壓力容器焊縫超聲波探傷

1、壓力容器焊縫超聲波探傷壓力容器焊縫超聲波探傷第三組1壓力容器簡(jiǎn)介 2壓力容器焊縫的主要缺陷3超聲波探傷技術(shù)4壓力容器焊縫超聲波探傷目錄1 1 壓力容器壓力容器簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介長期在腐蝕、低溫、高溫和高壓下操作的容器存在材料劣化、脆斷、蠕變開裂和蠕變疲勞斷裂的可能性,原有缺陷的存在和擴(kuò)展會(huì)導(dǎo)致容器失效，如何檢驗(yàn)、檢測(cè)和監(jiān)測(cè)危險(xiǎn)性缺陷,了解設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),以判斷容器能否繼續(xù)使用,是保證壓力容器與管道安全運(yùn)行的關(guān)鍵問題,也是目前壓力容器工程技術(shù)人員日益關(guān)注的問題壓力容器是一種典型的焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，焊接成為壓力容器制造過程中最重要的環(huán)節(jié)，壓力容器主要受壓部件承壓殼體的主要焊縫（如殼體的縱焊縫和環(huán)焊縫等）主要采用

2、全焊透的對(duì)接接頭，對(duì)接接頭因其用料經(jīng)濟(jì)、傳力均勻、無明顯的應(yīng)力集中和利于承受動(dòng)力荷載等優(yōu)點(diǎn)，從力學(xué)角度看是比較理想的接頭形式 。典型對(duì)接接頭的坡口形式及其適合的板厚如表12 2壓力容器焊縫的主要缺陷壓力容器焊縫的主要缺陷2.1壓力容器焊縫的焊接形式 目前壓力容器的焊縫分類還是沿用美國鍋爐和壓力容器規(guī)范ASME中規(guī)定，將焊縫分為A、B、C、D種4大類。 A類：縱向接縫的圓柱部分（多層包扎容器板層除縱向接頭，球形封頭與筒體連接）連接環(huán)，各種凸頭拼接在焊接頭，埋管和殼體對(duì)接連接。 B類：環(huán)形殼接合部，錐形密封頭側(cè)與接管連接的接頭，長頸法蘭與接管連接的接頭。但已經(jīng)規(guī)定A，C，D類焊接接頭除外。 C類：

3、平蓋和對(duì)接連接氣瓶管板，法蘭與殼體，接管連接的接頭，感光頭搭接接頭和多層包扎容器板層縱向接頭筒。 D類：接管，人孔，法蘭連接，加強(qiáng)連接環(huán)和殼。但有規(guī)定，除A、B類焊接接頭。 2.22.2焊縫的常見缺陷以及防止方法焊縫的常見缺陷以及防止方法 焊縫的缺陷種類有很多，常見的內(nèi)部缺陷主要有焊縫尺寸缺陷, 咬邊, 弧坑, 弧坑, 燒穿, 焊瘤, 焊接裂紋等。下面列舉幾種常見缺陷的形成原因，危害以及防治方法。表2 常見焊縫缺陷簡(jiǎn)介2.32.3壓力容器焊縫等級(jí)劃分壓力容器焊縫等級(jí)劃分 參考JB4730-1994壓力容器焊縫質(zhì)量等級(jí)要求的規(guī)定整理焊縫的質(zhì)量等級(jí)要求：表3 焊縫的質(zhì)量等級(jí)要求（注：b為焊縫寬度，

4、t為連接處較薄的板厚，hf為焊角尺寸。）3 3超聲波探傷技術(shù)超聲波探傷技術(shù)3.1 超聲波探傷設(shè)備及原理一般在均勻的材料中，缺陷的存在將造成材料的不連續(xù)，這種不連續(xù)往往又造成聲阻抗的不一致，由反射定理可知，超聲波在兩種不同聲阻抗的介質(zhì)的交界面上將會(huì)發(fā)生反射，反射回來的能量的大小與交界面兩邊介質(zhì)聲阻抗的差異和交界面的取向，大小有關(guān)，超聲波探傷儀是進(jìn)行超聲波探傷的關(guān)鍵設(shè)備，超聲波探傷儀是根據(jù)超聲波的傳播原理、電聲轉(zhuǎn)換原理和無線電原理而設(shè)計(jì)的。超聲波探頭是實(shí)現(xiàn)電能和聲能相互轉(zhuǎn)換的器件，又稱超聲波換能器。在探傷過程中，由超聲波探傷儀發(fā)射電路產(chǎn)生的超聲波頻率的電振蕩脈沖通過探頭轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動(dòng)，以超聲波的形

5、式發(fā)射到被檢工件中去，而后，被缺陷反射回來的超聲波信號(hào)，又由探頭接受并通過探頭轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，送入超聲波探傷儀的放大器進(jìn)行放大，然后進(jìn)行顯示。因此，探頭所起的作用是如何有效的使電能和聲能之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，在穿透式或單發(fā)單收式超聲波探傷中，隨著不同的目的探頭將負(fù)有發(fā)射和接收等不同任務(wù)，而在脈沖反射式超聲波探傷中，探頭將同時(shí)負(fù)有發(fā)射和接收的雙重任務(wù)。3.23.2超聲波掃查機(jī)構(gòu)超聲波掃查機(jī)構(gòu)焊縫掃查機(jī)構(gòu)用來攜帶超聲檢測(cè)機(jī)構(gòu),首先清除壁面鐵銹,涂抹耦合劑,然后利用超聲探頭進(jìn)行檢測(cè),對(duì)有缺陷的位置打標(biāo)進(jìn)行缺陷標(biāo)記。 3.33.3超聲波探傷儀超聲波探傷儀超聲檢測(cè)模塊是完成壓力容器檢測(cè)的核心功能模塊,它由超聲檢測(cè)

6、儀及其驅(qū)動(dòng)軟件、超聲探頭、探頭攜帶機(jī)構(gòu)組成。在無損檢測(cè)領(lǐng)域,超聲檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展比較成熟,市場(chǎng)上已有較為成熟的產(chǎn)品出售。在本課題中,課題組選則了北京卓川電子科技有限公司生產(chǎn)的 BSN616 超聲波探傷儀。4 4壓力容器焊縫超聲波探傷壓力容器焊縫超聲波探傷4.1 超聲波探傷步驟焊縫超聲波探傷主要分為探傷準(zhǔn)備階段和現(xiàn)場(chǎng)探傷兩個(gè)環(huán)節(jié)。（1）探傷準(zhǔn)備a 探測(cè)面的修整：探測(cè)面上的焊接飛濺、氧化皮、銹蝕和油垢等應(yīng)清除掉，探頭移動(dòng)區(qū)的深坑應(yīng)補(bǔ)焊后用砂輪打磨。檢測(cè)寬度應(yīng)根據(jù)板厚 t和探頭的斜率 K 計(jì)算確定，一般應(yīng)為 2.55Kt。b 斜探頭入射點(diǎn)和斜率的測(cè)定：對(duì)接焊縫內(nèi)部缺陷的檢測(cè)主要選擇斜探頭。首先測(cè)定斜

7、探頭的入射點(diǎn)和 K 值，斜探頭聲束軸線與探頭楔塊底面的交點(diǎn)稱為斜探頭的入射點(diǎn)，斜探頭 K 值為斜探頭聲束在鋼中折射角的正切值，K 值與入射點(diǎn)等參數(shù)的準(zhǔn)確性對(duì)缺陷定位精度影響很大，其標(biāo)稱值也因制造和磨損等原因與實(shí)際值往往存在差異，要求每次焊縫測(cè)試前都要測(cè)定。c 距離 - 波幅曲線繪制：距離 - 波幅曲線按所用的探頭和儀器在試塊上實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)繪制而成，該曲線由評(píng)定線、定量線和判廢線組成，如圖 1 所示，常用距離 - 波幅曲線繪制試塊包括 CSK-和 CSK 。（2 2）現(xiàn)場(chǎng)探傷）現(xiàn)場(chǎng)探傷超聲波探傷應(yīng)在焊縫及探傷表面經(jīng)外觀檢查合格后進(jìn)行。探傷前，操作人員應(yīng)了解受檢工件的材質(zhì)、曲率、厚度、焊接方法、焊縫

8、種類、坡口形式、焊縫余高及溝槽等情況，當(dāng)受檢工件的表面耦合損失及材質(zhì)衰減與試塊不一致時(shí)，應(yīng)考慮探傷靈敏度的補(bǔ)償。4.24.2超聲波探傷操作要點(diǎn)超聲波探傷操作要點(diǎn)（1）探頭探傷動(dòng)作a 涂刷耦合劑，常用的耦合劑有機(jī)油、甘油、漿糊、潤滑脂和水等。b 用拇指和食指夾持斜探頭，大尺寸探頭可用拇指、食指和中指夾持，斜探頭也可用拇指和中指夾持，食指按在探頭上部。c 將探頭輕輕壓放在被測(cè)工件表面，推動(dòng)探頭緩慢移動(dòng)，保持探頭移動(dòng)的穩(wěn)定性。d 轉(zhuǎn)動(dòng)壓力容器，壓力容器環(huán)焊縫探傷時(shí)，探傷完成一段后，剩下的部分無法手工操作，轉(zhuǎn)動(dòng)壓力容器，進(jìn)行下一部分的涂刷耦合劑，探傷，直至整條焊縫探傷完畢。探傷掃查速度不應(yīng)超過 150

9、m m /s，相鄰兩次探頭移動(dòng)間隔要保證有大于 15% 的探頭覆蓋區(qū)域。（2 2）掃查方式）掃查方式a 為檢測(cè)縱向缺陷，斜探頭應(yīng)垂直于焊縫中心線放置在檢測(cè)面上，作鋸齒型掃查，探頭前后移動(dòng)的范圍應(yīng)保證掃查到全部焊接接頭截面，在保持探頭垂直焊縫作前后移動(dòng)的同時(shí)，還應(yīng)作 1015-的左右轉(zhuǎn)動(dòng)，掃描軌跡如圖2 所示。b 為觀察缺陷動(dòng)態(tài)波形和區(qū)分缺陷信號(hào)或偽缺陷信號(hào)，確定缺陷的位置和方向和形狀，掃查方式如圖 3 所示。4 4.3.3 超聲波探傷存在的問題超聲波探傷存在的問題壓力容器焊縫較長，檢測(cè)工作量很大，現(xiàn)在壓力容器焊縫超聲波探傷以人工操作為主，存在工作效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，檢測(cè)精度低等缺點(diǎn)。隨著超聲波

10、探傷技術(shù)的發(fā)展，先進(jìn)的超聲波探傷儀已經(jīng)能夠顯示焊縫內(nèi)部的缺陷形狀和性質(zhì)，超聲波探傷的主要工作逐漸轉(zhuǎn)移到涂刷耦合劑、探頭夾持、探頭移動(dòng)和壓力容器轉(zhuǎn)動(dòng)上。如果能夠設(shè)計(jì)一個(gè)代替人工操作的自動(dòng)輔助探傷機(jī)構(gòu)完成相應(yīng)的操作，必將降低人為因素在探傷中的作用，能夠大大提高勞動(dòng)效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高探傷精度針對(duì)超聲波探傷人工操作帶來的工作效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大和檢測(cè)精度低等問題，采用仿生學(xué)原理，運(yùn)用無損檢測(cè)技術(shù)結(jié)合機(jī)器人技術(shù)和數(shù)控技術(shù)相結(jié)合方法，研究開發(fā)能夠按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的技術(shù)要求進(jìn)行涂刷耦合劑、焊縫檢測(cè)和標(biāo)記記錄的自動(dòng)探測(cè)機(jī)構(gòu)?？刹捎玫奶筋^掃查方式主要有以下幾種前后掃查：手持探頭在被測(cè)工件表面作前后掃查，掃查過程中應(yīng)同時(shí)使斜探頭向左右擺動(dòng)，擺動(dòng)角為 1015為宜。左右掃查：由于探頭的前后和左右運(yùn)動(dòng)使得探頭在被測(cè)工件表面運(yùn)動(dòng)軌跡呈鋸齒形，探頭每前后移動(dòng)一次向右（或向左）移動(dòng)的距離不得超過探頭在同一方向上的晶片尺寸，并保證每次移動(dòng)有 10%20% 的覆蓋區(qū)域。轉(zhuǎn)角掃