压力容器检测与检验技术

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3.4.2 耐压试验介质 试验介质——液体和气体 ①不会发生危险的液体，在低于沸点温度下，均可做液压试验介质。通常用水，采用可燃液体进行 液压试验，试验温度必须低于液体闪点。 ②水必须洁净；对奥氏体不锈钢液压试验用水，要求水中氯离子含量低于25毫克/升，如无法保证， 则可考虑用气体。 ③气压试验用气体应干燥、洁净空气、氮气或其他惰性气体 气体可压缩——爆破能量比液体大数百倍，为了安全，可优先考虑用液体进行试验。 一些情况无法用液体，必须用气体： 机构或支撑原因，容器无法承重；残留液体对系统或设备产生危害；超洁净系统如有液体可能受污 染。 3.4.3 耐压试验压力 （1）内压容器 按设计图纸要求进行压力试验，试验值不低于下式计算：
对在用容器，如果材料不明，也必须进行化学元素分析；当存在腐蚀情况下，如果存在 裂纹，为判断裂纹是否与腐蚀有关，则对裂纹处组织进行化学元素分析，确定是否有腐蚀物。 钢铁元素化学分析方法——原子发射光谱分析和化学分析
微量元素分析——电子探针、离子探针及俄歇能谱仪等
原子发射光谱分析——仪器有三类； 一类为看谱线分析，仪器为看谱镜，用于鉴别材料中某种元素有无。 另一类为光电式光谱分析，仪器为数字式光谱分析仪，进行材料成分的定性与定量分析； 第三类为荧光光谱分析，利用X射线或γ射线来激发被分析原子发出荧光X射线，通过荧光光谱来鉴 别元素种类和数量。 化学元素分析方法——比色法、滴定法、重量法、萃取法、燃烧法、气相容量法、电导法等，可精 确分析材料中元素含量。 3.2.3 金相检验 检验金属材料微观金相组织，应用目的如下： ①检验材料质量及热处理状态和热处理效果； ②检验材料晶粒度； ③检验焊接质量，判断焊接后组织； ④检验材料中微观缺陷，如晶间裂纹、疏松、过烧等 ⑤检验材料在长期高温环境下发生的劣化，如珠光体化、石墨化 ⑥腐蚀环境下，可能发生的晶间腐蚀或应力腐蚀裂纹； ⑦高温高压临氢环境下的氢腐蚀，如脱碳、氢腐蚀裂纹等 ⑧在役压力容器的断口金相检验，确定腐蚀或断裂类型，分析失效原因。
金相检验操作程序：选择代表性检验点——用砂轮打磨出金 属磨面——用从粗到细的砂纸或研磨膏打磨金属磨面——用 抛光液或抛光膏抛成镜面——用合适试剂对光面侵蚀，使金相组织显露。 3.2.4 应力应变试验 容器应力分析有两种： 一种为理论分析——利用材料力学、弹性力学或有限元法，求应力理论值。 另一种为试验测试方法——通常利用应变片，测量构件受载后表面或内部的真实应力大小。 对容器加载测试容器应力——为静态应力-应变测试，常用电阻应变片测量（电测法）、光弹性方法、
应变脆性涂层。 测量容器剩余应力——采用X射线衍射法或小孔松弛法。 测试焊接剩余应力采用小孔松弛法——操作方法为：将焊缝区域打平，然后贴上应变片，在应变片 附近钻一个直径与深度相同的盲孔，一般2-3mm，孔区剩余应力松弛孔边变形，应变片变形， 测出剩余应力。 3.3 力学性能测试 材料力学性能测试使用场合——容器材料复验、焊接工艺评定、产品焊接试板； 考察容器材料的强度、塑性、韧性、可弯性及焊接性 力学性能测试包括——拉伸试验、弯曲试验和冲击试验； 材料拉伸试验——按GB/T228《金属材料室温下拉伸试验方法》 材料弯曲试验——按GB/T232《金属弯曲试验方法》 冲击试验——按GB/T229《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》 焊接工艺评定的力学性能试验——按JB4708《压力容器焊接工艺评定》的要求 焊接试板力学性能试验——按JB4744《压力容器产品焊接试板的力学性能试验》要求 3.3.1 拉伸试验 在一定温度与静载荷下，测定金属材料在单向拉力作用下的抗拉强度(Rm)、屈服点(ReL)、延伸率(δ)、 截面收缩率(ψ)等力学性能指标。 对原材料——取圆截面拉伸试件，测试标距与直径之比有5和10两种。 对焊接试板——取矩形截面的扁拉伸试件，由于截面影响， 对ReL、δ、ψ不能准确测定，只以抗拉 强度Rm作评价指标。 3.3.2 弯曲试验 对原材料弯曲试验——评定金属塑性变形能力； 对焊接接头弯曲试验——评定焊接部位塑性变形能力，检验焊接接头的内部缺陷，评定接头的工艺 性能和焊工操作水平。 弯曲试件可为圆形、方形、矩形或多边形截面——在弯曲装置上经受弯曲塑性变形，不改变加力方 向——直到规定的弯曲角度。 焊接接头弯曲试验分为： ——横向正弯和背弯; 横向侧弯；纵向正弯及背弯； 横向——指试件轴线与焊接方向垂直。 纵向——指指试件轴线与焊接方向平行。 焊缝正弯或背弯——指受拉面为焊缝正面或背面的弯曲。 焊缝侧弯——指试件受拉面为焊缝侧剖面 弯曲评定——弯曲到规定角度，试件拉伸部位出现裂纹及焊接缺陷尺寸，按相应标准和技术条件评 定。
3.3.3 冲击试验
冲击试验——是用规定高度摆锤对处于简支梁状态有缺口的试件进行一次性打击，测量试件断裂时 冲击吸收功。 缺口对冲击功影响大，压力容器规定——冲击试验采用对缺口比较敏感的夏比（charpy)V形缺口试 样。 冲击试验目的： ①测量原材料与焊接接头韧性； 韧性——指规定温度下，材料抵抗冲击载荷吸收能量的能力，即材料从塑性变形到断裂全过 程吸收能量的能力。 焊接接头的缺口部位——在焊缝熔合区和热影响区。 ②根据冲击韧性评价焊材选择和焊接工艺的合理性。 焊材、焊接工艺、坡口等对冲击韧性影响巨大 3.4 耐压试验 3.4.1 耐压试验目的与作用 采用静态超载方法验证容器整体强度，对容器质量综合考核；综合检验容器在制造中可能存 在的缺陷。 通过超压可改变应力分布——局部存在大的拉伸剩余应力，超压引起局部屈服，使应力 再分布——消除或减小剩余拉伸应力。 耐压试验可改善缺陷处应力——使裂纹闭合效应——降低尖端局部应力和泄压后尖端处产生 压缩应力，抵消承载产生的拉应力
对开孔补强圈应在耐压试验前通入0.4-0.5MPa压缩空气，检查焊接接头质量； 容器至少有两块量程相同、经检验合格（在检验期内）的压力表，压力表安装在容器顶部； 压力表量程为试验压力的1.5-3倍，表盘直径不小于100mm； 低压容器压力表精度不小于2.5 级，中高压容器表精度不小于1.6级。
（2）液压试验操作程序 ①容器先充满液体，必须排净容器内气体，容器外部应保持干燥； ②当容器壁温与液体温度接近时，才能缓慢升压至设计压力，确认无泄漏后，再继续升压至规定试 验压力，保压不小于30分钟，然后降至设计压力，保压足够时间进行检查； ③检查期间，压力应保持不变，严禁采用连续加压来维持试验压力不变，试验中不得带压紧固螺栓 或向受压元件施加外力； ④ 液压试验后，使用单位按规定进行试验液体处理，及对容器内表面进行专门技术处理。
第三章 压力容器检测试验技术 3.1宏观检验 检验容器的外观、结构与几何尺寸是否满足容器安全使用规定，是最基本检验方法。 3.1.1外观检查 用目视或5-10倍放大镜及锤击方法，检验容器本体、对接焊缝及接管焊缝等部位； 对内部无法进入的容器，可采用内窥镜检验。 容器在加工完毕及运行一段时间后，主要外观检验如下内容： 主要检验内容： 有无成型组装缺陷；有无整体变形或凹陷、鼓包等局部缺陷；有无腐蚀、裂纹及损伤；焊缝 是否有表面缺陷，如气泡、弧坑、咬边、裂纹等；容器内外壁的防腐层、保温层、衬里是否完好 3.1.2 结构检验 结构检验包括： 筒体或封头的连接结构；焊缝选择与布置是否合理； 开孔及补强结构及零部件结构是否合理完好。 3.1.3几何尺寸检验 主要检验容器本体和受压元件的结构尺寸、形状尺寸及缺陷尺寸； ① 采用焊规、焊缝检验尺及样板尺等工具对纵、环焊缝的对口错边量、棱角度进行检验； ② 对直立容器及球形容器的支柱的直线度焊后进行检验； ③用卷尺测量筒体不同部位的周长，确定筒体的最大与最小直径，满足GB150要求。 ④封头检验。用卷尺测量封头直径差，用样板检验封头（椭圆、蝶形、球形）内表面形状偏差。 测量封头表面凹凸量、直边高度及直边部位的纵向折皱量。 ⑤检验焊缝余高、角焊缝焊角尺寸。 结构检验和尺寸检验只在出厂时全面检验，以后检验只对在运行中可能。 3.2 理化实验 3.2.1 硬度测定 硬度——材料抵抗局部塑性变形的能力。 碳钢及合金钢材料——含碳越高，硬度越大。 常用金属材料硬度指标——布氏（HB）、洛氏硬度（HR）和维氏硬度（HV）。 压力容器检验中的硬度检测应用： ①对碳钢、低合金钢容器——材质不清时——打硬度近似知道其屈服强度——两者近似关系： ReL=3.28HV-221(适用母材）， ReL=3.35HB(适用HB≤175的材料） ② 焊接性能试验——检测接头断面、 焊缝和热影响区的硬度——判断材料焊接性和焊接工艺的适用 性。 ③现场检验焊接区的硬度——判断焊接工艺的执行情况和焊接接头质量。 ④对整体或局部热处理容器的焊缝区硬度检验——检测热处理效果——判断接头应力消除情况。 ⑤长期高温使用的容器——硬度可能改变——判断组织如何变化 ⑥在应力腐蚀环境中的压力容器——进行硬度检验——判断应力腐蚀倾向。 3.2.2 化学元素分析 材料复验——容器材料买来入库使用前， 为防止材料有误或确认化学成分是否符合要求， 必须对材料进行复验。
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σT——圆筒周向薄膜应力，MPa; Di——圆筒内径，mm； PT——试验压力，MPa； δe——圆筒有效厚度，mm； φ——焊缝系数。 液压试验时周向薄膜应力σT： σT≤0.9ReLφ 气压或气液压力试验时周向薄膜应力σT： σT≤0.8ReLφ 对用了一段的容器，再进行液压试验，容器有效厚度δe按实测最小厚度，再减去腐蚀余量。腐蚀余 量按每年腐蚀多少，计划再用多少年计算，或到下一次检验的间隔时间计算。 3.4.6 耐压试验操作程序与方法 （1）试验前准备要求 耐压试验前紧固件装配齐全；
ρ——液体密度，kg/m 2 g——重力加速度，9.81m/s h——塔体长度或高度，上下两封头之间距离，m。 3.4.4 耐压试验温度 Q345R（16MnR）、Q370R（15MnVR)及07MnMoR耐压试验介质（气体或液体）温度不 低于5℃。其他碳钢及低合金钢液体温度不低于15 ℃。如果板厚等因素引起无塑性转变温度 升高，提高试验介质温度。 3.4.5 耐压试验应力校核 耐压试验前应对容器进行应力校核，圆筒周向应力满足下式：
（3）气压试验操作程序 ①先缓慢升压至规定试验压力的10%，保压5分钟，并对所有焊接接头和连接部位进行初步检验；确 认无泄漏后再继续升压至规定压力的50%； ②无异常现象，按规定试验压力的10%逐级升压，直到试验压力，保压10分钟，然后降至设计压力， 保压足够时间进行检查，检查期间应保持压力不变； ③气压试验期间，严禁带压紧固螺栓或向受压元件施加外力； 对盛装易燃介质容器，如果以氮气或其他惰性气体进行气压试验，试验后容器内保留0.05-0.1MPa 余压，保持密封。
P——容器设计压力，MPa； PT——耐压试验压力，MPa； η——压力系数，按表选取；[σ]——试验温度下材料许用应力，MPa； t—— [σ] 设计温度下材料许用应力，MPa。
注：当容器各承压元件（筒体、封头、接管法兰及紧固件等）所以材料不同时，计算耐压试验压力 t 取各材料[σ]/ [σ] 比值最小值。 （2）外压容器 外压容器按内压容器进行耐压试验 ①液压试验：PT =1.25P ②气压试验： PT =1.1P P——外压容器设计压力 （3）夹套容器 对夹套容器，应在图纸上分别注明内筒与夹套的试验压力。 ①内筒试验压力：按设计压力为正的内压圆筒，或设计压力为负压的外压圆筒； ②夹套试验压力：按内压容器压力试验公式计算，必须校核内筒在夹套压力试验时的稳定性，不满 足稳定性要求，夹套压力试验时，内筒必须保持一定压力。 （3）立式容器 立式容器如果放倒——卧置进行液压试验，试验压力应加上液柱静压力，按下式：
3.4.7 耐压试验结果评定 （1）液压试验结果评定 液压试验后符合以下条件为合格： ①无泄漏； ②无可见变形； ③试验中无异常响声； ④对抗拉强度下限Rm≥540MPa钢制压力容器，试验后经过表面无损检测未发现裂纹。 （2）气压试验结果评定 气压试验后符合以下条件为合格： ①试验中无异常响声； ②经肥皂液或其他检漏液检查无漏气； ③无可见变形。 3.5气密性试验（泄漏试验） 对容器盛装介质为极度、 高度危害， 或设计上不允许有微量泄漏的压力容器——必须进行气密检验。 3.5.1 气密检验规定