的部位。
(五)聲發(fā)射檢測(cè)
聲發(fā)射(Acoustic Emission,AE)是指材料或結(jié)構(gòu)受外力或內(nèi)力作用產(chǎn)生變形或斷裂,以彈性波形式釋放出應(yīng)變能的現(xiàn)象。而彈性波可以反映出材料的一些性質(zhì)。聲發(fā)射檢測(cè)就是通過探測(cè)受力時(shí)材料內(nèi)部發(fā)出的應(yīng)力波判斷容器內(nèi)部結(jié)構(gòu)損傷程度的一種新的無損檢測(cè)方法。
壓力容器在高溫高壓下由于材料疲勞、腐蝕等產(chǎn)生裂紋。在裂紋形成、擴(kuò)展直至開裂過程中會(huì)發(fā)射出能量大小不同的聲發(fā)射信號(hào),根據(jù)聲發(fā)射信號(hào)的大小可判斷是否有裂紋產(chǎn)生、及裂紋的擴(kuò)展程度。
聲發(fā)射與X射線、超聲波等常規(guī)檢測(cè)方法的主要區(qū)別在于它是一種動(dòng)態(tài)無損檢測(cè)方法。聲發(fā)射信號(hào)是在外部條件作用下產(chǎn)生的,對(duì)缺陷的變化極為敏感,可以檢測(cè)到微米數(shù)量級(jí)的顯微裂紋產(chǎn)生、擴(kuò)展的有關(guān)信息,檢測(cè)靈敏度很高。此外,因?yàn)榻^大多數(shù)材料都具有聲發(fā)射特征,所以聲發(fā)射檢測(cè)不受材料限制,可以長期連續(xù)地監(jiān)視缺陷的安全性和超限報(bào)警。
。┐庞洃洐z測(cè)
磁記憶(Metal magnetic memory, MMM)檢測(cè)方法就是通過測(cè)量構(gòu)件磁化狀態(tài)來推斷其應(yīng)力集中區(qū)的一種無損檢測(cè)方法,其本質(zhì)為漏磁檢測(cè)方法。
壓力容器在運(yùn)行過程中受介質(zhì)、壓力和溫度等因素的影響,易在應(yīng)力集中較嚴(yán)重的部位產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂、疲勞開裂和誘發(fā)裂紋,在高溫設(shè)備上還容易產(chǎn)生蠕變損傷。磁記憶檢測(cè)方法用于發(fā)現(xiàn)壓力容器存在的高應(yīng)力集中部位,它采用磁記憶檢測(cè)儀對(duì)壓力容器焊縫進(jìn)行快速掃查,從而發(fā)現(xiàn)焊縫上存在的應(yīng)力峰值部位,然后對(duì)這些部位進(jìn)行表面磁粉檢測(cè)、內(nèi)部超聲檢測(cè)、硬度測(cè)試或金相組織分析,以發(fā)現(xiàn)可能存在的表面裂紋、內(nèi)部裂紋或材料微觀損傷。
磁記憶檢測(cè)方法不要求對(duì)被檢測(cè)對(duì)象表面做專門的準(zhǔn)備,不要求專門的磁化裝置,具有較高的靈敏度。金屬磁記憶方法能夠區(qū)分出彈性變形區(qū)和塑性變形區(qū),能夠確定金屬層滑動(dòng)面位置和產(chǎn)生疲勞裂紋的區(qū)域,能顯示出裂紋在金屬組織中的走向,確定裂紋是否繼續(xù)發(fā)展。是繼聲發(fā)射后第二次利用結(jié)構(gòu)自身發(fā)射信息進(jìn)行檢測(cè)的方法,除早期發(fā)現(xiàn)已發(fā)展的缺陷外,還能提供被檢測(cè)對(duì)象實(shí)際應(yīng)力---變形狀況的信息,并找出應(yīng)力集中區(qū)形成的原因。但此方法目前不能單獨(dú)作為缺陷定性的無損檢測(cè)方法,在實(shí)際應(yīng)用中,必須輔助以其他的無損檢測(cè)方法。
三、展望
作為一種綜合性應(yīng)用技術(shù),無損檢測(cè)技術(shù)經(jīng)歷了從無損探傷(NDI),到無損檢測(cè)(NDT),再到無損評(píng)價(jià)(NDE),并且向自動(dòng)無損評(píng)價(jià)(ANDE)和定量無損評(píng)價(jià)(QNDE)發(fā)展。相信在不員的將來,新生的納米材料、微機(jī)電器件等行業(yè)的無損檢測(cè)技術(shù)將會(huì)得到迅速發(fā)展。
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