压力容器设计的无损检测要求

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
1．无损检测基本知识
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，性 质，状态进行检查和测试的方法。
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 1．无损检测基本知识 的原材料、产品构件提供实时的工序质 已制成的产品（包括材料、零部件）在投用 前,量控制，尤其是控制产品材料的冶金质 需要进行最终检验——质量鉴定，以确定 1.2．无损检测的目的 量和生产工艺质量（无损检测的特点） 其是否达到设计性能，判别其是否符合标准 无损检测的目的有三个方面： 像钢板母材分层、焊接缺陷等。在生产 的质量要求，即产品是否合格。 制造过程中使用该项技术，一可以及时 1.2.1 保证产品质量，为质量管理提供手段； 检出原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 1.2.2 质量鉴定，供求双方的共识； 料、部件流入下一道工序，避免了工时、 1.2.3 在用检测，保证设备安全运行。 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。
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
1．无损检测基本知识
②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
③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
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
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γ射线。 目前，较广泛应用的γ射线源有60C0 、 192Ir 、75Se等 。
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
1．无损检测基本知识
1.3.3.4 磁粉检测原理 ① 缺陷的漏磁场
铁磁性材料的磁导率（μ）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。
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1.3．无损检测的原理
γ射线的产生 前面提到x射线波段范围很大，γ射线只是其中 的一段。在射线检测中使用的γ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。
I I 0e (e
1)
射线源
I ud (1 n) I 受检工件
I
I
0
Δd—缺陷高度
感光胶片 ΔI——缺陷引起的射线 强度变化
射线检测原理图
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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、γ 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
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
②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。
不同的磁性材料其磁滞回线 是不相同的，通常很难以磁 钢铁材料的磁性质，与其 化，剩磁强而矫顽力高的材 ②磁滞回线 结晶结构有很大关系；如 料，称为硬磁材料，磁带回 描述铁磁性材料常 面心立体晶格的 γ铁（奥 线表现为形状肥大，所包围 使用 B-H曲线，而把循 氏体）就没有磁性，而体 的面积大，磁化时所消耗的 环交变过程的 B-H 关系 心立方体晶格的 α铁则具 功也多。而易于磁化、剩磁 有磁性。因此磁粉检测不 低、矫顽力也低的磁性材料 曲线称做磁滞回线。 适于奥氏体材料的检测。 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。
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1.3.2.2 超声波的一些基本规律 ①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。
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：
Pf
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
P 0 Fs F f
x
2
2
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 特点 透射式 优 直观性好 点 可记录 体积性缺陷敏感 成本高，检测距离小 缺 实时性较差 点 有污染 超声波检测 反射式 成本低，检测距离大 实时性好 面状缺陷敏感 无污染 可记录差 直观性差
③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。
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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。
压力容器制造的无损检测要求
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、杀伤生命细胞等。
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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：
I I 0e
I0：穿透物质前射线强度
ud
I ：穿透物质路程为d时的射线强度 u ：物质的线吸收系数
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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。
1.3．无损检测的原理
Hale Waihona Puke 1．无损检测基本知识 ud ud
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。
1.3.1.2 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：
透照摄片
暗室洗片
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
①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 = μH （μ》1）