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1、压力容器制造的无损检测要求 江苏省特种设备安全监督检验研究院陈挺2009年3月 压力容器制造的无损检测要求 1 基本知识建立基本概念 了解无损检测技术工艺特点 重点是各个方法的适用性 2 法规 标准中有关无损检测要求了解法规标准中一般要求 理解特殊规定 3 压力容器制造过程中无损检测方法的选择了解常用无损检测方法的选择原则 4 工艺文件应满足的无损检测技术条件要求了解设计 工艺文件中应满足无损检测技术条件的原则 压力容器制造的无损检测要求 1 基本知识1 1无损检测的定义现代无损检测的定义是 在不损坏试件的前提下 以物理 或化学 方法为手段 借助先进的技术和设备器材 对试件的内部及表面的结构
2、性质 状态进行检查和测试的方法 压力容器制造的无损检测要求 1 无损检测基本知识1 2 无损检测的目的无损检测的目的有三个方面 1 2 1保证产品质量 为质量管理提供手段 1 2 2质量鉴定 供求双方的共识 1 2 3在用检测 保证设备安全运行 产品的使用性能要求通常在其技术文件中规定 如技术条件 规范及验收标准等 以一定的技术质量指标反映 无损检测的主要目的之一就是对加工工序中的原材料 产品构件提供实时的工序质量控制 尤其是控制产品材料的冶金质量和生产工艺质量 无损检测的特点 像钢板母材分层 焊接缺陷等 在生产制造过程中使用该项技术 一可以及时检出原始或加工过程中出现的各种缺陷并加以控制 防
3、止不符合质量要求的材料 部件流入下一道工序 避免了工时 人力和资源的浪费 二是利用该技术又可以将材料 产品的质量控制在符合标准要求的范围内 避免无限度提高质量要求 或者通过检测确定缺陷的部位 有条件的加以使用 提高材料的利用率 已制成的产品 包括材料 零部件 在投用前 需要进行最终检验 质量鉴定 以确定其是否达到设计性能 判别其是否符合标准的质量要求 即产品是否合格 1 无损检测基本知识 1 3 无损检测的原理1 3 1射线检测在电磁波谱系列中波长短于紫外线波长的电磁波都属于x射线 它具有可见光的某些特性 如传播速度不受电 磁场作用 使胶片感光等 又具有不同的性质 如不可见 穿透物质 杀伤生命
4、细胞等 1 无损检测基本知识 X射线穿透物质的能力取决于 x射线强度 即能量 波长越短强度越大 穿透力就越大 被穿透物质对射线的吸收能力越强 则经过单位路程的射线强度衰减越大 衰减规律可由下式 在单一波长时 表示 I0 穿透物质前射线强度I 穿透物质路程为d时的射线强度u 物质的线吸收系数 1 无损检测基本知识 1 3 无损检测的原理射线束通过受检工件时 其强度被衰减 若工件内存在缺陷 则在缺陷部位的射线衰减情况不同与其他部位 作用于感光胶片 或其他记录载体 上的射线强度不同 使胶片等受到不同程度的感光影响 从而在底片上显示出缺陷投影图象 1 无损检测基本知识 1 3 无损检测的原理射线源I0
5、受检工件 d 缺陷高度I感光胶片 I 缺陷引起的射线强度变化射线检测原理图 1 无损检测基本知识 1 3 无损检测的原理依照产生射线的方式的不同 可以分为x射线 射线及高能x射线三种检测方法 1 3 1 1 射线产生方式工业用x射线一般由x射线管产生 其原理为 x射线管内被加热的阴极产生大量电子 电子在管内被在阴极与阳极间施加的高压电场 工业通常采用100 420KV 加速而高速与阳极靶撞击 因受靶材料原子阻挡 高速电子的动能大部转为热量而极小部分以x射线形式辐射出来 1 无损检测基本知识 1 3 无损检测的原理 射线的产生前面提到x射线波段范围很大 射线只是其中的一段 在射线检测中使用的 射
6、线源 都是有要用人工同位素制造的 某些易激活元素 在原子反应堆中或被中子轰击 使原子核增加一个中子而制成人工同位素如60C0 137Cs 或通过加速器催裂反应 改变原子核内质子与中子间力的平衡 使原子不稳定而形成人工同位素如192Ir 1 无损检测基本知识 1 3 无损检测的原理人工同位素原子处于激活不稳定状态 它的原子不断进行分裂或从激发态跃迁到基态 在这一过程中 原子以带电粒子和电磁辐射的形式不断释放出能力 其中以电磁波辐射形式所释放的能量形成 射线 目前 较广泛应用的 射线源有60C0 192Ir 75Se等 1 3 1 2透照方式选择 1 无损检测基本知识 1 3 1 3射线检测工艺步
7、骤 暗室洗片 透照摄片 底片评定 报告签发 1 无损检测基本知识 1 3 无损检测的原理1 3 2超声波检验的基本原理1 3 2 1超声波的一般概念超声波是一种机械波 人们把能引起听觉的机械波称为声波 频率在20 20kHz之间 20kHz以上称为超声波 超声波可以有纵波 横波 表面波等多种波型 当介质中质点的位移与波传播的方向一致时为纵波 质点的位移与波传播的方式垂直时为横波 而表面波只能沿工件表面传播 在固体中 各类声波都可以传播 而在液体及气体中只有纵波可以传播 1 无损检测基本知识 超声波在同一均匀介质中传播时声束不变 传播方向也不变 若在传播过程中遇到另一种介质 就会发生反射 折射透
8、照 绕射或波型转换的现象 超声波在不同介质中传播时 由于介质质点的密度和弹性模量不同 传播的速度也不同 在空气中声速为340M S 水中声速为1500M S 在钢中纵波的声束为5900M S 横波的声波为3200M S 1 无损检测基本知识 1 3 2 2超声波的一些基本规律 界面的反射和穿透当超声波传播到异种介质界面或工件中缺陷 底面等不连续部份时 会发出反射 透射和折射 当超声波垂直入射到两种介质界面时 部份声波波反射 剩余部份则穿透入另一介质 见右图 两部份的比率取决于两介质的密度和其中的声速 1 无损检测基本知识 由于空气与钢的密度和声速相差极大 故超声波从空气中垂直入射至钢界面时几乎
9、100 被反射 所以必须在探头与工件表面间添加耦合剂 使超声波很好的传播 当超声波倾斜入射到界面上时 在界面上会产生的不同方向 不同波型的反射波和折射波 对于两者都是固体的情况 反射波和折射波中都存在纵波和横波 其行为遵守几何声学的反射 折射定律 1 无损检测基本知识 超声波声束获得超声波的方法有很多 但在超声检测中主要是利用石英 钛酸钡等晶体的压电效应获得超声波 超声波探头的定向辐射性质 波束指向性 波束指向性越好 则超声波检测缺陷的能力超高 1 无损检测基本知识 小物体上的超声波反射当超声波在传播过程中碰到缺陷 就会产生反射和散射现象 而缺陷形状和方法不同时 其反射方式也有所不同 对于缺陷
10、的尺寸小于超声波波长的一半时 由于衍射作用 不能引起反射 故超声波检测中缺陷尺寸的检出极限为超声波波长的一半 反射信号的强弱以声压大小表示 例如 底面反射波声压PB 等于声波未发生底面反射而沿原方向传播到两倍距离处的声压 而圆盘形反射体的反射波声压PF 相当于一个与圆盘尺寸相同且处于同一位置的探头发射的声波一样 1 无损检测基本知识 超声波检验的方法原理脉冲反射式是当前标准中采用的主要超声波检测方法 基本原理是 仪器探头发出持续时间很短的超声波 当工件内有缺陷时 缺陷反射波被仪器接收并反映出反射波声压大小等信息 据此判断缺陷的情况 对接焊缝超声检测示意图 角焊缝超声检测示意图 插入式管座角焊缝
11、安放式管座角焊缝 1 无损检测基本知识 举例 平底孔回波声压Pf为 其中 P0探头波源的起始声压Fs探头波源的面积Ff平底孔缺陷面积波长x平底孔至波源的距离 1 无损检测基本知识 射线检测与超声波检测的比较 1 无损检测基本知识 1 3 3 磁粉检测1 3 3 1基本概念生活中存在着许多磁的现象 我们把能够吸引铁 钴 镍等物质的性质称为磁性 而具有磁性的和的体称为磁体 使原来的不带磁性的物体具有磁性叫磁化 能被磁化的材料称为磁性材料 1 无损检测基本知识 1 3 3 2磁性及磁场每个磁体都有一对磁极即N极和S极 而且即使把磁体分割成无数小磁体 每一个小磁体同样存在N极和S极 磁体周围空间存在有
12、力的作用 我们称磁场 以磁力线形象描述磁场 磁力线密度的大小表示了磁场强度的强弱 1 3 3 3铁磁性材料的磁化特性 1 无损检测基本知识 铁磁性材料的特性铁磁性的研究表明 铁磁性物质系由极多微小区域构成 在这小区域内 各原子的磁化方向一致 因此 该小区域具有相当的磁性 此种自发磁化区域称为磁畴 当外磁场不存在时 铁磁性材料中磁畴方向紊乱 对外不呈现磁性 而在外磁场作用时 各个磁畴排列趋向一致 从而产生附加磁场 由于附加磁场与磁场的方向一致 故总的磁场强度大大加强 有 B H 1 1 无损检测基本知识 磁滞回线描述铁磁性材料常使用B H曲线 而把循环交变过程的B H关系曲线称做磁滞回线 不同的
13、磁性材料其磁滞回线是不相同的 通常很难以磁化 剩磁强而矫顽力高的材料 称为硬磁材料 磁带回线表现为形状肥大 所包围的面积大 磁化时所消耗的功也多 而易于磁化 剩磁低 矫顽力也低的磁性材料称为软磁性材料 其磁滞回线则表现为形状狭窄 包围的面积小 故磁化消耗的功也就少 所以对于不同的磁性材料 由于具有不同的磁学特性 所以应该采用不同的磁化方法进行磁粉检测 钢铁材料的磁性质 与其结晶结构有很大关系 如面心立体晶格的 铁 奥氏体 就没有磁性 而体心立方体晶格的 铁则具有磁性 因此磁粉检测不适于奥氏体材料的检测 1 无损检测基本知识 1 3 3 4磁粉检测原理 缺陷的漏磁场铁磁性材料的磁导率 比一般材料
14、大很多 故当铁磁性材料被磁化 其磁感应强度B达到磁饱和 相当于单位面积内穿过的磁力线很多 如果试件里有缺陷存在且缺陷的方向与磁力线近于垂直时 将明显地改变磁力线在试件缺陷附近的分布 这是由于缺陷 如裂纹 非金属杂物等 大都是非磁性物质 其磁导率远小于铁磁性材料的磁导率 1 无损检测基本知识 在外界磁化条件相同的情况下单位面积上能穿过磁力线要比铁磁性材料少得多 而磁力线又是连续的 所以磁力线在通过缺陷时发生弯曲 部分磁力线则逸出试件表面 在缺陷的两边分别形成N极和S极 形成漏磁场 见上图所示 1 无损检测基本知识 缺陷漏磁场的检出漏磁场的检出有许多方法 有磁带 磁记录仪 霍尔元件及磁粉等 简便而
15、有效的常规方法是磁粉法 磁粉通过适当的方法施加到工件受检表面后 在缺陷形成的漏磁场处聚集 形成磁痕 使缺陷被显现 放大 影响漏磁场的因素 工艺要求的解释 a 外加磁场强度越大 则形成的漏磁场的磁感应强度也越大 1 无损检测基本知识 b 材料的磁导率越高 工件超易被磁化 因此 在一定条件外加磁场强度下 材料的磁导率越高 漏磁场磁感应强度也越大 c 当缺陷的延伸方向与磁力线的方向垂直 缺陷阻挡磁力线穿过的面积最大 形成的漏磁场磁感应强度也最大 漏磁场的磁感应强度随着缺陷的方向与磁力线的方向自垂直逐渐减小 或增大 而明显下降 因此 在磁化操作中 通常需要在两个 相互垂直 或多个方向上进行磁化 d 缺
16、陷深度越深 即缺陷自身高度越高 宽度越大 则漏磁感应强度就越大 e 随着缺陷的埋藏深度增加 漏磁场显著变小 1 无损检测基本知识 1 3 4渗透检测渗透检测是一种以毛细管作用原理为基础的检查表面开口缺陷的常用检测方法 一般可分为6种方法 即水洗型荧光法 FA 后乳化型荧光法 FB 溶剂清洗型荧光法 FC 水洗型着色法 VA 后乳化型着色法 VB 及溶剂清洗型着色法 VC 注 JB T4730 5已采用了新的代号方法和分级 1 无损检测基本知识 渗透检测可以检查各种表面缺陷 例如裂纹 折叠 气孔 疏松和冷隔等 不仅可检查黑色及有色金属的铸件 焊接件及锻件 还可以检查陶瓷 塑料及玻璃制品等 它不受材料的组织结构和化学成分的限制 也不受缺陷形状和尺寸的影响 但渗透检测也有局限性 如不适于多孔材料 表面太粗糙时 易造成假象 降低检验效果 1 无损检测基本知识 1 3 4 1毛细现象当把很细的玻璃管一端插入装着水的容器中 由于水能湿润管壁 所以可以看到水在这根管子里上升 水面呈凹面 并且高出容器的水面 管子的内径越小 它里面的水面也越高 反之 水银不能湿润管壁 液面呈凸面 见图 1 而插入像水银
