压力容器设计的无损检测要求

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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

2、面的结 构，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

3、始或加工过程中出现的各种缺陷 并加以控制，防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

4、 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

5、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100420KV）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

6、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 、75S

7、e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2020kHz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

8、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

9、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

10、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

11、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 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 ： 射线检测超声波检测 特点 透射式反射式 优 点直观性好成本低，检测距离大 可记录实时性好 体积性缺陷敏感面状缺陷敏感 -无污染缺 点成本高，检测距离 小可记录差实时性较差直观性差有污染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

12、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

13、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

14、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

15、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，

16、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