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1、压力容器检验师培训压力容器检验测试技术压力容器力容器检测试验技技术 杭州市特种杭州市特种设备检测院院高高级工程工程师高高级检验师压力容器检验最重要的内容是对容器的整体和局部进行一系列检测和试验，这些检测和试验中，有些属于应会项目，即由压力容器检验人员亲手操作或亲自主持完成的项目，例如宏观检查、几何尺寸测量、测厚、现场硬度测定、耐压试验、气密试验等；有些属于应知项目，即委托有关专业技术人员来完成的项目，例如金相试验、硬度试验、化学元素分析、力学性能试验、无损检测等。对于前者，压力容器检验人员应熟练掌握应用。而对于后者，则要求了解其基本原理、实施方法、工艺要点、适用范围与不适用场合、优点和局限性。
2、这样才能在压力容器检验中，针对压力容器状况、现场条件、可能产生缺陷的性质来正确地选择检测项目和方法，综合各种的检测和试验结果，最终对压力容器安全性能作出全面、准确的评价。6.1 压力容器宏力容器宏观检查与与测量技量技术v宏宏观检查的方法的方法简单易行，可以直接易行，可以直接发现容器内、外表面容器内、外表面比比较明明显的缺陷，快速的缺陷，快速获得容器的得容器的总体体质量印象，从而量印象，从而为下下一步其他一步其他检验内容，包括内容，包括检测项目、方法、比例、部位的目、方法、比例、部位的选择和和实施提供依据。施提供依据。v 宏宏观检查包括目包括目视检查和几何尺寸和几何尺寸测量。容器的几何尺量。容器
3、的几何尺寸寸测量包括容器本体和受量包括容器本体和受压元件的元件的结构尺寸、形状尺寸、缺构尺寸、形状尺寸、缺陷尺寸、以及厚度尺寸等。其中厚度陷尺寸、以及厚度尺寸等。其中厚度测定需要使用超声波定需要使用超声波仪器，其余器，其余项目目则是根据需要使用各种不同的手工量具是根据需要使用各种不同的手工量具进行行检查，所以又称量具，所以又称量具检查。v 几何尺寸几何尺寸测量又可分量又可分为整体几何尺寸整体几何尺寸测量和局部几何尺量和局部几何尺寸寸测量两量两类。前者。前者对容器的主要几何尺寸容器的主要几何尺寸进行行检测，通常是，通常是在容器在容器组装装过程中或制造接近完工程中或制造接近完工阶段的段的规定定验收
4、收项目；而目；而后者后者则是在目是在目视检查的基的基础上上进行的定量行的定量测量，目量，目视检查是是一种定性一种定性检测，对目目视检查发现的弯曲、的弯曲、变形、凹陷、鼓包、形、凹陷、鼓包、腐腐蚀、沟槽、沟槽、焊缝表面气孔、弧坑、咬表面气孔、弧坑、咬边、裂、裂纹等缺陷需要等缺陷需要进行定量，以确定缺陷的行定量，以确定缺陷的严重程度。重程度。简单的量具的量具检查方法包方法包括用平直尺括用平直尺检查直直线度、用弧形度、用弧形样板板检查弧度、用游弧度、用游标卡尺卡尺或塞尺或塞尺测量沟槽或腐量沟槽或腐蚀坑的深度、鼓包的高度、用卷尺坑的深度、鼓包的高度、用卷尺测量量圆周周长计算筒体直径等等。算筒体直径等等
5、。目视检查v目目视检查是指是指检验人人员用肉眼用肉眼对容器的容器的结构和内、外表面状构和内、外表面状态进行行检查，通常在其他，通常在其他检验方法之前方法之前进行。目行。目视检查包括判断容器包括判断容器结构与构与焊缝布置是否合理；有无成形布置是否合理；有无成形组装缺陷；容器有无整体装缺陷；容器有无整体变形或凹陷、鼓包等形或凹陷、鼓包等局部局部变形；容器表面有无腐形；容器表面有无腐蚀、裂、裂纹及及损伤；焊缝是否有表面气孔、弧是否有表面气孔、弧坑、咬坑、咬边、裂、裂纹等缺陷；容器内、外壁的防腐等缺陷；容器内、外壁的防腐层、保温、保温层、衬里等是否里等是否完好，等等。完好，等等。v 肉眼能迅速肉眼能迅
6、速扫视大面大面积范范围，获得直得直观印象，并且能印象，并且能够察察觉细微的微的颜色和状色和状态的的变化，是其它化，是其它检查方法无法替代的。目方法无法替代的。目视检查时，一般采，一般采用先看用先看结构后看表面，从整体到局部，从宏构后看表面，从整体到局部，从宏观到微到微观的的检查次序。次序。v 对肉眼肉眼检查有有怀疑的部位，可用疑的部位，可用510倍放大倍放大镜进一步一步观察。察。v 为了能有效地了能有效地观察到器壁表面察到器壁表面变形、腐形、腐蚀凹坑等缺陷，可用手凹坑等缺陷，可用手电筒筒贴着容器表面平行照射，此着容器表面平行照射，此时容器表面的微浅坑槽能清楚地容器表面的微浅坑槽能清楚地显示出来
7、，示出来，鼓包和鼓包和变形的凹凸不平形的凹凸不平现象也能象也能够看得更加清楚。看得更加清楚。 v 对无法无法进入的容器，无法接近或无法直接入的容器，无法接近或无法直接观察的狭窄部位，可以利察的狭窄部位，可以利用反光用反光镜或内或内窥镜进行行检查。v 锤击检查也是一种常用的也是一种常用的辅助方法，根据助方法，根据锤击时所所发出的声响和小出的声响和小锤弹跳程度的手感来判断跳程度的手感来判断该查部位是否存在缺陷。部位是否存在缺陷。6.1.2 筒体几何尺寸筒体几何尺寸测量量v1. 错边量与棱角度的量与棱角度的测量量v通常可采用通常可采用焊规、焊缝检测尺、尺、样板尺、取形板尺、取形规等工等工具具测量量错
8、边量与棱角度。量与棱角度。v 焊规测量量时，将，将焊规的基准面靠平在被的基准面靠平在被测焊缝的一的一侧，滑滑动尺靠上尺靠上检测焊缝的另一的另一侧，读出滑出滑动尺的数据。如果尺的数据。如果检测环向向焊缝，焊规必必须与容器的与容器的轴向平行，垂直于容器向平行，垂直于容器的的环向中心切向中心切线，如，如图6.1-1。如果。如果检测的是的是纵向向焊缝，焊规必必须与容器的与容器的环向切向切线平行，垂直于容器的平行，垂直于容器的轴向中心切向中心切线，如，如图6.1-2。需要注意，。需要注意，检测纵向向焊缝时，由于，由于焊规基基准面准面为一平面，在曲面上很一平面，在曲面上很难或不太好靠平，特或不太好靠平，特
9、别是容器是容器直径直径较小的小的焊缝对接接缝，有，有经验的的检验员一般采用左右两一般采用左右两边测量，量，测得的两个数据得的两个数据进行行对比，来判定其比，来判定其错边量数量数值。不不难看出，看出，焊规测量量纵向向焊缝错边量的量的测量量误差差较大。大。vv图6.1-1焊规检测环向焊缝图6.1-2焊规检测纵向焊缝v图6.1-3焊缝检查尺检测纵向焊缝图6.1-4样板尺检测纵向焊缝v采用焊缝检测尺来测量错边量与棱角度的精确度要高一些。如图6.1-3。v焊缝检测尺测量时先将焊缝尺的v两基准点（支脚）调整到所需的v容器直径刻度上，将检测尺平行v于容器的环向切线，垂直于容器v轴向中心线，检测尺滑动时，在v
10、对接焊缝的两边各测一点，测得v的两次数据之差，为该纵向对接焊缝的错边量数值。图6.1-5样板R检测完工的纵焊缝v样板尺测量错边量与棱角度见图6.1-4。图6.1-5为样板尺测量完工的纵向对接焊缝。图6.1-5 样板R检测完工的纵焊缝v2. 直直线度的度的测量量直直线度控制度控制对立式塔器特立式塔器特别重要。重要。容器制造容器制造时直直线度的控制分两部分度的控制分两部分进行：行： 一是容器筒体一是容器筒体组对后后焊接前，接前，对筒体的直筒体的直线度度进行第一次行第一次检测。 二是在容器筒体二是在容器筒体组焊之后，之后，进行校核行校核检测以保以保证容器直容器直线度度在在标准允准允许的范的范围之内，
11、通常的之内，通常的检测方法如下：方法如下： 在筒体上确定个在筒体上确定个对称称检测基准点，一般基准点，一般选在是在是0、90、180270需要注意的是需要注意的是测量数据的准确性与基准点的量数据的准确性与基准点的选位有位有关，关，设备筒筒节组对后后时，直，直线度不度不规则，母，母线不容易找准，不容易找准，因此因此对组对之后的筒体通常需要使用校核模板来确定基准点，之后的筒体通常需要使用校核模板来确定基准点，找出母找出母线，。，。母线端点图6.1-6 模板确定筒体轴线 对筒体的筒体的长度超度超过20M20M的超的超长型容器，用型容器，用纲丝测量直量直线度有一定困度有一定困难，钢丝拉拉紧之后存在一定
12、之后存在一定挠度，度，挠度越大，度越大，测量精度越差。量精度越差。检测超超长型型设备应采采用用较为先先进的水准的水准仪和和经纬仪。检测基准点与基准点与纲丝绳测量法相同，只是增加量法相同，只是增加了数据了数据换算算过程。程。 另提另提请注意的是，注意的是，GB15089GB15089规定定测量点位置量点位置应离离A A类焊缝中心中心线100mm100mm，但同，但同样，离，离B B类焊缝也也应100mm100mm，以免将，以免将错边量和棱角度数据叠加在不直量和棱角度数据叠加在不直度数据之中。有度数据之中。有经验的的检验员通常把通常把检测点定在每一点定在每一节筒体的筒体的1/21/2长度度处，这样
13、较为合理和准确。合理和准确。 GB150 GB150标准准规定定压力容器壳体的直力容器壳体的直线度允差度允差为壳体壳体长度的度的11，当直立容，当直立容器器长度超度超过30M30M时，其筒体的直，其筒体的直线度允差度允差应符合符合JB4710JB4710的的规定。定。 JB4710JB4710是是钢制塔式容器制塔式容器专用用标准，准，该标准准对直直线度允差度允差为：任意：任意3000mm3000mm长圆筒段偏差不得大于筒段偏差不得大于3mm3mm，圆筒筒长度度L L小于等于小于等于1500mm1500mm时，偏差不大于，偏差不大于L/1000L/1000，长度度L L大于大于1500mm150
14、0mm时，偏差不大于，偏差不大于0.5L/1000+80.5L/1000+8。根据。根据JB4710JB4710要求，要求，检测时，每每3000mm3000mm必必须测量一点，否量一点，否则满足不了足不了标准要求。准要求。v3. 最大最小直径差最大最小直径差测量量v测量筒体平均直径最简便的方法是使用卷尺量出筒体周长，然后除以。v需要测定筒体最大或最小直径,对单节筒体的直径测量可使用卷尺，通常情况下是测量筒节两端面。检测时将卷尺的端点靠紧筒体一侧，另一侧的测量者将卷尺在圆弧方向左右滑动，读出卷尺与筒体切线的最大值，检测点越多，越能真实反映筒体的圆度。v组对之后及开孔组焊接管的筒体，检测时则采用内
15、径千分尺和内径套筒尺来测量。内径千分尺检测手法很重要，如果掌握不好，会产生数据失真，具体方法如图6.1-8：首先将内径千分尺的基点定位，不可位移，测量端靠上筒体的另一面，不要锁住定位器，沿着筒体的圆弧方向，左右滑动如图6.1-8（a），读出最大数值时，内径千分尺延着筒体的轴向方向左右滑动，如图6.1-8（b），读出这时的最小值，这就是该检测点的实际尺寸，以此方法测量若干点，算出同一截面最大、最小差值。GB150标准准对最大内径与最小内径差最大内径与最小内径差e的的规定是：定是：DmaxDmin（同一截面）不大于内径（同一截面）不大于内径（Di）的）的1%，且不大于，且不大于25mm（对锻焊容器
16、容器1）。）。 当被当被检断面位于孔中心一倍开孔内径范断面位于孔中心一倍开孔内径范围内内时，则该断面断面应Dmax-Dmin应不大于内径（不大于内径（Di）的）的1%（对锻焊容器容器为1）与开孔内径的）与开孔内径的2%之和，且不之和，且不大于大于25mm。 GB15151规定，同一断面上最大直径与最小直径之定，同一断面上最大直径与最小直径之e0.5%DN，且且DN1200mm时其其值不大于不大于5mm,且且DN1200mm时其其值不大于不大于7mm图6-1.8 筒体直径的测量 需要注意的是，最大直径与最小直径的需要注意的是，最大直径与最小直径的检测，必，必须避开避开焊缝边缘至少至少100mm1
17、00mm。因。因为纵、环焊缝焊接接产生的棱角度会影响最大直径与最小直径的生的棱角度会影响最大直径与最小直径的数据精度。有数据精度。有经验的的检验人人员通常把重点通常把重点检测部位部位选在人孔和大接管截在人孔和大接管截面，因面，因为大接管与筒体大接管与筒体组焊之后之后产生生较大的大的焊接接变形。形。6.1.3 封封头形状的形状的检测实际压力容器封头存在与设计形状之间的偏差，由于这些偏差的存在，在整个封头直径范围内将会使封头生产附加弯曲应力，它将导致封头的局部区域产生屈服。封头的形状偏差控制，也是压力容器检验中的重要环节。1.封头最大直径与最小直径测量测量封头的直径差DmaxDmin可使用卷尺和盘
18、尺，有条件的工厂可以使用内径千分尺和内径套筒尺。正确的方法，将卷尺或内径千分基点、靠紧封头内壁或外壁的一端，测量端延着园弧方向左右滑动，读出最大切点数值，标准中没有确定测量点数、一般情况应测量4-8个点。一般封头直径差不超过为封头内径1%，最大不大于封头内径的1.25%。2. 封封头几何形状（曲率）的几何形状（曲率）的检测一般使用内样板检查椭圆形、碟形、球形封头内表面的形状偏差。按GB150-98规定，样板弦长应等于封头内径的3/4Di。检测前标好各测量点沿直径方向位置，样板放入封头内时，可用粉线校正，位置如图6.1-9，样板必须垂直于被检测表面，而后用直尺或塞尺读出最大间隙数值，以此方法反复
19、测量几点，读出最大间隙数值。碟形及折边锥形封头，过渡区转角半径不得小于图样的规定值（样板检查），封头直边部分的纵向皱折深度应不大于1.5mm（用圆弧样板靠后，塞尺检查）。图6.1-9 用样板测量封头几何形状偏差6.1.4 压力容器的力容器的组对装配装配检验v压力容器的组对、装配指将该容器的全部组成零部件通过下料、成型、组对、组装、焊接、机加工、螺栓连接等方法形成一个符合图纸要求的整体压力容器全过程。v1. 塔式塔式压力容器的力容器的组对装配装配检验v由于塔式压力容器的特殊性，一般组装顺序如下：容器筒节成型、组对接管方位的划线、开孔组对、组装接管、人孔等裙座的组对、端盖的装配塔盘及内件组装。v容
20、器筒体组对的一般作法是：根据塔式容器的长度尺寸及工厂厂房和起吊设备的条件，将筒体分为24段分段组对。每一段组对时，采用立式组对最为合理和方便（也可采用卧式组对方法）。将最上一节筒节（或封头、端盖）吊起与第二节筒节组对，以此类推，直至该段筒体组对完毕。立式组对整体设备的直线度、错边量、组对间隙的调整较为容易和方便，工人的操作条件也比卧式组对好。v组对时，相，相邻筒体的筒体的纵缝（A类焊缝）应错开筒体厚度开筒体厚度的的3倍，且不小于倍，且不小于100mm。v 注意筒体筒注意筒体筒节0。、。、90。、。、180。、。、270。四个。四个轴线应在在组对之前画出。筒体分之前画出。筒体分组焊后后进行整体合
21、行整体合拢。整体合。整体合拢通常通常采用卧式采用卧式组对法法,一般情况下，先控制上下两个基准一般情况下，先控制上下两个基准线的直的直线度，固定好两点，再度，固定好两点，再调整两整两侧基准基准线的直的直线度。度。v 合合拢缝的的组对间隙很隙很难保保证处处相等。由于相等。由于间隙大小不隙大小不一一焊接收接收缩不一不一样，有可能影响直，有可能影响直线度。度。v 在在组对焊接之后的整体接之后的整体设备上划上划线开孔，只能在最下一开孔，只能在最下一节筒体上筒体上设定基准定基准线用于用于标高，有高，有经验的的检验员在筒体在筒体组对之前就已之前就已经将基准将基准线划好，通常距端面划好，通常距端面100mm为
22、宜，不管宜，不管是裙座是裙座组对还是是设备接管孔开孔都只能以此接管孔开孔都只能以此为基准。基准。v对于接管开孔，可以四条基准于接管开孔，可以四条基准线为起点按起点按夹角度数和筒体的角度数和筒体的实际周周长计算出弧算出弧长为避免孔开在避免孔开在焊缝上而造成无上而造成无损探探伤量量增加，每一增加，每一节筒体的筒体的焊缝布置在布置在远离离焊缝的位置上。的位置上。v2.卧式压力容器的组对装配检验v卧式压力容器的组装检验与前面的立式压力容器大致相同，所要注意的是筒体的环缝尽量避开被支座及支座护板所覆盖的范围，也就是说避免筒体纵缝置于设备下部140范围以内，以免被覆盖，引起额外的无损探伤的要求。同样，焊缝
23、避开支座及接管位置也应在组对之前考虑，通过焊缝排版妥善安排。v卧式压力容器鞍座组对时，一定要注意固定支座与滑动支座关系，测量基准只能以固定支座为准。固定支座与滑动支座的几何尺寸超差（或搞反方向）是卧式容器制造中时常发生的问题。3. 换热器的器的组对装配装配检验v换热器组对装配的顺序大致如下：筒体组对筒体与容器法兰对或筒体与管板组对管束组装管束与筒体组装等工序。v筒体的组对次序与前述同，关键是管束的装配。通常的组装方法是首先将一端的管板加以固定，可以采用吊垂线的办法将管板放正，调整好中垂线，而后按图样要求，组装隔板，通常隔板钻孔时是采用一台设备的所有隔板重叠固定后一次性划线钻孔，所以组装隔板时，
24、必须依照重叠的原方向，层数顺序依次组装，不得改变方向和层数顺序，否则换热管难以顺利穿入，严重时可能造成换热管的外壁损伤。v换热管穿好后，在组装另一端的管板时，两管板的中垂线必须一致，最有效的方法是吊垂线。6.1.5 压力容器力容器焊缝外形尺寸外形尺寸测量量v焊缝的外观质量包括焊缝表面缺陷、成形形状和尺寸。通常需要检验员测量的缺陷和形状尺寸有以下几种。v（1）焊缝的咬边v（2）焊缝的余高v（3）表面弧坑和飞溅物，一般采用目测的方法检验，对于要求较高，例如尿素级筒体焊缝，对于飞溅的检测有时采用手摸，用手感来找出飞溅处，加以消除。v焊缝的咬边和余高一般采用焊规和焊缝检测尺和深浅尺来测量，测量方法如下
25、：采用焊规则量时，将焊规的基准面靠在焊缝边缘的筒体一侧，滑动尺伸进咬边外，直接读出数值，深浅尺的操作方法与焊规相同。v值得提醒注意的是，筒体纵向焊缝咬边和余高检测时，由于筒体基准面为一圆弧形，焊规及深浅尺的基准面又是一个平面，这就造成了检测时的不准确，这时可采用焊缝错边量棱角度检测尺来测量，这时读出的数据较为准确，检测时，检测工具必须与筒体的环向或轴向垂直才能够测量准确。v咬咬边不不仅削弱了削弱了焊缝的承的承载截面截面积，更重，更重v要的是要的是产生生结构不构不连续而引起而引起应力集中。力集中。v高高强度度钢容器、承受交容器、承受交变载荷的容器、厚荷的容器、厚v度度较大的容器和低温下使用的容器
26、都必大的容器和低温下使用的容器都必须v对焊缝的咬的咬边严加控制。加控制。GB159-98有明确有明确v的的规定，用于定，用于标准抗拉准抗拉强度下限度下限时值bv540 Mpa的的钢材及材及Cr-Mo低合金低合金钢和不和不锈钢v材制造的材制造的压力容器及力容器及焊接接接接头系数系数取取为1v的容器，其的容器，其焊缝表面不得有咬表面不得有咬边，其它容器，其它容器焊缝表面的咬表面的咬边深深度不得大于度不得大于0.5mm，咬，咬边连续长度不得大于度不得大于100mm，焊缝两两边咬咬边的的总长不得超不得超过该焊缝长度的度的10%。：。：焊缝的余高的余高虽然不然不会减少承会减少承载截面截面积，但它明，但它
27、明显构成了构成了结构的不构的不连续，在，在焊趾趾处产生生应力集中。在交力集中。在交变载荷下，可能荷下，可能产生疲生疲劳裂裂纹。低温。低温压力力容器也会因余高容器也会因余高导致脆性开裂。致脆性开裂。v C、D类接接头的的焊脚在脚在图样无无规定定时取取焊件中件中较薄者之厚度，薄者之厚度，补强圈的圈的焊脚，当脚，当补强圈的厚度不少于圈的厚度不少于8mm时，其，其焊脚等于脚等于补强厚度的厚度的70%且不小于且不小于8mm，焊脚高度脚高度测量量见图6.1-10。 图6.1-10 焊脚高度的测量6.1.6 测厚厚v厚度测量是压力容器检验中最常见的检测项目。由于容器是闭合壳体，测厚只能从一面进行，所以需要采
28、用特殊的物理方法，最常用的是超声波。v目前压力容器检验中使用的测厚仪都是脉冲反射式超声波测厚仪，其测厚原理如下：v式中c工件中的波速；v t超声波在工件中往返一次传播的时间。v1.脉冲反射式测量仪发展非常快，由于采用集成电路，体积重量大大减小，精度也明显提高，可达0.01mm。v2.测厚仪使用的一般程序v（1）测厚仪的校准v每一次测厚前,必须对测厚仪应进行校准。钢中的纵波声速为5900mn/s，仪器中的声速一般按钢的声速设定。校准时，用仪器配置的标准试块测试，调节旋钮使仪器读数与试块厚度一致。然后再对钢铁材料进行测厚。v当对非钢铁材料测厚前，必须进行声速和仪器线性的校准。v（2）测厚操作v要求
29、工件表面光洁平整，达不到要求时，要进行打磨。测试时要施加一定的耦合剂。常用的耦合剂有甘油、机油、水玻璃等。测厚时，探头放置要平稳、压力适当。每个测试位置应稍加移动测量两次。当管道中有沉积物，且沉积物声阻抗与工件相差不大时，要先用小锤敲击几下管壁后再测，以免误判。v3. 测厚注意事厚注意事项v（1）声速）声速调节和和仪器器线性性v 对配有配有“声速声速调节”和和“延延迟调节”的的测厚厚仪，应注意注意仪器器设定的声速定的声速值应与与试件中件中传输的声速一致，的声速一致，这样才能保才能保证测厚数据准确。厚数据准确。v（2）材料晶粒）材料晶粒对测厚的影响厚的影响v 晶粒粗大的材料，例如晶粒粗大的材料，
30、例如铸钢或或铸铁，对超声波衰减很大，普通超声波衰减很大，普通测厚厚仪无法使无法使用，得不到用，得不到读数。解决方法有：使用数。解决方法有：使用频率率较低、功率低、功率较大的大的专门用于粗晶材料用于粗晶材料的的测厚厚仪；或使用功率更大的超声波探；或使用功率更大的超声波探伤仪来来测厚。厚。v（3）表面涂）表面涂层对测厚的影响厚的影响v 表面涂表面涂层会影响会影响测厚厚结果，使果，使测厚厚读数数变大，所以大，所以测厚前厚前应将表面涂将表面涂层去除。去除。如如实际情况不允情况不允许去除表面涂去除表面涂层，则应作作对比比试验，以确定涂，以确定涂层引起的厚度增引起的厚度增加加值。v（4）特殊条件下的）特殊
31、条件下的测厚厚v 压力容器力容器检验中的特殊条件下的中的特殊条件下的测厚包括：特殊厚包括：特殊试件，例如复合材料；特殊件，例如复合材料；特殊尺寸，例如大厚度工件；特殊条件，例如高温下的尺寸，例如大厚度工件；特殊条件，例如高温下的测厚。厚。v 对复合材料复合材料测厚，需要制做与复合材料的材厚，需要制做与复合材料的材质、结构相同的构相同的专用用试块，用超，用超声波探声波探伤仪进行行测厚，无厚，无论是堆是堆焊复合复合还是爆炸复合，均可是爆炸复合，均可获得得满意的意的结果果v普通普通测厚厚仪最大量程最大量程为199mm，对厚度超厚度超过200mm 的工件无法的工件无法测量，量，这时候候可用超声波探可用
32、超声波探伤仪进行行测厚。厚。v 当温度在当温度在80度以下度以下时，使用普通，使用普通测厚厚仪没有没有问题；温度在；温度在80度以上，度以上，100度度以下以下时，如果是短，如果是短时间操作，操作，测量少数点，仍可用普通量少数点，仍可用普通测厚厚仪。长时间工作或工作或更高温度，更高温度，应采用采用专用高温探用高温探头和高温耦合和高温耦合剂。6.2 压力容器理化力容器理化测试v6.2.1 压力容器力容器检验中的硬度中的硬度检测v1.压力容器检验中常用硬度试验方法v（1）布氏硬度HBv布氏硬度试验方法是把规定直径的淬火钢球（或硬质合金球）以一定的试验力F压入所测材料表面,保持规定时间后,测量表面压
33、痕直径d，由d计算出压痕表面积A，布氏硬度值HB=F/A。v按照压头种类，布氏硬度值有两种不同表示符号。淬火钢球作压头测得的硬度值用HBS表示，硬质合金作压头测得的硬度值用HBW表示。v布氏硬度试验方法主要用于硬度较低的一些材料，例如经退火，正火，调质处理的钢材，以及铸铁，非铁金属等。v布氏硬度压痕较大，对薄工件或精密制成品表面，这种损伤可能是不允许的，但对压力容器表面则没有什么妨碍。压痕大的一个优点是消除微观组织不均匀造成的影响，测试数据离散性小，测试结果是受压区域的平均值，比较可靠。v布氏硬度试验机型式有台式和便携式两种。台式试验机精度高。便携式锤击布氏硬度计价格低、体积不大、可携带至现场
34、使用，由于是人工操作，检测速度较慢。v（2）洛氏硬度）洛氏硬度 HRv洛氏硬度是采用测量压痕深度来确定硬度值的试验方法。为了满足从软到硬各种材料的硬度测定,按照压头种类和总试验力的大小组成三种洛氏硬度标度，分别用HRA，HRB，HRC表示。其中HRB使用的是钢球压头，用于测量非铁金属，退火或正火钢等；HRA和HRC使用120金刚石圆锥体压头，用于测量淬火钢，硬质合金，渗碳层等。v洛氏硬度试验适用范围广，操作简便迅速，而且压痕较小，故在钢铁热处理质量检查中应用最多。v洛氏硬度试验在室内试验机上进行，无法在现场使用。由于压痕小，当材料组织不均匀时，测得的数值起伏大，缺乏代表性。v（3）维氏硬度氏硬
35、度HVv维氏硬度主要用于测量金属的表面硬度。它采用正棱角锥体金刚石压头，在一定试验力下在试件表面压出正方形压痕，测量压痕两对角线平均长度来确定硬度值。v维氏硬度适用的硬度范围宽，试验的压痕非常小，可以测出很小一点区域的硬度值，甚至可以测出金相组织中不同相的硬度。主要用于实验室内的显微硬度测量，焊接性能试验中的最高硬度试验就是用维氏硬度计来测定焊缝，熔合线和热影响区硬度的。v（4）肖氏硬度）肖氏硬度HSv肖氏硬度是一种肖氏硬度是一种动力力试验法。用一个法。用一个标准冲准冲头（钢球或球或镶金金刚石石锥体）从一定高度自由落下，落到被体）从一定高度自由落下，落到被检试样表面，借助表面，借助试样的的弹性
36、回跳性回跳起来，根据冲起来，根据冲头回跳高度来确定回跳高度来确定试样的硬度。的硬度。试样厚度厚度应不小于不小于2mm，表面，表面应平整光平整光洁。测试时硬度硬度计必必须垂直放置，垂直放置，应取多次取多次测量平均量平均值作作为试样硬度硬度值。v 肖氏硬度肖氏硬度计体体积小，重量小，重量轻，操作，操作简便迅速，可用于便迅速，可用于现场检测。但但试验结果精度果精度较低，重复性差，并且受人低，重复性差，并且受人为因素影响因素影响较大；当大；当对试验结果有果有较精确的要求精确的要求时，应选用其他硬度用其他硬度试验法。法。v（5）里氏硬度）里氏硬度HLv里氏硬度的里氏硬度的测量原理是：当材料被一个小冲量原
37、理是：当材料被一个小冲击体撞体撞击时，较硬的硬的材料使冲材料使冲击产生的反生的反弹速度大于速度大于较软者。里氏硬度者。里氏硬度计采用一个装有碳采用一个装有碳化化钨球的冲球的冲击测头，在一定的，在一定的试验力作用下冲力作用下冲击试样表面，利用表面，利用电磁磁感感应原理中速度与原理中速度与电压成正比的关系，成正比的关系，测量出冲量出冲击测头距距试样表面表面1mm处的冲的冲击速度和回跳速度。里氏硬度速度和回跳速度。里氏硬度值HL以冲以冲击测头回跳速度回跳速度VB与冲与冲击速度速度VA之比来表示：之比来表示：HL1000VB/VA。v 里氏硬度里氏硬度计体体积小，重量小，重量轻，操作，操作简便，在任何
38、方向上均可便，在任何方向上均可测试，所以特所以特别适合适合现场使用；由于使用；由于测量量获得的信号是得的信号是电压值，电脑处理十理十分方便，分方便，测量后可立即量后可立即读出硬度出硬度值，并能即，并能即时换算算为布、洛、布、洛、维等各等各种硬度种硬度值。2. 压力容器力容器检验中硬度中硬度检测的的应用用v材料硬度材料硬度值与其与其强度存在着一定的比例关系，度存在着一定的比例关系，对钢铁材料来材料来说，其，其抗拉抗拉强度近似等于三分之一的布氏硬度度近似等于三分之一的布氏硬度值；材料化学成分中，大多数合；材料化学成分中，大多数合金元素都会使材料的硬度升高，其中碳金元素都会使材料的硬度升高，其中碳对
39、材料硬度的影响最直接，材料材料硬度的影响最直接，材料中的碳含量越大，其硬度越高，因此硬度中的碳含量越大，其硬度越高，因此硬度试验有有时用来判断材料用来判断材料强度等度等级或或鉴别材材质；材料中不同金相；材料中不同金相组织具有不同硬度，一般来具有不同硬度，一般来说，马氏体氏体硬度高于珠光体，珠光体的硬度高于硬度高于珠光体，珠光体的硬度高于铁素体，素体，铁素体的硬度高于奥氏体，素体的硬度高于奥氏体，故通故通过硬度硬度值可大致了解材料的金相可大致了解材料的金相组织、以及材料在加工、以及材料在加工过程中的程中的组织变化和化和热处理效果。加工残余理效果。加工残余应力与力与焊接残接残应力的存在力的存在对材
40、料的硬度材料的硬度也会也会产生影响，加工残余生影响，加工残余应力与力与焊接残余接残余应力力值越大，硬度越高。正因越大，硬度越高。正因为影响材料硬度的因素影响材料硬度的因素较多，工程上硬度多，工程上硬度检测的的应用也用也较多，多，压力容器力容器检验中硬度中硬度检测的的应用概括如下：用概括如下：v（1）对于一般的碳素于一般的碳素钢、低合金、低合金钢制制压力容器，当材力容器，当材质不清或有疑不清或有疑问时，可通，可通过测定硬度，并根据硬度与定硬度，并根据硬度与强度的关系，近似求出材料的度的关系，近似求出材料的强度度值。常用的一个。常用的一个换算公式：算公式：=3.28HV-221（适用于母材）；另一
41、公式（适用于母材）；另一公式为=3.55HB（适用于（适用于HB175的材料）的材料）v（2）压力容器力容器焊接性接性试验中中检测焊接接接接头断面的母材、断面的母材、焊缝和和热影响影响区的硬度，据此判断材料的区的硬度，据此判断材料的焊接性和工接性和工艺的适用性的方法称最高硬度的适用性的方法称最高硬度试验法。例如用最高硬度法法。例如用最高硬度法评价材料的价材料的焊接性和工接性和工艺的适用性的适用性时，要求，要求16MnR的的HV390；15MnVR的的HV400v（3）现场经常通常通过检测母材、母材、焊缝和和热影响区的硬度，判断影响区的硬度，判断焊接工接工艺执行情况和行情况和焊接接接接头质量。量
42、。v（4）压力容器力容器进行局部或整体行局部或整体热处理后，通理后，通过对焊缝金属、金属、热影响区及影响区及母材母材进行硬度行硬度测定，定，检查热处理效果，判断理效果，判断焊缝接接头的消除的消除应力情况。例力情况。例如如现场组焊的的压力容器，整体力容器，整体热处理后理后焊缝金属和金属和热影响区的硬度影响区的硬度值要求要求不大于母材的不大于母材的120%（碳素（碳素钢）或）或125%（合金（合金钢）v（5）低合金）低合金钢制制压力容器力容器焊接返修接返修时，对返修部位返修部位进行硬度行硬度测定，定，检查返修返修补焊工工艺的可行性及的可行性及焊接接质量。量。v（6）压力容器使用力容器使用过程中，由
43、于程中，由于压力、温度、介力、温度、介质等工况条件的影响，等工况条件的影响，在用在用检验中，当中，当怀疑有脱碳疑有脱碳时，应对可疑部位可疑部位进行硬度行硬度测定。定。v（7）压力容器在高温下力容器在高温下长期使用后，有可能引起渗碳、渗氮、硫化、期使用后，有可能引起渗碳、渗氮、硫化、钒化及石墨化等化及石墨化等现象。使材料的硬度改象。使材料的硬度改变。在用。在用检验时，应选择适当部位适当部位进行硬度行硬度测定。定。v（8）高）高强度度钢压力容器在用力容器在用检验中，中，应进行硬度行硬度检测，了解，了解焊接接接接头是是否有淬硬否有淬硬组织。v（9）在）在应力腐力腐蚀环境中使用的境中使用的压力容器，在
44、制造或在用力容器，在制造或在用检验中中应进行硬行硬度度检测，以判断，以判断应力腐力腐蚀倾向。例如，要求湿硫化向。例如，要求湿硫化氢应力腐力腐蚀环境中的碳境中的碳钢HB200；合金；合金钢HB235；液氨；液氨储罐材料罐材料临界硬度界硬度为HV210。v（10）压力容器的主要附件，例如螺栓、螺母等，当材力容器的主要附件，例如螺栓、螺母等，当材质不清或不清或热处理状理状态不明不明时，可通，可通过测定硬度加以判断。定硬度加以判断。v3. 在用在用压力容器力容器检验中的中的现场硬度硬度检测v（1）影响）影响测试精度的因素：精度的因素：v试件的预处理。试件的被测表面必须露出金属光泽，平整、表面粗糙度Ra
45、值应达到2um。v被测表面应清洁、不得有油污。v曲面工件测试。曲率半径R小于30mm的试件在测试时应使用小支承环。v小试件测试时的支承。重量大于5kg的试件，不需要支承。对小于5kg的试件，由于冲击力会使试件移动而导致测试值不准，一般不宜应用。v试件的厚度应大于5mm。当试件为大面积板材时，应在测试点的背面加固或支撑，否则即使厚度较大仍可能因试件变形导致测试值不准。v试件本身不得带磁。v（2）测试操作要求操作要求v测试点选位：两测试点间距应3mm。v放置：应将冲击装置支承环压紧在被测表面，v按动冲击装置释放钮的测试瞬间，应保持工件、冲击装置、操作员身体均处于稳定状态。v（3）工作环境温度：10
46、45。v（4）校验：测试前最好先使用标准块对仪器进行校验。v（5）数值处理：测试结果应取35次或更多次测试的平均值。v（6）检定：每年至少检定一次，检定合格才能继续使用。6.2.2 压力容器材料元素分析力容器材料元素分析v1. 材料元素分析目的与方法材料元素分析目的与方法v通常以下几种情况需要通常以下几种情况需要对压力容器材料力容器材料进行元素分析：行元素分析：v（1）压力容器制造中的材料复力容器制造中的材料复验：为防止材料用防止材料用错，对材料牌号材料牌号进行的行的验证性分析；性分析；v（2）在用）在用压力容器主体材料不明，力容器主体材料不明，检验中欲中欲查清材料种清材料种类，对材料的元素材
47、料的元素种种类和的含量和的含量进行分析。行分析。v（3）在用）在用压力容器修理需要力容器修理需要补焊，查明材料的成分，以便明材料的成分，以便选用合适的用合适的焊材材和和焊接工接工艺。 v（4）在用）在用压力容器力容器检验中，中，怀疑材料在运行疑材料在运行环境下其内表境下其内表层成分成分发生生变化，化，需要分析内表需要分析内表层化学成分，确定是否化学成分，确定是否发生生损伤。v（5）在用）在用压力容器力容器检验中，有中，有时需要需要对腐腐蚀产物物进行分析，以确定腐行分析，以确定腐蚀的的性性质、原因、原因、发展速率，以及展速率，以及对压力容器运行安全的影响。力容器运行安全的影响。v以上前三种是宏以
48、上前三种是宏观材料材料元素分析，后两种是微区和微量物材料材料元素分析，后两种是微区和微量物质的元素分的元素分析析v 钢铁材料元素分析的常用方法有原子材料元素分析的常用方法有原子发射光射光谱分析法和化学分析法两分析法和化学分析法两种。此外，可用于微区和微量物种。此外，可用于微区和微量物质的元素分析方法的元素分析方法还有有扫描描电镜、电子探子探针、离子探、离子探针、俄歇能、俄歇能谱仪等。等。2. 原子原子发射光射光谱分析法分析法v目前用于原子发射光谱分析的仪器有三类，一类是看谱分析，使用的仪器是看谱镜，一般用于材料中某项合金元素有无的鉴别；另一类是光电式光谱分析，使用的仪器是数字式光谱分析仪，可进
49、行材料成份的定性定量分析；第三种是荧光光谱分析，也可进行材料成份的定性定量分析。v原子发射光谱分析法原理：利用电弧（或X射线或射线）激发被分析物质的原子，处于激发态的原子的核外电子会发生跃迁而发光，不同的元素的原子结构不同，核外的能级轨道和电子数也不相同，在受外来能源激发后，各自电子发生跃迁的轨道及轨道间的能级差不同，发射的光子波长也就不同，所以各种元素在一定条件下，都具有自身特征的线状谱（也称标识谱）。因此，根据被分析物质所发射光谱的谱线构成和强度，就可以鉴别出该物质所包含的原子种类和数量。（1）看）看谱分析分析v看谱分析利用的是可见光范围特征谱，波长大致为390700nm.其其优点如下：点
50、如下：v应用范围广：对钢、铁、铜、铝及合金等金属材料都能进行分析；v灵敏度高：对大多数元素来说，只要有极少的含量（0.1-10ppm）就可以发现该元素的存在；v不需取样，用便携式看谱镜可以到现场进行分析操作；v不损坏被分析试样，可直接在压力容器半成品或成品上进行检测；v分析费用低，看谱分析不需要大量的贵重化学试剂和其它辅助材料。v最适用于根据某一元素鉴别材料种类的工作，检测速度很快。v其缺点如下：其缺点如下：v分析有局限性：只能鉴定材料中是否含有特定的某一两种元素，无法对材料中全部元素进行检测分析；v只能鉴定金属元素，不能检测非金属元素；v分析结果受环境条件、操作技术、人眼睛感光灵敏度等因素的
51、影响大；v不能定量分析。只能就某一元素与标准试样比对含量高低，且准确性不高；v对仪器调节操作有一定要求，必须由熟练人员操作。（2）光）光电式光式光谱分析分析v光电式光谱分析是建立在电脑技术和数字电子技术基础上的先进分析方法。光电式光谱分析仪一次激发即可获得全部元素的谱线信息，检测利用紫外-蓝紫光谱范围，波长大致为170560nm。光信号通过分光、色散、光电转换，变为电信号送入计算机，处理后自动给出被检试样各项元素的含量。比看谱镜更多的优点列举如下：v可获得被分析物质的全部元素的谱线信息，因此能分析各种金属材料，数十种合金中的全部元素；v光学系统有效波长包括了紫外范围，能检测非金属元素碳、硫、磷
52、等；v采用电脑控制检测分析过程，自动化程度高，检测结果基本不受环境条件、操作技术等因素的影响；v定量分析具有较高的精度。保证每一种元素的每一次分析都采用最佳分析线和最佳参考线，从而获得高精度，v操作简单方便，每次检测前无须对仪器进行调校；检测速度极快（10秒-30秒内完成）；v仪器电脑可存储相当数量的各种元素的谱线构成，可配置多种定量分析模式软件和牌号分级、混料识别模式软件，简化操作，提高工作效率；v电脑可内存几千个测试结果，可打印或输出存储；（3）荧光光光光谱分析分析v荧光光谱分析用X射线或射线来激发被分析物质的原子发出荧光X射线，通过识别荧光光谱来鉴别元素种类和数量。由于射线剂量很小，能量
53、也低，对人体没有什么伤害。仪器体积小，重量轻，操作比光谱分析仪更简单方便，对工件形状和表面要求不高。缺点是只能分析原子序数大于钛的元素，因此碳、硅、硫、磷等元素均无法识别。3. 化学分析化学分析化学分析能十分精确地分析出材料中元素含量。缺点是速度较光谱分析法慢。v化学分析法在试验室进行。压力容器化学分析需要取样。v材料牌号鉴别的分析试样采集，应注意对取样部位彻底清理，取样方法可采用钻取法:用钻头钻一排浅孔，深度一般不超过23mm。所采取的金属屑量视所分析的元素而异，通常测定碳含量至少需37g。测定锰含量至少需要0.250.5g，测定硅含量至少需要0.54.0g。测定硫含量需要10g，并且要制备
54、2份。测定磷含量最少需要1g，也需要制备2份。碳素钢一般如需测定以上5种元素，共需试样量20g左右。如果分析的元素增加，试样量也要随之增加。v材料性能劣化鉴定的分析试样采集，应选择最能反映问题的部位，最好切割取样，如不允许破坏工件，则只有钻取或刮取表层物质，收集碎屑送检。v腐蚀性质原因鉴别的试样采集，最好切割取样，同时进行腐蚀产物分析和腐蚀部位形态扫描；如不允许破坏工件，则只需刮取少量物质。v化学分析方法有比色（光度）法、滴定法、重量法、萃取法、燃烧法、气体容量法、电导法、红外线吸收法等等，方法很多。6.2.3 金相金相检验v1.金相检验目的v金相检验是通过观察到金属材料微观金相组织来对材料进
55、行检验的，其应用目的主要有：v（1）判断不明材料类别；v（2）检验材料质量和热处理状态；v（3）检查焊接质量，例如是否有淬硬的马氏体、过热的魏氏组织；v（4）检验热处理效果；v（5）检测材料晶粒度；v（6）检测材料中的微观缺陷，如晶间裂纹、疏松、过烧等；v（7）检查长期高温环境下可能发生的材质劣化，例如珠光体球化、石墨化；v（8）腐蚀环境下可能产生的晶间腐蚀或应力腐蚀裂纹；v（9）高温高压临氢环境下的氢损伤，例如脱碳，氢腐蚀裂纹；v（10）在用压力容器的断口金相检验，可以帮助判定腐蚀或断裂的类型，分析容器失效的原因。2. 金相金相检验的程序和方法的程序和方法v在用压力容器现场金相检验的主要程序
56、是：根据检验的目的选择有代表性的检验点；在检验部位用砂轮打磨出平整的金属磨面，并按顺序用从粗到细不同号的砂布或研磨膏打磨金属磨面；用抛光液或抛光膏将磨面抛光成镜面；根据不同钢种，采用合适的试剂对观测面进行浸蚀，使金相组织显露更清楚。v压力容器的现场金相检验需要采用便携式仪器，包括手提式微型电动抛光器、电解抛光（浸蚀）装置及小的磨光砂轮、可在容器上安放的便携式显微镜等。早期的金相除了直接观察外，还可以采用间接观察方法，即复膜金相来进行检验，通常采用醋酸纤维素膜（即AC纸）制做复型，观察的效果直接取决于复型的好坏，而复型效果在很大程度上又取决于检验点的制样水平，这种观察方法优于直接观察法的地方是观
57、察条件好、观察时间、人员不受限制，可用透射电子显微镜观察并且可以拍摄金相检验照片存档。目前更先进的方法是便携式显微镜与数码相机配合使用，图像存储、复制、观察都比较方便。焊接接接接头组织的金相的金相图谱过热区（粗晶粒区）正火区（重结晶区）部分相变区母材6.2.4 应力力应变测试v1、概述v压力容器的应力分析通常采用两种方法，一种是通过理论分析方法，运用材料力学和弹性理论求得应力的理论值，另一种是就采用实验方法，测出构件受载后表面的或内部各点的真实应力状态。v常温下对压力容器加载（通常采用耐压试验）测试器壁的应力称为静态应力-应变测试，可用电阻应变测量法(简称“电测法”)、光弹性方法、应变脆性涂层
58、法和密栅云纹法等方法进行。测试压力容器残余应力可采用X射线衍射法或小孔松弛法。例如测试焊接残余应力通常采用小孔松弛法(盲孔法)，它是根据弹性理论的应力场中局部应变松弛而测得残余应力值，测试时需要在构件表面钻制一个直径与深度相等的盲孔，一般为23mm。v2、电阻应变测量法简介v电测法是将作为传感元件的电阻应变片粘贴在被测的压力容器表面上，并接入测量电路，当容器受载变形时，应变片的敏感栅相应变形并将应变转换成电阻改变量，再通过电阻应变仪直接得到所测量的应变值。根据应力与应变关系的物理方程，即可将测得的应变值换算成被测点的实际应力值。电测法可以进行大规模的多点应变测量，准确测定压力容器构件表面上任一
59、点的静态到5020千赫的动态应变，还可以利用应变花测得平面应力状态下某些点的主应力大小和方向。但是，此法只能测试容器表面的应力，不能显示容器表面整体应力场中应力梯度的情况。（1）电阻阻应变片片v电阻应变片是一种电阻式传感器，一般由敏感元件、基底、引线、层和粘结剂组成，其结构如图6.2-1所示。v敏感元件是应变片的核心部分，金属丝式(或金属箔式)应变片由直径0.0120.05mm的金属丝(或厚度0.0020.005mm的金属箔)栅组成敏感栅，多为康铜(即铜镍合金)制成，适用于250以下的静态应变测量。应变片有多种型式，例如在一个基底上只安置一个敏感栅的单轴式和在同一基底按一定角度安置了几个敏感栅
60、的多轴式等。v将应变片粘贴在容器表面，贴片处应除去油污、锈斑、涂料、氧化膜、电镀层等，并打磨至粗糙，打磨面积约为应变片面积的35倍。粘贴前还需用丙酮、四氯化碳进行表面脱脂处理，粘贴时应使应变片上的定位十字线与测点处用划针划出的坐标十字线重合。粘合后应进行加温固化或自然干燥固化，并采用100伏以下的高阻表(或万用表)，检查其绝缘电阻，一般应大于100M。应变片与应变仪间的连接导线多用钎焊连接。（2）电阻阻应变仪v静态电阻应变仪可测量不随时间而变化或变化极缓慢的应变，一般正常工作的压力容器多属此类型。一般静态电阻应变仪都采用零读法。测量时，相敏检波器的输出电流接入检流计，引起指针偏转；调整读数电桥
61、上的可变电阻，使电桥失去平衡，当调整到读数桥输出电压的大小与测量桥的输出电压相同，读数电桥放大器相敏检波器平衡指示器测量电桥振荡器稳压电器相位相反时，则无信号输入放大器，检流计的指针回零，应变仪就将这一调整值刻度为应变值。v一台静态电阻应变仪只有一个测量电桥和读数电桥，仅能进行一点应变测量。如果需要在同一载荷下进行多点测量，则须配用预调平衡箱或多台预调平衡箱并联组合使用，以便逐点切换进行读数测量。由于各应变片的初始电阻值不同；测量连接导线的长短参差不齐；连接点的接触电阻很难保证一致；高频交流电源分布电容的影响相当显著等因素；很难使测量电桥在工作前保持平衡，且不平衡度有可能大于测量应变的最大值，
62、从而使仪器无法正常工作，所以，必须在加载前利用预调平衡箱将各测点的测量电桥预调平衡。（3）压力容器力容器应变测量的一般步量的一般步骤v拟订测量方案。包括布片方案、加载方案等；v实验室准备工作。包括被测容器材料的力学性能，如弹性、泊松系数和强度指标或等；测试仪器、应变片、粘结剂和连接导线的选用、配置，性能检查和调整等；v现场准备工作。包括加载条件准备，贴片、导线接入、预调平衡箱和加载前预调平衡检查等；v按拟定的方案加载、测量、纪录；v测量数据的处理、应力值计算、作应力分布曲线图。6.3 耐耐压试验6.3.1 耐耐压试验的作用的作用压力容器的耐压试验是一种采用静态超载方法验证容器整体强度的，对容器
63、质量进行综合性考核的试验。耐压试验可以防止带有严重质量问题或缺陷的容器投入使用。在容器设计或制造过程中有可能出现错误，例如结构设计错误、强度计算错误、材料使用错误、焊接、组装、热处理等工序出现失误等等，虽然在设计或制造过程有各种审查、检查和试验，但由于检验的局限性，难免有漏检情况。如果容器存在比较严重而又未被发现的质量问题或缺陷，通过耐压试验可使其暴露出来。因此，耐压试验是压力容器产品竣工验收必需的和最重要的试验项目，只有耐只有耐压试验合格，合格，产品才能出厂。品才能出厂。耐压试验也是在用压力容器定期检验的重要项目，在多年使用后，容器状况可能发生变化（材质劣化、壁厚减薄、原有缺陷扩展或新缺陷产
64、生）此时需要判断压力容器在工艺要求的工作压力下运行是否安全。虽然在容器定期检验中所进行的各项检验结果可以作为判断依据，但有很多因素限制检验不能充分进行，同时检验也可能出现疏漏。而耐压试验可以使容器存在的某些缺陷因过载而暴露，在试验压力下产生明显的塑性变形或破裂。可以说压力容器的耐压试验的作用是其它检验方法难以替代的。耐压试验的作用耐压试验的另一作用是改变容器的应力分布和改善缺陷处的应力状况。由于结构或工艺方面的原因，容器局部区域可能存在较大的残余拉伸应力，试验时，它们与试验载荷应力相叠加，有可能使材料局部屈服而产生应力再分布，从而消除或减小原有的残余拉伸应力。较高的试验压力，可以使裂纹尖端产生
65、较大的塑性变形，裂纹尖端的曲率半径将增大，从而使裂纹尖端处材料的应力集中系数减小，降低了尖端附近的局部应力。在卸压后，裂纹尖端的塑性变形区会受到周围弹性材料的收缩的影响，使此区域出现残余压缩应力，从而可以部分抵消容器所承受的拉伸应力。因此容器存在的裂纹经受过载应力后，在恒定低载荷下，裂纹扩展速度可能明显延缓。6.3.2 耐耐压试验介介质耐压试验可使用的介质种类包括液体（水、油）和气体（空气、氮气及其它气体）由于耐压试验压力比容器的工作压力高，因此容器在试验压力下发生破裂的可能性也大。为了防止容器在耐压试验时破裂而造成严重事故，所采取的措施中最重要的是采用卸压时释放能量较小的介质作为试验介质。在
66、相同的试验压力下，气体的爆炸能量比水大数百倍至数万倍，因此，容器耐压试验时通常采用液体作为试验介质。所以耐压试验经常被称为水压试验。以水为介质进行液压试验，其所用的水必须是洁净的。奥氏体不锈钢压力容器用水进行液压试验后，应立即将水渍去除干净，以防止氯离子造成晶间腐蚀。如无法达到这一要求时，则应控制水中的氯离子含量不超过50ppm。若水中氯离子含量过高，可加硝酸钠溶液处理。如果由于某种特殊原因不能用水试验时，可采用试验时不会导致危险的其它种类液体。耐压试验应在低于液体介质沸点的温度下进行。当采用可燃性液体进行液压试验时，试验温度必须低于可燃性液体的闪点，试验场地附近不得有火源，且应配备适用的消防
67、器材。以油为试验介质的常见的例子是超高压容器耐压试验。由于试验压力高，水的压缩性比油大，不适合用作试验介质，特别是在试验压力在200MPa以上时，水会雾化导致难以升压，所以要用煤油和变压器油作试验介质。有些情况下可能无法采用液体作为试验介质，而需要采用气体作为试验介质，例如：（1）由于结构或支承原因，向压力容器充灌液体不能保证容器能安全地承受荷重；（2）运行条件不允许残留试验液体的压力容器，例如低温条件下运行且结构不能保证排尽试验液体的系统就不能用水试压，因为残留水会结冰导致系统堵塞，同样的情况在高温导热油系统中也不允许，因为系统残留水会导致运行中压力不正常升高；（3）超洁净系统法采用液体作为
68、试验介质可能会造成污染。气压试验所用气体应为干燥、洁净的空气、氮气或其它惰性气体。对介质具有易燃特性的在用压力容器，必须进行彻底的清洗和置换，否则严禁用空气作为试验介质。由于气压试验比液压试验危险，所以设计采用气压试验的压力容器,其对接焊接接头要求100%射线或超声波探伤。试验压力、温度、升压程序等规定均不同于液压试验，现场安全措施也更多。6.3.3 耐耐压试验温度温度v规定试验时的介质温度是为了防止因试验温度过低而造成压力容器在试验过程中发生低应力脆性破坏。v金属材料随温度下降其韧性降低，脆性增大。压力容器安全技术监察规程和GB150均规定，碳素钢、16MnR和正火15MnVR制压力容器液压
69、试验时，液体温度不得低于5；其他低合金钢制压力容器，液体温度不得低于15，如果由于板厚等因素造成材料无延性转变温度升高，则需相应提高液体温度。其它材料制压力容器液压试验温度按设计图样规定。铁素体钢制低温压力容器液压试验时，液体温度不得低于受压元件及焊接接头进行夏比冲击试验的温度再加20。v由于气压试验时的危险性更大，因此，对碳素钢和低合金制压力容器的试验用气体温度不得低于15；其它材料制压力容器，其试验用气体温度应符合设计图样规定。v另一方面，试验时还必须注意其温度不能超过试验介质的沸点而使介质产生气化。v在往容器进水的过程中，可能由于空气湿度太大以及水温与气温相差太多，致使容器外壁因空气中水
70、分凝结而结露。此时，为了不影响对容器的检查，可以通入水蒸气或采用其它方法来提高水温，减小水温与气温的温差。6.3.4 耐耐压试验压力力v1.内压容器v内压容器耐压试验的压力应符合设计图样要求，且不小于表6.3-1的规定；v注：钢制低压压力容器耐压试验压力取1.25P和P+0.1二者中较大值。v（2）对不是按内压强度计算公式决定壁厚的压力容器,应适当提高耐压试验压力。v（3）对设计温度（壁温）大于等于200的钢制压力容器或大于等于150的有色金属制压力容器，耐压试验压力按下式计算：v式中：p压力容器的设计压力，MPa（对在用压力容器为最高工作压力）；v设计温度下的耐压试验压力，MPa；v试验温度
71、下的耐压试验压力，MPa；vn 耐压试验压力系数（按表6.3-1）；v试验温度下材料的许用应力，MPa；v设计温度下材料的许用应力，MPa。表6.3-1耐压试验的试验压力压力容器型式压力容器材料 压力等级耐压试验压力MPa液（水压)气压固定式钢和有色金属低 压1.25P1.15P中 压1.25P1.15P高 压1.25P铸 铁2.0P搪 玻 璃1.25P1.15P移动式中低压1.5P1.15P2. 外压容器和真空容器（1）液压试验压力：外压容器和真空容器按内压容器进行液压试验，试验压力 按下式确定： 式中：P设计外压力，MPa（2）气压试验压力：外压容器和真空容器按内压容器进行气压试验，试验压
72、力按下式确定： ,Mpa 式中： P设计外压力，MPav3.夹套容器液压试验压力v对于带夹套的容器，应在图样上分别注明内筒和夹套的试验压力。v（1）内筒v当内筒设计压力为正值时，按内压容器确定试验压力。v当内筒设计压力为负值时，按外压容器规定进行液压试验。v（2）夹套v夹套内的试验压力按内压容器计算公式确定，在确定了试验压力后，必须校核内筒在该试验外压力作用下的稳定性。如不能满足稳定要求，则应规定在作夹套的液压试验时，必须同时在内筒内保持一定压力，以使整个试验过程（包括升压、保压和卸压）中的任一时间内，夹套和内筒的压力差不超过设计压差。图样上应注明这一要求，以及试验压力和允许压差。v4.立式容
73、器v因为立式容器在进行液压试验时，其底部除承受液压试验时的压力载荷外，还要承受整个容器充满液体时的重量载荷，二者的共同作用，有可能使容器底部所产生的应力超过应力校核的允许值，此时，则应适当增加底部的器壁厚度。如果立式容器卧置进行液压试验，为了使与立置试验时底部承受的载荷相同，因此，其试验压力值应为立置时的试验压力加上液柱静压力。6.3.5 压力力试验时的的应力校核力校核v压力试验时，圆筒的薄膜应力按下式计算：vv式中：圆筒的内直径，mm；v试验压力，MPa；v圆筒的有效厚度，mm；v圆筒的焊缝系数。v在液压试验时，圆筒的薄膜应力不得超过试验温度下材料屈服点的90%；在气压试验时，此应力不得超过
74、试验温度下材料屈服点的80%。v校核耐压试验应力时，所取的壁厚应扣除壁厚附加量，对液压试验所取的压力还应计入液柱静压力。对壳程压力低于管程压力的列管式热交换器，可不扣除腐蚀裕度。6.3.6 耐耐压试验要求与注意事要求与注意事项1.一般要求v（1）试验前，容器须经单项检查和总装检查合格，并将内部的残留物清除干净。外部有保温层或其它复盖层的容器，为了不影响对容器壁渗漏情况的检查，最好将这些遮盖层拆除。有衬里的容器，经检查后确认衬里良好无损、无腐蚀或开裂现象，可不拆除衬里。v（2）试验时封闭容器接管用的盲板压力等级应大于或等于试验容器的设计压力（或最高工作压力），所配用的螺栓、螺母的数量、材质、规格
75、应按相应的标准选用。试验前应将各部位的紧固螺栓装配齐全，紧固妥当。v（3）对生产工艺系统中的在用容器进行试验时，必须用盲板隔断与其相连的设备和管道。且应挂有明显的标志，试验前应认真检查试验系统是否有泄漏。（4）在用容器试验时，如果不能确认不致因残留的介质的易燃特性而导致燃烧、爆炸，则严禁采用空气作为试验介质。v（5）试验系统至少应有两块量程相同，并经校验合格的压力表，一块置于容器本体上，另一块置于试验系统的缓冲器上，以便观察压力变化的部位。v（6）对压力表的选用要求是：v选用的压力表，必须与压力容器内的介质相适应。v低压容器使用的压力表精度不低于2.5级：中压及高压容器使用的压力表精度不应低于
76、1.5级。v压力表盘刻度极限值为最高工作压力的1.53.0倍，最好选用2倍。表盘直径不应小于100mm。v（7）试验过程中，如果发现异常响声、压力下降、受压元件明显变形、油漆剥落、安全附件失效、紧固件损坏或试验系统发生故障，压力表指示值不一致等不正常现象时，应立即停止试验，并分析原因。v（8）容器内部有压力时，不得对受压元件进行任何修理和紧固螺栓工作。在试验压力下严禁碰撞和敲击试验容器。v（9）安全阀与试验容器之间有截止阀的，此阀在试验过程中必须闭止。如果安全阀直接安装在试验容器上，则应拆下安全阀，并将安全阀管口用盲板封闭，不允许采用调整螺母以压紧弹簧加载的方法将安全阀压死。v（10）不得对同
77、一容器多次进行耐压试验。v（11）压力试验场地应有可靠的安全防护设施，并应经单位技术负责人和安全部门检查认可。压力试验过程中，不得进行与试验无关的工作，无关人员不得在试验现场停留。试验时场地周围应有明显的标志。2. 液液压试验注意事注意事项v（1）试验前应核查容器的支承结构是否满足灌满水后的承载要求。立式容器卧置进行试验时，还应妥善考虑支承的部位和塔体变形等问题。v（2）试验前容器外表应保持干燥。v（3）由容器下部一接管口往容器内注水，并在容器顶部设排气口。确认容器已被水充满，气体已全部排净，并且壁温与水温相同后，才能缓慢升压。v（4）升压检查程序：压力升至设计压力确认无泄漏后，继续升压到规定
78、的试验压力，根据容积大小保压1030分钟，然后降至设计压力保压进行检查，保压时间不少于30分钟。检查期间压力应保持不变，不得采用连续加压以维持试验压力不变的做法。液压试验完毕应将容器卸压至零。v（5）塔类容器和球罐的试验压力应以其顶部压力表的指示为准。v（6）球罐试验前应完成基础的二次罐浆，并达到强度要求，支柱拉杆应放松到自由状态，充水过程中应注意各支柱沉降是否均匀，试验时应记录基础沉降量和回弹数值。v（7）水压试验时如果要测定容器的实际容积，通常可采用以下二种方法：v容器盛满水后的满载重量与进水前的空载重量之差。v在排水管上装置液体流量计,测定盛满水的总容积。3. 气气压试验注意事注意事项（
79、1）除图样或技术文件要求的以外，不得采用气压试验。（2）试验前必须对容器的主要焊缝进行100%无损探伤检查，气压试验时，试验单位单位的安全部门应进行现场监督。（3）需要核查的技术资料和检验报告通常包括：产品质量证明书强度计算书，校核其一次总体薄膜应力，结果应符合要求。全部图样上要求的无损探伤报告和返修后的检验报告。总体装配报告（包括零部件和安全附件）。热处理报告。（4）升压检查程序缓慢升压至试验压力的10%，且一般不超过0.05MPa，保持510分钟，并对试验系统和容器的所有焊缝和连接部位用肥皂水进行初次检查，确认无泄漏后继续升压。压力升至试验压力的50%，如无异常现象，其后再按每级为试验压力
80、的10%的级差逐级升压至试验压力，应根据容积大小保压1030分钟；然后降至设计压力，保压进行检查，其保压时间不少于30分钟。检查期间压力应保持不变，不得采用连续加压以维持试验压力不变的做法。不得在压力下紧固螺栓。经肥皂或其它检漏液检查无漏气、无可见的异常变形即为合格。气压试验检查合格后，开启放空阀，缓慢卸压至零。压力力试验曲曲线图 设计压力力试验压力力保保压时间保保压时间4. 夹套容器耐套容器耐压试验注意事注意事项v夹套容器应按图样上注明的内筒和夹套的试验压力分别进行耐压试验，并应在内筒试验合格后，再组焊夹套和做夹套的耐压试验。v对夹套进行试验时，必须符合图样上规定的压差要求。如果图样上没有规
81、定或规定不明确时，应校核内筒在试验压力（外压）下的稳定性。如果内筒不能满足稳定要求，则需在内筒保持一定压力，以使整个试验过程中（包括升压，保压和卸压）内筒和夹套的压差不致使内筒出现失稳。5. 热交交换器的耐器的耐压试验注意事注意事项v应针对不同类型的热交换器，采取下述试验程序对交换器的壳程、管程和其它部件进行耐压试验。v（1）浮头式热交换器、釜式重沸器（浮头式管束）v.用试验压环和浮头专用工装对管程试压，检查管子与固定管板及浮头管板连接口。v.管箱和浮头盖试压。v.壳体和外头盖试压。v（2）固定管板式、U型管式、填函式v.壳体及管子与管板连接口检查试压。v.管箱试压。v（3）卧式带蒸发空间重沸
82、器v.管子与固定管板及浮头管板连接口检查试压。v.管箱和浮头盖试压。v.壳体试压。6.3.7 耐耐压试验结果的果的评定定v耐压试验符合下列条件即可评定为合格：v容器和各处焊缝、连接部位无渗漏。v容器无可见的异常变形。v试验过程中无异常的响声。v经返修，焊补深度大于9mm或大于容器壁厚一半的高强钢制容器，焊补部位按原探伤方法进行复查，无超过原定标准的缺陷。v图样或有关规程规定要求测量残余变形的容器，其径向（周向）残余变形率不超过0.03%，或容积残余变形率不超过10%。6.3.8 残余残余变形形测定定v对于容器内壁弹性性能要求较高的容器，使用要求较高的容器，特别是不能进入内部检查的高压容器、超高
83、压容器，在耐压试验时往往需要进行残余变形测定。测定容器的残余变形的目的是判定试验时容器壁的一次总体薄膜应力是否处于弹性范围内。v造成容器耐压试验时产生残余变形的原因主要有：v1、容器的设计壁厚不够，或容器因均匀腐蚀壁厚明显减小，使容器器壁的一次薄膜应力超过了允许值。v2、容器壳体拉伸（冲压）成形或局部腐蚀造成的壁厚不均匀，在内压作用下被拉薄（腐蚀）的局部范围内因过大的塑性应变引起残余变形。v3、容器存在较大的椭圆度，卸压后椭圆度减小，形成残余变形。v4、容器加工工艺不良。例如，热处理效果不佳，造成材料性能的明显变化或不均匀；多层包扎容器的层间包扎质量不佳，造成松动面积过大等。v材料弹性极限所规
84、定的残余变形一般在0.0050.05%之间。对于压力容器，国内外规范一般规定器壁的残余变形小于0.03%为合格，以弹性极限400MPa的材料为例，其对应的最大容积残余变形2.218.3%，因此，规定容积残余变形率不应是一个十分严格的界限。对于容积小，试验压力较低、直径和高度之比相差不大，而材料的弹性极限又较高的容器（例如液化石油气钢瓶），要注意残余变形测定误差问题。残余残余变形的形的测量方法量方法v主要有以下几种：v1. 直径直径变形形测量量v圆筒形压力容器在内压作用下，器壁上的周向应力比其轴向应力大得多，因此，如果产生残余变形，一般都在周向，即表现为容器直径成比例在增大。采用内径千分尺或其它
85、量具测量容器在耐压试验前后的内径，可以算出容器的直径相对残余变形。测量时，应在同一横截面选取34个测点，较长的容器还应多选择几个截面，耐压试验前后必须在同一个点上测量。此法虽然比较简单，但测量误差较大。v容器的直径变形也可采用千分表来测量，方法是在一独立的内径稍大于容器外径的圈架上固定68块千分表，其触杆顶靠着容器外壁，并正对容器圆心，每一直径方向对称设置2块千分表。试验前将千分表指针调整为零，试验后2块对称千分表读数之和即为其直径的增大值。此法误差较小，但需要制作圈架，且容易受振动等因素的影响。v由于直径变形测量的误差较大，所以一般很少采用。v2.电阻应变测量v此法是将容器的变形转换为电阻丝
86、的变形，通过测量电阻丝变形前后的电阻值来确定其变形。这种方法的测量精度高，不受环境的影响，并且可以测量容器局部的变形情况，但技术复杂，成本较高。v3.容积变形测量v这种方法适用于容积较小的容器，特别是气瓶的检验。通常有以下二种测量方法：v（1）内测法v将水直接压入容器内进行试验，又称为“压水法”，是目前采用较多的一种容积变形测量法。此法设备简单，操作方便，容易发现被测容器的泄漏，但计算繁琐，测试和计算中的误差因素较多，故准确性较差。其中主要是由于试验系统中残留气体的影响，加压时一方面气体被高压水溶解一部分，另一方面气体被压缩，从而使卸压后测得的回水量减小，导致残余变形测试值偏大。v（2）外测法
87、：v又称为“浸水法”，是将容器浸入特制的密闭水槽中进行试验，在试验压力下测量容器由于膨胀而从水槽中排出的水量，即为其容积全变形值。再测量卸压后的回水剩余量，即为其容积残余变形值。此法不受试验系统中残留气体的影响，不必考虑水的压缩量，因此，计算方便，误差易校正，准确性较高，但操作复杂，不易发现容器泄漏。6.4 气密气密试验、爆破、爆破试验v6.4.1 气密气密试验v气密试验又称为致密性试验。气密性试验应在液压试验合格后进行。v1.需要进行气密试验的容器v通常下列容器需要进行气密试验：v（1）储存介质毒性程度为极度、高度危害的容器；v（2）设计上不允许有微量泄漏的压力容器；v（3）图样规定必须进行
88、气密试验的容器。v对设计图样要求作气压试验的压力容器，气压试验后一般不需要再做气密性试验。v2.气密性试验压力p=1.00P（MPa）（6.4-1）v式中：P压力容器的设计压力，MPa（对在用压力容器为最高工作压力）；v3.气密性试验温度v对碳素钢和低合金钢制压力容器，其试验用气体的温度应不低于5，其它材料制压力容器按设计图样规定。v4. 气密性气密性试验气体气体v对气密性试验所用气体的要求，按气压试验的有关规定。v5.气密性试验的检查方法v（1）在被检查的部位涂（喷）刷肥皂水，检查肥皂水是否鼓泡。v（2）检查试验系统和容器上装设的压力表，其指示是否下降。v（3）小型容器可浸入水中检查，被检部
89、位在水面下2040mmv深处，检查是否有气泡逸出。v6.气密性试验升压检查程序v压力应缓慢升至试验压力后，保压10分钟，然后降至设计压力，对试验系统和容器的所有焊缝和连接部位进行泄漏检查，确认无泄漏即为合格。v试验完毕后开启放空阀，缓慢卸压至零。v7.气密性试验要求v气密试验时，容器上的全部安全装置和阀门等应装配齐全。如果因故未装配齐全时，应在试验报告上注明。v6.4.2其他致密性试验方法v1.在试验介质中加入1%（体积）的氨气，将被检查部位表面用5%硝酸汞溶液浸过的纸带复盖，如果有不致密的地方，氨气就会透过而使纸带的相应部位形成黑色的痕迹。此法较为灵敏、方便。v2.在试验介质中充入氦气，如果
90、有不致密的地方，就可利用氦气检漏仪在被检查部位表面检测出氦气。目前的氦气检漏仪可以发现气体中含有千万分之一的氦气存在，其灵敏度较高。v6.4.3容器补强圈气密试验v容器上开孔补强圈的气密试验，必须在容器耐压试验之前进行，不允许先进行耐压试验，而后再装焊被强圈的作法，以防因开孔削弱而使容器在耐压试验中过载损坏。补强圈气密试验的压力为0.40.5MPa，通常涂刷肥皂水进行检查。6.4.4 爆破爆破试验爆破试验是对容器的设计与制造质量，以及其安全性和经济性进行综合考核的一项破坏性验证试验。以液化石油气钢瓶为例，有关标准规定，必须按生产批量抽取一定数量的钢瓶进行爆破试验来考核钢瓶的制造质量。下面就将此
91、类钢瓶作为例子，介绍有关爆破试验的几个主要问题。1.钢瓶屈服压力的测定标准规定，爆破试验过程中须测定钢瓶的屈服压力。钢瓶的屈服压力与爆破压力相关，它们与材料的屈服比相符合，爆破压力约为屈服压力的1.6倍左右。目前，在爆破试验中普遍采用读表法，即观察压力表变化情况确定其屈服压力，这种方法的人为误差较大，尤其是在屈服压力表现不明显时，最好采用进水量曲线来确定屈服压力。当曲线有明显屈服阶段时，可将“下屈服压力”作为钢瓶的屈服压力；当曲线无明显屈服段时，可采用作图法在曲线过渡段求得名义屈服压力。2. 钢瓶爆破瓶爆破试验结果的果的评定定v爆破试验结果中除爆破压力和容积膨胀率应满足要求外，还应考核起爆点位
92、置和破口的特征，以综合反映钢瓶强度和塑性指标，以及检验热处理工艺是否合理。即：v（1）爆破压力应大于理论计算的爆破压力,并且，实测的屈服压力和爆破压力的比值，应与瓶体材料的屈强比相近。这是考核钢瓶强度的指标。v（2）容积膨胀率应大于10%。这是衡量钢瓶塑性的一项指标，一般说来，其值愈大，则其爆破压力、屈服压力就愈低。v（3）具有隆起的起爆点，并形成破口，对钢瓶来说，通常在距瓶体焊缝处二侧某一局部范围内出现最大环向应力，其起爆点位置基本与该区域吻合。v衡量破口特征的指标有二个，即撕开长度和裂口开度，过长及过大说明塑性较差。如果钢瓶破裂时形成碎片或破口出现在封头、纵焊缝、环焊缝上（垂直于环焊缝者除
93、外），则试验为不合格。v（4）由于钢瓶爆破压力值较高，因此，试验时必须注意安全，并且，只能采用液体（水）作为试验介质。6.5 压力容器力学性能力容器力学性能试验v压力容器材料复验、焊接工艺评定、焊工考试和产品焊接试板都需要进行力学性能试验。常用的力学性能试验主要有拉伸试验、弯曲试验、冲击试验。其中材料复验的力学性能试验应符合GB150-98附录E的要求；焊接工艺评定的力学性能试验应符合JB4708-2000钢制压力容器焊接工艺评定中的具体规定；产品焊接试板的力学性能试验应符合GB150-98附录E和JB4744-2000钢制压力容器产品焊接试板的力学性能试验的要求。v原材料（板材、管材、锻件、
94、棒材）和焊接接头是两类不同性质的试验对象，进行试验和对结果评价时应当注意它们之间存在的区别。此外，对有色金属焊接接头与钢制焊接接头进行力学性能试验也要注意两者的区别。6.5.1 力学性能力学性能试验试板制板制备和和样坯截取坯截取v1. 试板制板制备v对于原材料来说，不存在试板制备问题。对于焊接接头来说，除非直接从压力容器上取样，否则就必须制备试板。当分析压力容器失效事故时，可以直接从压力容器上取样坯。压力容器制造单位通常制备的试板的有产品焊接试板、焊接工艺评定试板、焊工考试试板、焊接性试验试板，焊材鉴定试板等。v各类试板的焊制，应当按相应标准规定焊制，否则，其力学性能数据有可能失去可比性。v焊
95、接试板制备应注意以下事项：v（1）试板方向与试样方向的关系v对于原材料检验，钢材标准规定取横向。但作对于原材料检验，钢材标准规定取横向。但作为焊接试板，一般取纵向，因为从圆柱筒节的纵缝沿长线上制备试板，取的是纵向值。试板下料时，应使试板宽度（125mm）沿轧制方向，v（2）试板焊接要求v焊接工艺评定试板应由本单位焊工来焊接，焊接参数可取上限，要注意防止变形和层间温度过高。v产品焊接试板应由焊接该产品的焊工来施焊，应在纵缝延长线上与容器纵缝一次焊完。焊后打上焊工钢印和监检代号。为防止角变形可加筋板。v焊工考试试板要控制好坡口间隙和钝边，焊接时应注意熔池前边形成可控熔孔，保证背面成形。2. 样坯截
96、取坯截取v（1）原材料的）原材料的样坯截取坯截取v对于板材，在钢板端部垂直轧制方向截取拉、弯、冲样坯。对于纵向轧制钢板，在钢板宽度1/4处截取；对于横轧钢板可在宽度方向任意位置截取。v对于管材，当外径小于等于30mm时，取整管作拉伸；当外径大于30mm时，取纵向拉伸样坯。v对于锻件，有圆饼形、长条形等不同形状，其样坯截取方位是不同的。具体规定在JB47264728标准中有明确规定。v对于型材的拉、弯、冲样坯，沿轧向截取，具体部位有相应标准规定。v（2）焊接试板的样坯截取v接试板、焊接试管的拉、弯、冲样坯的截取方位不同；焊评试板、焊工考试试板、产品焊接试板等不同试板类型，其样坯截取方位也不同。具
97、体规定分别在JB4708、JB4777标准及焊工考试规则中有相应说明。6.5.2 拉伸拉伸试验v拉伸试验是测定材料在轴向、静载下的强度和变形的一种试验，它可在常温、高温和低温下进行。这里所述的三个外界条件包括应力状态、温度和加载速度。v1.拉伸试验的验收指标v按照金属拉伸试验方法，对于原材料取圆截面拉伸试样。通过拉伸试验，可测得屈服点、抗拉强度、伸长率和断面收缩率。这四项指标均可作为评价材料是否符合标准验收指标。v对于焊接试板，多采用矩形截面的扁拉伸试样。与原材料的圆载面试样不同的是，在拉伸变形时，由于受矩形截面的影响，只有才是验收指标。同时，焊接接头中的焊缝、熔合区、热影响区的力学性能不均匀
98、，断裂位置在哪个区，对试验结果评定有影响，因此必须注明。如果不注明，就不能确定所得到试验数据是焊接接头的还是母材的。为此，拉伸试验报告上必须有“断裂位置”和“试样截面尺寸”这两项。v2.拉伸试验的种类v压力容器常用的拉伸试验种类，有圆棒状、板状、管状、管与管板。v3.拉伸试样的加工v（1）试样形状、尺寸、表面粗糙度应符合相应标准规定。尤其要注意原材料拉伸与焊接接头拉伸的受试部分的长度不同，后者为缩截面试样。v（2）矩形截面受试部分四棱边应倒圆，焊缝余高应用机械方法削平，刀痕应平行于试样长轴。v（3）分层取样时，按试验机能力在厚度方向均分。v（4）复合钢板拉伸试样，是否去掉复层，取决于设计时的壁
99、厚计算方法。若强度计算中计入复层，则不能去掉；否则可保留也可去掉。v4.拉伸试验的操作v拉伸试验的具体操作要求在GB228标准中有规定。监督试验时需要注意的事项包括：试验机应完好，且经过计量检定；测力指示正确，夹具对中；试样符合标准、有标记；应采用专门表格，过程数据记录应齐全；试验完毕，应及时计算强度值，做好数据修约处理，记录断裂位置。v5.拉伸结果的有效性v凡出现下列情况之一者，拉伸结果无效：v（1）试样断裂在标记外；v（2）试样夹偏；v（3）试样断面上发现气孔、夹渣、裂纹等缺陷而造成性能不合格。v6. 拉伸拉伸结果的果的评定定v（1）评定原材料拉伸结果，要注意其数值是否在标准规定的上下限之
100、内。认为只要大于下限就为合格的看法是片面的。此外应注意屈强比是否合格，当屈强比大于0.8时，容器设计上需要特殊考虑或不允许。（2）产品焊接试板的拉伸结果评定，合格指标要大于等于下列规定之一：v产品图样的规定值；v钢材标准规定的抗拉强度下限值；对不同强度级别组成的焊接接头，则为抗拉强度下限值较小者；v分层取样的算术平均值不低于上述要求，同时，该组单片试样最低值，不低于钢材标准抗拉强度下限值的95%（碳素钢）或97%（低合金钢和高合金钢）。v（3）焊接工艺评定试板的拉伸结果评定，除分层取样的每片拉伸抗拉强度大于等于母材规定值的下限外，其余与产品焊接试板相同。v（4）焊材鉴定的抗拉强度评定，按相应焊
101、材标准规定。v（5）拉伸试验的复验，除焊接工艺评定外，其余均可取双倍复验，且每个试样均应合格。6.5.3 弯曲弯曲试验v1. 弯曲弯曲试验的目的的目的v焊接接头的弯曲试验的目的有两个：一是评定焊接接头的塑性变形能力，即测定力学性能；二是揭示接头内部缺陷，即评定焊接接头的工艺性能和焊工的操作技能。v对于原材料一类均匀体来说，可以认为进行弯曲试验是单纯评价金属材料的塑性变形能力。而对于焊接接头来说，其实弯曲试验评价的并不是简单塑性变形能力，所评价的内涵是比较复杂的。因为从力学角度来看，焊接接头是不均匀体，焊缝、熔合区、热影响区的组织、强度、塑性各不相同。弯曲时这三个区域中的强度低者先塑性变形，随着
102、弯曲角度增大，不同区域的强度塑性差异导致变形不能协调而发生开裂。所以弯曲试验并不能表达各区的真正塑性，只是评价焊接接头三个区之间的“比较塑性”，因此说弯曲试验是评定焊接接头的比较塑性的力学性能试验。v选择弯曲试验作为焊接接头的工艺性能试验方法，就是通过“比较塑性”来检验接头三个区的塑性是否匹配，从而判断焊材选择、焊接工艺和焊后热处理是否恰当；预测压力容器筒节校圆时的冷变形能力是否足够；通过缺口弯曲试验，还可判断焊工焊制优质焊缝的能力。v正因为如此，在焊接接头弯曲试验中，当接头弯曲出现裂纹时，一定要注明裂在何处，以便作出正确判断。v2.弯曲试验类别v压力容器所采用的弯曲试验方法是GB232标准规
103、定的有支持辊的自由弯曲。对于焊接接头，根据焊缝在试样中的位置不同或接头型式不同，分为横弯、纵弯、角接头弯曲等。3.弯曲试样加工注意事项v矩形截面的受拉面棱边要倒圆角，焊接接头弯曲试样的余高要用机械方法去除，使之与母材齐平，加工刀痕要平行于试样长轴。对焊工考试的弯曲试样，在去除余高时应保留一侧母材的原始表面。v当厚度大于20mm时，JB4708标准焊评弯曲允许分层取样，从受拉面算起的20mm保留，其余厚度削去。v4.弯曲试验的操作v监督试验时需要注意的要点包括：v（1）注意先焊面和后焊面，确认面弯与背弯。（加以标记）；v（2）注意焊缝中心位置，确保压头中心对准焊缝中心；v（3）在试验机上用样板测
104、定弯曲角，而不要从试验机上取下后测定；v（4）试验前确认受拉面无咬边之类的缺陷；v（5）弯轴直径要正确，不宜随意代用；v（6）当两侧母材强度相差较大时，（如不锈钢与16MnR的异种钢接头）要注意防止弯曲时发生试样移动造成弯偏，导致结果无效。v5.弯曲试验结果的评定v（1）原材料弯曲试验结果的评定v按相关原材料标准规定进行评定，评定时要注意弯轴直径和试样的宽厚比是否符合标准。v（2）焊接接头弯曲试验结果的评定v焊工考试试板的弯曲试验结果的评定v按规定弯到规定角度后，其受拉面上沿试样宽度方向不允许有大于1.5mm的裂纹或缺陷，或沿试样长度方向不允许有大于3mm的裂纹或缺陷。试样棱角开裂不计。6.5
105、.4 冲冲击试验v压力容器的冲击试验属于简支梁型式的缺口冲击弯曲试验，通常在摆锤式冲击试验机上进行。由于冲击试验试样加工简便、试验时间短，所以得到广泛应用。压力容器材料与焊接接头冲击试样规定采用夏比型缺口，冲击吸收功用表示。v金属夏比冲击试验方法标准有：GB2106-1980金属夏比（型缺口）冲击试验方法；GB4159-1984金属低温夏比冲击试验方法和GB5775-1984金属高温夏比冲击试验方法。v1.冲击试验的目的v（1）测定原材料和焊接接头各区的冲击韧性v所谓韧性是指在规定温度下材料抵抗冲击载荷时吸收能量的能力，即材料从塑性变形到断裂全过程中吸收能量的能力。对焊接接头，冲击试验要分别测
106、定焊接接头各区的韧性，因此将缺口分别开在焊缝熔合区、热影响区。应当指出，由于焊接接头的不均匀性，接头各区的韧性是显著不同的。v（2）根据冲击韧性评价焊材选择和焊接工艺的合理性v影响冲击韧性的因素有：材料的成分与组织、试验温度、试样型式、方位和缺口的型式、方位、应变速度、应力集中程度等。而影响焊接接头缺口冲击韧性的因素则有焊材、焊接工艺参数、坡口型式、焊接层道数、焊接速度等。通过测定焊接接头的冲击韧性，可以评价焊材性能和质量，也可以评价焊接工艺，例如焊接热输入，焊道排列是否合理。2. 冲冲击试样的取的取样与制做与制做v冲冲击试验试样的取的取样位置、方向、型式，以及位置、方向、型式，以及试样缺口的
107、位置、方向、型式，缺口的位置、方向、型式，对冲冲击试验的正确的正确实施，保施，保证试验数据的代表性及可靠性，是非常重要的。数据的代表性及可靠性，是非常重要的。v（1）冲）冲击试样的位置的位置v 这里的里的试样位置是指在板厚方向的取位置是指在板厚方向的取样位置。位置。对于原材料，按相于原材料，按相应标准准规定定的位置取的位置取样。对于于产品品焊接接试板，当板，当540MPa时，按，按图6.5-2在后在后焊面一面一侧距距钢板板表面表面1mm2mm取取样。540MPa和和Cr-Mo钢，且，且60mm，以及，以及设计温度低于温度低于30，且，且40mm的低温的低温钢，取两，取两组焊缝金属冲金属冲击试样
108、。一。一组在后在后焊面一面一侧距距钢板表面板表面1mm2mm处；另一；另一组在在钢板另一板另一侧距距钢板表面板表面/4板厚板厚处。v 对于于焊接工接工艺评定定试板，当板，当试板厚度板厚度T60mm时，在后，在后焊面一面一侧距距钢板表面板表面T1=12mm处取取样；当；当T60mm时，在后，在后焊面一面一侧距距钢板表面板表面t2=T/4mm处取取样。如果如果该试板采用不同板采用不同焊接方法接方法组合合评定的，定的，则冲冲击试样包含每种包含每种焊接方法的熔敷接方法的熔敷金属，金属，详见图。对于复合于复合钢板，只要求在基板，只要求在基层取取样。v图6.5-2产品品焊接接试板板 的冲的冲击试样位置位置
109、 图6.5-3 焊接工接工艺评定定试板的冲板的冲击试样位位置置v（2）试样方向：试样长轴与最终轧制方向平行的纵向。v（3）试样型式：标准试样为101055mm；非标试样有7.51055mm，51055mm。在试验报告中必须注明非标准的型式。v（4）试样缺口的位置v对于原材料来说，缺口位置无关紧要，因为它是均匀体。对于焊接接头来说，缺口的根部位于焊缝，还是熔合区或热影响区，则非常重要，因为焊接接头是不均匀体。v焊缝冲击：缺口在后焊面的焊缝中心O点，v熔合区冲击：缺口在试样轴红与熔合线的交点A，v热影响区冲击：缺口位于试样轴线与熔合线交点A和与热影响区边界线交点C的段中点B。v为了准确确定缺口位置
110、，v必须经浸蚀显示热影响区v后再划线找出B点。v（5）试样缺口方向：缺口方向的参照物是钢板表面，不是轧制方向。缺口轴线垂直于钢板表面，不是平行于钢板表面。如果平行于钢板表面，可使冲击功升高1/2或更多。v（6）试样缺口型式：缺口型式可分为U型和V型两大类。缺口型式对冲击功影响很大，缺口型式不同，其冲击功不能互相换算。U型缺口（梅氏）比较钝，已逐渐淘汰。世界通用的是V型缺口，它比较切合工程实际，因为它的塑性变形和撕裂消耗功比较小，对冲击韧性较敏感v（7）试样的加工v机加工方法。试样可用刨、铣等方法粗加工后进行磨加工。缺口可用专用铣刀铣切、专用砂轮片磨制或专用拉床拉制，也可在线切割机床上加工（但线
111、切割后必须对缺口进行磨加工）。缺口加工的质量好坏是影响试验结果的最主要因素。缺口机加工的重点是根部R0.25的形状和表面粗糙度。根部形状要用轮廓投影仪放大50倍检查，保证缺口轴线与试样表面的垂直度。v3.冲击试验的操作v冲击试验的操作，除了安全事项外，在技术上要注意三点：v控制好试验温度，尤其是低温冲击，其冷度，从冷却槽到冲断的时间应不超过5秒，操作钳尖端温度，以试验温度影响很大。最好用低温自动降温冷却槽或自动冲击试验机。v确保刀刃中心与V缺口中心重合。否则，冲击打偏，会使冲击功大大提高。可在砧座上设定心装置，使试样对准。v冲击功应随冲随记，防止漏记、串记。v4.冲击结果的评判v原材料的冲击结
112、果评判较简单，而焊接接头的冲击结果评判较复杂：v碳钢和低合金钢焊条鉴定的冲击要做5个，去掉一个最大值和最小值，余下3个进行平均，其平均值不小于27J，其中两个应大于27J，另一个应不小于20J。v5.低温冲击试验方法简介v（1）低温冲击试验设备及仪器v低温冲击试验机的结构，可分三个部分：冲击试验机，低温炉及电器控制操纵部分。v冲击试验机。与室温冲击试验机相同，低温冲击试验时，试样靠机械自动送到支座上，使操作迅速自动化。v低温炉。低温炉应具有两方面功以能：能够冷却试样到所要求的试验温度，并能保持这一温度，同时要求足够大的均温区域。炉体通常用不锈钢制造，内外层之间用绝热材料分开，炉膛内有装冲击试样的匣子。当试样温度降到试验温度时，应保持足够的时间，使试样表面温度与心部温度一致。温度的控制与保持均在操作台上进行。v（2）冷源v低温冲击试验试样冷却装置使用的冷源，最常用的是干冰（固体二氧化碳）和液氮，他们无毒性、安全、对金属不起侵蚀作用。用酒精作为介质，干冰为冷源，可以获得-70以上的温度；用液氮作冷源可获得从0-192的低温。当试验温度不低于-70时，一般使用液氮作为冷源。v试样在规定温度下保持的时间，当使用液体介质时，保温时间不少于5min；使用气体介质时，保温时间不少于20min。v谢谢各位同行！
