焊缝无损检测毕业论文#压力容器的焊缝无损检测研究.doc

焊缝无损检测毕业论文#压力容器的焊缝无损检测研究 XXXX大学毕 业 设 计 说 明 书学生姓名 学 号 学 院 专 业 题 目 压力容器的焊缝无损检测研究 指导教师 职称 职称 20年12月5日河南科技学院本科生毕业论文设计任务书题目名称学生姓名所学专业号指导教师所学专业职称完成期限年月日至年月日论文设计主要内容及主要技术指标2主要技术指标漏磁场HP水平分量HPX法向分量HPY 毕业论文设计的基本要求三毕业论文设计进度安排12008年12月16日-2008年12月21日下达毕业设计任务书寒假期间完成英文资料翻译和开题报告2 2009年2月16日-2月27日第1-2周指导教师审核开题报告设计方案和英文资料翻译3 2009年3月2日-4月24日第3-10周毕业设计单元部分设计4 2009年4月20日-4月30日第10-11周毕业设计中期检查5 2009年5月4日-5月22日第12-14周设计仿真程序调试线路板制作调试整理撰写毕业设计报告6 2009年5月25日-6月5日第15-16周上交毕业设计报告指导教师评阅教师审查评阅设计报告毕业设计答辩资格审查毕业设计答辩学生修改整理设计报告河南科技学院本科生毕业论文设计开题报告指导教师所学专业职称完成期限2009年2月16日至2009年2月27日一压力容器是生产和生活中广泛使用的涉及生命安全危险性较大的特种设备一旦发生事故会造成严重人身伤亡及重大财产损失历年来世界各国压力容器等承压设备爆炸泄漏等灾害性事故时有发生因此对事故进行分析找出其原因提前对压力容器进行检测对损坏的地方加以修善保证压力容器正常安全的运行使用从而减少事故的发生进一步减少伤亡和损失由于压力容器运行使用条件大都很恶劣存在各种损害设备部件的因素无论设备部件原先是否完好都难以避免在使用中产生各式各样的缺陷进而导致部件的破坏和事故的发生对压力容器进行定期检验是及早发现缺陷消除隐患保证压力容器安全进行的一项行之有效的措施这一点已被国内外长期的实践所证实二13起2000年发生的压力管道事故发现事故原因如下设计安装不合理3起元件质量不合格5起维护操作不当2起管道腐蚀泄漏3起该部门还分析了5起2000年发生的压力管道严重事故的原因元件不合格1起设计与制造不合格2起腐蚀泄漏2起另外燃气管道发生泄漏较多其造成的危害与损失较大上述事例说明正确地进行压力管道的运行维护与检验对于确保压力管道的安全运行至关重要但目前对于压力管道的运行维护与检验问题法规与标准并不完善这与以前我国压力管道条块分割的管理体系有关而压力容器的安全管理已建立有一整套安全保证体系质量技术监督部门与各主管部门都有相应的管理规范近年来的安全事故已大为减少而在国外的一些国家例如美国英国挪威等国家对泄漏等其他事故都制定了一些应变体制及条例规定还应用一些先进的技术对压力容器进行检测及早消除隐患保证压力容器安全运行三主要研究内容通过列举一些国内外压力容器爆炸的典型事故对这些事故进行分析找出原因主要有设计有误强度不足焊缝质量低劣运行管理不规范等尤其是焊缝质量低劣使压力容器发生失效导致事故发生简要介绍了压力容器结构设计的基本要求压力容器无损检测即大型常压储罐的无损检测技术介绍了罐底焊缝的无损检测方法及要点并介绍了几种定期检验中采用的无损检测技术介绍了磁记忆测技术在焊接残余应力测量中的应用并分析了该技术在压力容器焊缝中的应用前景及存在的问题四主要参考文献1 杨海涛压力容器的安全与强度计算M天津天津科学技术出版社19852 吴粤欣压力容器安全技术M北京化学工业出版社19823 刘吉萱M大连大连海事大学出版社19924 史美堂金属材料及热处理M上海上海科学技术出版社19865 侯佐岗M 大连大连理工大学出版社19946 芦双京易燃易爆液体储罐火灾爆炸事故安全评价J中国水上消防网2004787 李进宁地上储罐的检测与维修API653介绍J油气储运199413423-248 徐彦廷A中国第九届声发射学术研讨会C成都2001五指导教师审批意见此份资料有答辩ppt需要答辩ppt的朋友请直接联系扣扣1969043202签名年 月 日河南科技学院本科毕业论文设计中期进展情况检查表学生姓名班级指导教师论文设计题目压力容器的焊缝无损检测研究目前已完成任务外文资料翻译毕业论文所需资料的全面汇总毕业论文初稿的撰写是否符合任务书要求进度符合尚需完成的任务毕业论文初稿前后内容的连贯和衔接论文表达更深层次的分析与研究毕业论文相关图片的绘制与选择能否按期完成论文设计能存在问题和解决办法存在问题由于水平和条件有限对论文更深层次的分析与探讨还有一定的困难拟采取的办法到图书馆查阅更多与论文内容相关的资料与文献向指导教师和压力容器厂师傅咨询与请教指导教师签字日期 年 月 日教学院长系主任意 见 签字 年 月 日河南科技学院毕业论文设计课题审核表院系名称专业名称指导教师姓名及职称课题名称压力容器的焊缝无损检测研究课题来源自选立题理由和所具备的条件 根据以往国内外压力容器发生的一系列爆炸等事故死亡受伤人员较多损失比较严重受害范围比较广对事故加以分析找出事故发生的原因针对不同的原因采用不同的检测技术查出漏洞所在提早采取措施加以预防减少伤亡和损失具备条件1学校图书馆提供了大量论文查询 2课题内容基本包括了机电专业的专业基础课以及学生必修的专业课 3实地调查研究教研室审批意见教研室主任签字 年 月 日毕业论文设计工作领导小组审批意见组长签字 年 月 日注本表存院系备查5000 m3以上储罐就有2万多台在使用过程中罐底腐蚀泄漏是引起储罐失效的主要原因对储罐进行相关的检验可以了解储罐的使用状况预防储罐失效简要介绍了无损检测技术在储罐检验中的应用对声发射和罐底板漏磁扫查技术检测储罐泄漏和腐蚀进行了介绍并提出了相关的工艺要求又针对目前焊缝残余应力常用的几种无损测量方法进行了简单介绍和比较提出了一种新的无损测量方法-金属磁记忆检测技术分析了该技术在压力容器焊缝中的应用前景及存在的问题目的在于为从事压力容器设计制造和操作管理者提供了一些经验和教训并尽可能的防止和杜绝该类事故的发生与重演关键词压力容器焊缝无损检测Weld line Nondestructive Testing of Pressure VesselsAbstractIn this paper synthetic analyses are made for the causes of accident happened in the common pressurizes containers These causes of accident may be happened due to faulty design of container or due to the using of the wrong running management of the container Atmospheric metal storage tanks take important part in storing and transferring crude oil and dangerous chemicals At present there are more than 20 000 tanks which are larger than 5000m3 in our country the main reason of tank failure in use is the bottom leak resulted from corrosion Inspection is necessary to know tank status and prevent tank from failure The application of nondestructive testing technologies to storage tanks was described especially acoustic emission and magnetic flux leakage technologies for the leak and corrosion of storage tanks and the relevant inspection process was also introduced From these analyses some proper idea for the design of container are proposed that will be useful for the pressurized container designers to obtain some practical experiences and lessons so as to prevent the same kinds of accident to be happened again Key words Pressurized container Weld line Nondestructive testing 目 录1 绪论12 一般压力容器事故及其分析221 国内外压力容器典型事故举例222 对一般常见事故技术分析2com 检查事故现场3com 事故过程调查4com 压力容器设计制造情况的调查4com 技术检验和鉴定工作423 压力容器事故综合分析6com 爆炸事故性质及过程的判断6com 容器破裂型式鉴别73 压力容器结构设计831 压力容器结构设计的基本要求8com 压力容器破坏的原因8com 压力容器结构设计的要求8com 焊接应力的影响84 压力容器无损检测941 大型常压储罐的无损检测技术9com 罐底焊缝的无损检测要点10com 罐壁焊缝的无损检测要点10com 底圈罐壁与罐底的T形接头的罐内角焊缝无损检测要点1142 定期检验中采用的无损检测技术11com 声发射检测11com 漏磁检测12com 超声检测12com 渗透检测13com 检测仪器1343 磁记忆检测技术13com 几种常用无损测试残余应力的基本原理及局限性14com 磁记忆检测技术的应用前景分析165 结束语17致谢18参考文献191 绪论把压力容器作为承压的特种设备并对它们的安全状况进行专门的检验和检测对安全科学和安全管理进行研究在世界各国已形成共识并作为制度但这种认识不是一朝一夕建立起来的而是经历了漫长的过程在这个过程中压力容器在服务于社会的同时也给人类带来了损失和灾难如世界上各种各样的压力容器爆炸事故等正是由于压力容器的特殊性和发生事故的危险性世界各国都先后设立了相应的管理监察机构制定了相应技术规范形成了安全管理制度 我国建立压力容器管理机构是在1995年在当时的劳动部设立了安全监察总局在此后的二十余年里压力容器管理机构同时负责压力容器的检验工作和技术研究从1978年起为了进一步强化压力容器安全监察工作开始在全国范围内设立压力容器检验研究所现已形成国家级省级地方级检验所及省市县级所和行业所组成的检验队伍为压力容器的安全检查管理工作做出了很大贡献 但是随着社会主义市场经济的建立和发展特别是入世后我国检测技术设备相对落后检验体制改革尚未全面展开压力容器检验工作已不能完全适应当前形势的要求 为此今后一个时期我国检验检测机构将按照精简统一高效的原则形成以国家级技术机构为龙头省级技术机构为主体的统一协调检测检验联合体进一步提高容管特的检验质量和竞争水平研究开发已有知识产权的科研成果和管理技术重点将做好以下几个方面的工作搞好法定检验以在用压力容器压力管道检验工作为核心全面开展制造安装监检进出口安全性能监督检验大力开展社会化服务扩大金属材料与结构件机械性能试验化学分析金相分析无损检测等工作努力开展容管特安全科学技术研究加大科技投入积极建立锅容管特在线检测研究试验室提高技术装备水平有计划有重点有目的地加大技术准备经费和固定资产总额的投入建立具有国内先进技术水平的汽车罐车检测基地建立国家压力容器培训基地提高各类人员业务素质水平借鉴西方国家先进经验在认真做好检验的同时积极开展定性检验为适应WTO的要求和我国的法律建立新的运行机制积极做好科研体制的改革认真研究和开展管理机制的改革和创新化结构精简人员建立以竞争和流动为核心的动态管理建立完善的管理制度和监督制度建立灵活有效的分配激励制度调动人员的积极性适应WTO的要求通过精简形成科研与检验咨询与服务的两大发展方向形成具有生命力的检验研究集团核心2 一般压力容器事故及其分析一般压力容器出现事故的主要原因是有以下情况造成的容器结构不和理设计计算有误粗制滥造错用材料强度不足等尤其是焊缝质量低劣没有执行严格的质量管理制度安装不符合技术要求安装附件规格不对质量不好以及在运行中超压超负荷超温没有执行定期检验制度等使压力容器发生失效导致事故发生21 国内外压力容器典型事故举例例 1 1974年4月15日罗马尼亚波特什蒂年产20万吨乙烯装置因乙烯球罐材质不合格引起破裂三台乙烯球罐相继炸裂酿成死亡一人受伤四十五人损失达一千万美元 例 2 美国东部俄亥俄州克里夫兰市一个液化天然气贮罐基地在1994年10月20日发生重大事故事故从一台213 m128 m的圆桶形贮罐开始先在其1312高度处泄漏喷出气体和液体接着听到雷鸣般响声形成二次空间爆炸变成火焰然后贮罐爆炸酿成大火20 min后进一步引起邻近的174 m球罐的倒坍爆炸造成128人死亡400余人受伤直接损失达680万美元大火烧毁面积117 m2受害面积65万m2例 3 国内某厂浴室用的一台换热器发生爆炸强大气浪将浴室后墙冲垮房屋倒坍134 m2房顶板全部倒坍所有洗澡人员全部压在里面该换热器系自行制造工艺质量特别是焊缝质量低劣1978年10月发现焊缝大量漏水敷焊了事导致灾难性事故的发生 例 4 国内某厂 1000 mm加压变换冷却塔8 mm厚16Mn钢板卷焊操作压力为08 MPa1970 年投产时原高8 m1973年为提高冷却能力增高3 m在现场焊接施工当时为抢时间在提高的3 m内壁处未经喷铝防腐因受H2S腐蚀而壁厚逐渐减薄在使用维修中也有所觉察 补焊过三次 终于在1976年12月爆成二段而倒坍爆炸口位于接高段筒体器材上壁厚已不到1 mm最厚的不到3 mm22 对一般常见事故技术分析 压力容器事故的原因一般来说往往是多方面的对事故的技术分析要找出主要原因和直接原因首先进入事故现场进行认真的检查与调查必要时进行检验和鉴定作出综合分析并确定事故原因com 检查事故现场在事故发生后应迅速进入现场进行周密的检查观察和必要的技术测量搜集容器爆炸碎片拍摄现场照片等尽力搜集较完整的第一手资料其检查的主要内容有1容器本体破裂情况检查检查容器本体的破裂情况是事故现场检查的主要内容 首先对容器破断面进行初步观察对断口的形状颜色晶粒和断口纤维等特征进行认真观察和记录若破断口在容器焊缝部位则应认真检查焊缝破断口有无裂纹未焊透夹渣未融合等缺陷以及有无腐蚀物痕迹对破断面的初步观察大体上可以确定容器的破裂型式 其次是对容器破裂形状的检查和尺寸测量当容器破裂后无碎块碎片时应测量开裂位置方向裂口的宽度长度及其壁厚并与原有周长和壁厚进行比较计算破裂后的伸长率及壁厚减薄率对破裂后几大块的容器可按原来的部位组装进行测量计算并计算其破裂时的容积变形及碎块或碎片飞出距离飞出碎片的质量 最后检查容器内外表面金属光泽颜色光洁程度有无严重腐蚀有无燃烧过的痕迹等 2检查安装装置是否完好 当容器发生爆炸事故后在初步检查安全阀压力表温度测量仪表后再拆卸下来进行详细检查以确定是否超温运行 对压力表主要检查进气口是否被堵塞以及爆炸前压力表是否已失灵 对安全阀主要检查进气口是否被堵塞阀瓣与阀座是否被粘住弹簧锈蚀卡住或过分拧紧重锤被移动等失灵现象以及安全阀有否开启过的迹象必要时应放到安全阀试验台上检查开启压力的试验 对温度测量仪表主要是检查温度计或温度测量仪表是否失灵若容器上有减压阀者应检查有否失灵现象 装有爆破片的容器可检查是否已爆破若未爆破如有必要应作爆破压力试验测定其爆破压力 3事故现场破坏及人员伤亡情况 压力容器爆炸后周围建筑物的破坏情况即地坪损坏情况室顶墙壁厚度及其破坏状况与爆炸中心的距离以及门窗破坏情况与离爆炸中心的距离等这对于估算容器爆炸量的计算有反证作用 人员伤亡包括受伤部位及其程度以便确定重伤或轻伤另外对现场及其周围有否易燃物燃烧痕迹等也应作检查分析com 事故过程调查 容器在发生事故前的运行情况即物料数量压力温度等运行参数是否正常容器是否渗漏变形以及异常响声等容器开始出现异常现象的时间采取的应急措施以及安全泄压装置的动作情况操作人员所在位置爆炸过程及现象如有无闪光着火一次或两次响声等操作人员的操作技术水平有无经过安全培训考试合格等情况以利于判断有无误操作现象com 压力容器设计制造情况的调查 查阅压力容器技术资料检查设计结构是否合理强度是否足够检查压力容器选材是否满足工艺要求制造质量尤其是焊接质量是否合格容器使用年限投产使用年份以及检验情况等以便判断是否因设计制造不良引起的事故com 技术检验和鉴定工作 当压力容器的操作条件比较复杂在通过上述事故分析后仍未能确定事故原因时需要进一步进行技术检验计算和鉴定工作才能确切地查明事故原因1材质分析 通过分析容器的材质成分性能核对压力容器的材料或检查容器使用过程中所发生的变化 1化学成分检查 当压力容器发生事故后应复验材质的化学成分或着重检验对容器性能有影响的元素成分对可能发生脱碳现象的压力容器还要化验表面层含碳量和内层钢材的含碳量进行对比以便查明是否由于介质对钢材的影响所以复验化学成分可鉴别容器是否用错钢种或运行中的影响2机械性能测定 压力容器的破裂与金属材料的机械性能直接有关一般是检查材料强度塑性以判断是否用错材料对于低温下工作的容器通过金属材料韧性指标冲击值的测定即可鉴别容器是否因脆性断裂破坏的做机械性能测定的试件可从断口部位截取并与其它部位的试件作对比3金相检查 金相检查观察断口及其它部位金属相的组成判断是否有脱碳及裂纹性质对于鉴别事故性质作用甚大例如可以观察到是穿晶裂纹还是晶间裂纹观察裂纹尖端是圆纯的还是尖锐的4工艺性能试验 工艺性能试验主要是钢材的焊接性能试验耐腐蚀性能试验等试验时应取与破裂容器相同的材料焊条和焊接工艺以观察试样与破裂容器类同的缺陷的可能性 工艺性能试验往往是事故检查的一种辅助手段起验证作用2压力容器断口分析 断口分析是研究分析破坏现象微观机理的一种重要手段断口分析可分为宏观分析和微观分析两种 1断口的搜集及其保护保存 在压力容器发生事故的现场应尽可能地搜集破断口或碎片截取制成断口试样 对于破断口防止玷污表面并用水玻璃涂其表面防止腐蚀被玷污了的断面应加以清洗清洗后的断口用酒精漂净并用热风吹干保存在干燥器中备用备查 2断口宏观分析 断口宏观分析是用肉眼或借助于放大镜对断口进行观察这是断口分析的主要手段 金属的拉伸断口一般由三个区域组成即纤维区放射区剪切唇根据这三个区域在整个断口所占有的断面积大体上可确定其断裂类型凡脆性断裂的断口纤维区和剪切唇很小大部分是放射区就是说金属在断裂前没有较大塑性变形断裂主要是在高速扩展下进行的脆裂断口还可根据放射线常称人字形的指向确定裂源的起始点并可由此查清裂纹的扩展情况需要指出破裂断口的裂纹起始点可能不止一处它可能有几个裂纹源 3断口微观分析 断口微观分析是利用光学显微镜电子显微镜对断口的微观形态进行观察结合宏观分析确定断裂性质目前广泛使用的是电子显微镜它的放大倍数可达20 000倍通常使用的是透视式电子显微镜和扫描电子显微镜前者是对用断口表面复制的薄膜进行观察后者则可直接观察实物断口有的电子显微镜配有电子计算机不仅可作断口定性分析还可对断口的成分作定量分析3压力容器事故分析中的计算 在压力容器事故分析中往往要进行计算和液化气体过量充装可能性的计算等工作在对压力容器进行强度计算主要是为了判断是设计强度不足还是运行后因腐蚀减薄导致强度不足的破裂在强度计算中测量的壁厚应注意是破裂前的厚度而不是破裂变形后的壁厚对于在焊缝处破裂的容器若有未焊透缺陷时还要考虑未焊透处的应力集中或对疲劳强度的削弱 液化气体容器的事故分析中还应作过量充装可能量的计算即液化气体满液充装和过量充装时在环境温度升高几度时容器将发生破裂23 压力容器事故综合分析 压力容器的破裂爆炸事故的调查分析工作在经过事故现场的观察检查和测量对事故发生过程和容器设计制造投产后进行情况的调查了解以及必要的技术检验鉴定和计算之后则应对事故原因进行综合分析确定其直接原因和主要原因由于压力容器类型繁多每一次事故均应按具体情况作具体分析com 爆炸事故性质及过程的判断 压力容器的破裂有的是在工作压力下发生的有的是在超压的情况下发生的其中有的属于物理性爆炸有的属于化学性爆炸所以要具体分析事故原因首先要正确判断爆炸的性质或过程以及容器破裂压力等一般容器破裂及其由此引起的气体爆炸可有以下几种情况 1工作压力破裂的容器 当安全泄压装置正确可靠容器在破裂前没有开启泄放压力表也无异常事故后检查尚无失效失灵操作和工艺条件也属正常等无超压迹象则可判断为在工作压力下的破裂 工作压力下破裂的容器一般是发生在容器粗制滥造即壁厚不够焊缝有严重缺陷以及容器长期不作技术检验年久失修和器壁严重腐蚀而普遍减薄的容器工作压力下器壁上的应力超过材料屈服极限的则少见 2超工作压力下破裂的容器 当容器内压力较多的超过工作压力而发生爆炸象这类事故一般是操作人员违章作业超过工作压力而容器本身的安全泄压装置不全或失灵失效器壁上的应力超过材料的强度极限而发生破裂这种破裂一般都有一段增压过程故破裂一般都属于韧性破裂 3化学反应而爆炸的容器 容器内化学反应爆炸是指发生不正常的化学反应使气体体积增加或温度剧烈增高致使压力急剧升高导致的容器破裂 发生化学反应爆炸的容器其安全阀可能有排放过的迹象但一般却来不及全量排放爆炸后检查压力表可发现指针撞弯不能返回零位等异常现象以及器内可能有燃烧的痕迹或残留物等 4容器破裂后的二次空间爆炸 一般盛装易燃介质的容器在其破裂后器内逸出的易燃介质与空气混合后在爆炸极限范围又发生的第二次爆炸这种爆炸一般形成火灾往往导致灾害性事故 容器破裂后的二次空间爆炸其特征是可以看到闪光和两次响声以及常有燃烧痕迹或残留物等com 容器破裂型式鉴别1韧性破裂 韧性破裂的容器一般都有明显的塑性变形破裂后其最大圆周伸长率常达10以上容器增大率在1020其破断口呈暗灰色纤维状没有闪烁的金属光泽断口不齐平由于材料有较好的塑性和韧性所以容器破裂后一般不是形成碎片而是裂开一个口子2脆性破裂 脆性破裂的容器在破裂形状断口形貌等方面具有一些与韧性破裂相反的特征即没有明显的伸长变形容器的壁厚一般也无减薄裂口齐平断口呈闪烁金属光泽的结晶状厚壁容器的断口上还常可找到人字形纹路幅射状由于脆性破裂往往在一瞬间发生器内压力无法通过一个裂口释放因此脆性破裂的容器常裂成碎块飞出金属的脆性破裂是由于裂纹引起的所以破裂时实际应力较低在运行中因温度突变而发生脆断的也多见3疲劳破裂疲劳破裂是在反复的交变载荷作用下出现的金属疲劳破坏一般的疲劳破坏有如下特征1由裂纹的产生和扩展所造成的它与脆性破裂一样一般无明显的塑性变形2破裂断口存在两个区域一个是疲劳裂纹产生及扩展区另一个是最后断裂区两个区域的颜色有明显不同3疲劳与脆性破裂的另一个不同点是只开裂一个破口泄漏而常不产生碎片容器在反复载荷作用下有裂纹的产生发展到断裂泄漏比脆性断裂要慢的多4腐蚀破裂常见的压力容器腐蚀破裂形式有均匀腐蚀点腐蚀应力腐蚀和疲劳腐蚀等其中最危险的是应力腐蚀破裂常见的应力腐蚀型式及其特征如下1钢制容器的氢脆在容器发生氢脆后断口微观分析常可看到钢的脱碳铁素体组织及脱碳层的深度破坏的形式是沿晶界扩展的腐蚀裂纹2钢制容器的碱脆碱脆是钢在热碱溶液和拉伸应力的共同作用下产生应力腐蚀的一种破坏形式断裂常发生在应力集中的地方断口微观分析常可发现有沿着晶界分枝型裂纹断口上还粘附有磁性氧化铁3氯离子引起的奥氏体不锈钢容器的应力腐蚀断裂腐蚀裂纹的特征是穿晶型且多数是分枝型裂纹且多数发生在有参与应力的焊缝及其热影响区4疲劳腐蚀或称腐蚀疲劳是金属材料在腐蚀和应力的共同作用下引起的一种破坏形式具有与疲劳破坏相同的断口即断口常有两个明显不同的区域一是腐蚀疲劳裂纹产生的扩展区另一个是最后断裂区疲劳腐蚀裂纹多为穿晶分布的3 压力容器结构设计31 压力容器结构设计的基本要求com 压力容器破坏的原因造成压力容器破坏基本要素有两个一是缺陷二是应力而这两个基本要素又都和结构有关据不完全统计我国19811985年就发生上百起压力容器爆炸事故压力容器发生爆炸事故的主要原因一是存在较严重的先天性缺陷即设计结构不合理选材不当强度不足粗制滥造二是使用管理不善即操作失误超温超压超负荷运行失检失修安全装置失灵这五年的压力容器爆炸分析还表明低压容器如蒸汽锅消毒锅夹套锅硫化罐等的爆炸事故占468其中属设计不合理粗制滥造的占431操作失误和超负荷运行的占383失检失修占169其它占17由此看出压力容器结构设计的重要性com 压力容器结构设计的要求对压力容器结构设计的第一个要求就是方便制造因为制造过程简单易行才有利于保证容器的质量避免或减少制造过程中可能产生的缺陷压力容器结构设计的第二项是方便无损检查因为只有这样才能及时而准确地发现在制造和使用过程中产生的各种缺陷并及时返修或采取其它措施做到防患于未然我们知道容器的各种失效往往和应力水平的高低密切相关而压力容器及其零部件的应力大小又在很大程度上取决于它的结构形式因此压力容器结构设计的第三项要求是尽量减少局部附加应力和应力集中由于结构问题造成压力容器破坏事故多数是由于结构不合理产生的破坏而大多发生在焊缝本身或焊缝附近区域即破坏往往和焊缝密切相关究其原因这是由于焊缝本身的受力特点和质量情况决定的com 焊接应力的影响由于焊接过程中焊接应力的存在对容器的强度和安全性产生十分不利的影响这可以从下述几个方面加以分析首先是造成了焊接部位的局部塑性变形我们知道钢材都有一定的塑性当焊接过程中产生的焊接应力超过材料的屈服极限时材料就要发生塑性变形既然焊接应力这一内应力是局部的因而产生塑性变形也是局部的其结果是沿着焊缝发生弯曲扭歪或挠曲一局部突变在内应力作用下又会发生附加弯曲应力造成局部应力集中这自然是对容器的强度和安全性极为不利的其次是产生焊接裂纹众所周知钢材的强度不管有多高总有一个极限当应力超过材料的强度极限时材料就会断裂因此若构件中某一区域的焊接应力超过材料的强度极限时就会在该处产生裂纹焊接裂纹的产生是一个十分复杂的过程往往是由种种不同因素多方面作用的结果但应力的存在总是其基本原因之一此外在焊接过程中还往往会产生其它内部缺陷如夹渣气孔未焊透等等这些内部缺陷尤其是裂纹存在将对焊接的安全产生不良影响第三在焊缝附近的开孔接管或两个不同形状部件的连接处这些部位蜂值应力和许用应力就会和焊缝处的焊接应力相迭加造成更为不利的应力状态成为导致容器失效根源为了尽量消除焊接应力和防止各种焊接缺陷的产生可以在焊前焊后和焊接过程中采取各方面的技术措施如焊前预热焊后缓冷焊后消除应力热处理及选择合适的焊接规范等采用上述这些措施虽然可以改善焊缝质量但在构件中总还程度不等地残存着焊接应力和焊接变形不可能完全消除焊缝中各类缺陷在消除焊接应力过程中如果措施采用不当也还会引起新的问题因此焊缝依然是压力容器的薄弱环节之一对于焊缝这一薄弱环节不仅要从焊接材料焊接方法焊接工艺等方面采取措施尽量改善焊缝的质量同时也要从结构设计入手研究什么样焊接结构是合理的不同焊接结构的适用范围以及焊接结构问题和其它结构问题的相互影响4 压力容器无损检测41 大型常压储罐的无损检测技术常压储罐主要是利用预制成型的顶板壁板和底板在现场组装后焊接而成其中顶板和壁板大多采用对接焊形式底板大多采用搭接接头对于常压储罐底圈和第一圈罐壁的钢板当厚度23 mm时应按ZBJ 740031988压力容器用钢板超声波探伤进行检测达到级标准者为合格对于屈服点390 MPa的钢板应取钢板张数的20进行抽查当发现不合格的钢板时应逐张检查对于屈服点390 MPa的钢板应逐张进行检查com 罐底焊缝的无损检测要点1所有罐底板焊缝 图1 应采用真空箱法进行严密性试验试验负压53 kPa无渗漏为合格图1 罐底板焊缝及区域示意图2屈服点390 MPa的边缘板的对接焊缝在根部焊道焊接完毕后应进行渗透探伤在最后一层焊接完后应进行渗透或磁粉检测3厚度10 mm的罐底边缘板每条对接焊缝的外端300 mm范围内应进行射线探伤厚度为69 mm的罐底边缘板每个焊工施焊的焊缝应按上述方法至少抽查一条4底板三层钢板重叠部分的搭接接头焊缝和对接罐底的丁字焊缝的根部焊道焊完后在沿三个方向各200 mm范围内应进行渗透探伤全部焊完后应进行渗透或磁粉探伤5磁粉和渗透探伤应符合SYT 04441998常压钢制焊接储罐及管道磁粉检测技术标准和SYT 04431998常压钢制焊接储罐及管道渗透检测技术标准 com 罐壁焊缝的无损检测要点1对于纵向焊缝每一焊工焊接的每种板厚板厚差1 mm时可视为同等厚度在最初焊接的3 m焊缝的任意部位取300 mm进行射线探伤以后不考虑焊工人数对每种板厚在每30 m焊缝及其尾数内的任意部位取300 mm进行射线探伤探伤部位中的25应位于丁字焊缝处且每台罐不少于两处2对于环向对接焊缝每种板厚以较薄的板厚为准在最初焊接的3 m焊缝的任意部位取300 mm进行射线探伤以后对于每种板厚在每60 m焊缝及其尾数内的任意部位取300 mm进行射线探伤上述检查均不考虑焊工人数3当底圈壁板厚度10 mm时应从每条纵向焊缝中任取300 mm进行射线探伤当板厚10 mmt25 mm时应从每条纵向焊缝中取两个300 mm进行射线探伤其中一个应靠近底板4厚度25 mmt38 mm的各圈壁板每条纵向焊缝都应进行射线探伤厚度10 mm的壁板全部丁字焊缝均应进行射线探伤5除丁字焊缝外可用超声波探伤代替射线探伤但其中20的部位应采用射线探伤复验6射线探伤或超声波探伤不合格时应在该探伤长度的两端延伸300 mm作补充探伤但缺陷的部位距离片端部或超声波检查部位75 mm时可不再延伸如延伸部位的探伤结果仍不合格时应继续延伸进行检查7射线探伤应按GB 33231987钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级的规定进行并应以级标准为合格但对屈服点390 MPa的钢或厚度25 mm的普通碳素钢或厚度16 mm的低合金钢的焊缝合格标准为级超声波探伤应按JB 11521981锅炉和钢制压力容器对接焊缝超声波探伤的规定合格标准为级com 底圈罐壁与罐底的T形接头的罐内角焊缝无损检测要点1当罐底边缘板厚度8 mm且底圈壁板厚度16 mm或屈服点390 MPa的任意厚度的钢板在罐内及罐外角焊缝焊完后应对焊内角焊缝进行渗透或磁粉探伤在油罐充水试验后应采用同样方法复验探伤要求和标准与底板检测相同2屈服点390 MPa的钢板罐内角焊缝初层焊完后还应进行渗透探伤42 定期检验中采用的无损检测技术为了保证储罐罐壁和底板不发生泄漏对储罐进行定期检查很有必要目前主要采用例行检查在线检测和开罐检测三种形式例行检查是通过目视的方法直观地检查储罐是否有结构损坏在线检测是指无需停产情况下进行的检测主要采用宏观检测超声波测厚和声发射检测方法开罐检测需要储罐停用倒料打开并置换清洗使检测人员进入罐中进行的各项检测主要采用漏磁超声射线磁粉和渗透检测等方法7com 声发射检测应用声发射方法在线检测常压储罐主要有两种模式一种是将频率为100400 kHz声发射传感器均匀布置在罐壁板上采用三角定位来采用声发射源的位置根据声发射信号的特征参数和波形来判断罐壁板上的活性缺陷和泄漏第二种是将频率为3060 kHz的低频传感器等距离布置在罐底板边缘图2a采用圆周上的任意三个探头进行定位同样根据声发射型号的特征参数和波形来检测罐底板腐蚀的严重程度和泄漏为了进行在线声发射检测应提前一段时间把储罐内储存介质的液位降下来在进行检测时再把液位升上去分别在8595和100液位进行保压用声发射仪全程采集声发射数据分析升压和保压过程中采集到的声发射信号对罐壁和罐底是否存在泄漏潜在泄漏或腐蚀损伤作出判断并确定其位置图2b通过对罐壁或罐顶的声发射源部位进行超声波测厚最终对储罐的完整性作出综合评价确定开罐检测的时间该检测方法需要检测人员接受较好的培训并具备大量现场检测经验但检测效率较高8a 平面定位b 立体定位图2 储罐底板声发射探头布置及信号的定位com 漏磁检测在停产开罐的条件下对每块罐底板用漏磁检测法进行100检测可以比较精确地检测罐底板整体腐蚀情况漏磁法主要用于检测腐蚀等体积性缺陷包括罐底板上表面和背面的腐蚀状况检测时需要利用合适的标定板对仪器进行标定并将罐底板清理干净作好标识按一定的顺序进行检测漏磁检测可对罐底板除焊缝以外的部位进行100检测检测结果按照剩余厚度以不同的颜色显示图3检测结果比较直观910com 超声检测图3 罐底板漏磁检测结果图罐壁底圈板承受的压力高成形条件较差焊缝处易产生缺陷所以在定期检验中一般对罐壁底圈板的纵焊缝和环焊缝进行20的超声抽查对于不锈钢材料的储罐底板也需采用超声波扫查方法进行检测在检测过程中要根据底板的厚度加工标定试块并选择合适的超声波探头一般810 mm厚的底板可选择20 MHz的K1斜探头和 20 MHz的双晶直探头 com 渗透检测对储罐接管管口部位罐底板所有焊缝含与罐壁连接的角焊缝最下一圈壁板内表面所有焊缝和外观检验发现有怀疑的焊缝均需进行渗透检测渗透检测可以较灵敏地检出泄漏和裂纹等表面缺陷有效控制储罐的安全质量com 检测仪器目前用于储罐声发射检测的仪器主要有德国 Vallen和美国PAC公司的声发射仪器漏磁检测主要用英国Floor Map 2000型罐底板漏磁扫查仪43 磁记忆检测技术X射线衍射法中子衍射法超声测速法激光干涉包括电子剪切散斑进干涉技术红外热图和磁测量法等由于这些方法对被测试对象无损伤近年来正日益受到人们的重视并得到广泛应用com 几种常用无损测试残余应力的基本原理及局限性1X射线衍射法金属材料是由一定点阵排列组成的晶格结构晶格内某一取向的原子间距是一定的若能测量出自由状态下的原子间距与在某一应力作用下的原子间距的差值就能计算出作用应力的大小也就是著名Bragg的定律当射线入射角射线与材料平面的夹角Bragg角满足下面方程式时衍射量最大2dsin n是晶格常数原子间距是X射线波长n为衍射级数当有应力作用是金属材料发生变形原子间距d会发生变化Bragg角也会发生变化上世纪60年代德国EM achearauch的提出了射线应力测定的sin 2法使应力测定向实用化迈进了一步随后cheekier将其简化成045法测试方法进一步简化X射线衍射法的最大优点是可以测量出应力的绝对值它在焊接结构残余应力测量中应用较广泛美国汽车工程师学会和日本材料学会都把X射线衍射法作为测量材料应力的标准来使用但这种方法更适宜在实验室里进行在野外使用有很多不便由于X射线的穿透深度极浅它只能在表层深度30 左右的范围测量适用于精确测定应力沿层深的分布但它对被测物体的表面状况有较严格的要求测量时需十分小心2中子衍射法中子衍射法是一种测量结构内部应力的常用方法该方法测量原理与X射线衍射法基本相似典型的是有单色光晶体从反应堆芯约50 mm50 mm发射中子束隔吸收屏狭缝处于构件和入射及衍射束之间以降低残余应力的取样体积平行衍射束发自对衍射有正确取向的原子通过研究衍射束的峰值位置和强度可获得应力或应变的数据由于X射线是由电子壳层散射的故其穿透深度极浅大约离表面20 深用X射线衍射法可以测量压力容器表面的应力而中子是由原子核散射的中子的穿透深度比X射线大得多对于钢可达50 mm可以用来测量钢的焊接结构沿层深的残余应力各种焊接结构层深的残余应力可以采用中子法来测量近年来中子法在焊接残余应力测量中的应用比较普遍例如Mochizuki以中子衍射法作为直接测量手段来对碳钢管焊接接头沿层深的残余应力进行了分析和验证StoneWASPALOY合金的电子束焊板的残余应力的测量上3超声波声速法声强性研究表明超声波在各向同性弹性体内的传播速度还相似地正比于所加的应力超声波声速法有两种方案在实际中运用一种是在金属构件中采用超声纵波评价因应变-位移关系的弱非线性引起的速度差别由此确定其残余应力例如测量螺栓紧固应力另一种是回振法它是测量正交偏振两横波的回波时间得到超声速度与应力状态的对应关系只要发射超声波功率足够大可穿透任意厚度的工件因此它适应测量大型焊接构件的三维残余应力具有快速简便的特点但该方法目前还处于试验研究阶段4电子散斑干涉技术它是一种激光干涉技术金属焊接构件有应力作用时材料表面产生形变干涉条纹图形即发生变化通过测量干涉条纹的变化可知构件的应力应变情况它也只能测量构件表面的应力情况由于测量对抗震性要求较高且在暗室条件下工作只适合在室内进行测量5磁学方法磁学方法测量内应力的方法较多主要的有Barkhausen噪声法EBE法磁声发射法Magneto Acoustic Emission简称MAE法磁场旋转法和磁各向异性法等它们都是利用钢结构在焊接残余应力影响下的磁抗性变化进行的通常采用的方法是钢结构焊缝在外磁场强度H的作用下根据钢制锅炉压力容器的磁致伸缩和磁弹性效应进行应力检测MAE法是利用铁磁性材料在磁化时磁畴发生突然的不连续移动所释放的弹性应力应变波现象这种弹性波经过声发射仪的接收传感器将机械能传化为电能从而成为发射信号由于它是由磁场激发的所以叫磁声发射法当压力容器焊件外加应力或内部存在残余应力时磁畴的运动将会受到阻碍磁致伸缩应变会影响接收到的信号大小由此可确定磁声发射信号的大小变化情况磁各向异性法是由强磁性物质如铁镍受磁场作用就会因磁应变效应而发生尺寸变化其效应是若有应力作用则磁性发生变化因此通过测量磁各向异性的变化可间接测量出应力的大小标定后即可用来测量压力容器焊接件残余应力的绝对值利用磁学方法测量铁磁性材料应力在工程上获得广泛应用它最大特点是测量速度快非接触测量适合现场使用但测量结果受很多因素影响可靠性精度较差量值标定较困难对材质较敏感另外它们都是需要外部激励磁场来工作的由此带来了磁化不均匀设备笨重消耗能源复杂结构无法测试剩磁和磁污染问题磁记忆检测技术也是基于磁性特质的磁弹性效应它是以杜波夫教授为代表的俄罗斯学者于上世纪90年代后期率先提出的一种创新的金属诊断技术铁磁性焊接构件在运行时会受到工作加载前和地球磁场共同作用在外加应力或焊接残余应力和变形集中的磁畴组织会在一定方向取向局部区域产生漏磁场而且这种磁状态为不可在工作载荷去除后不仅会保留还与最大作用应力有关理论与试验研究表明压力容器在运行时受到载荷的影响其焊接残余应力集中的金属的导磁率最小而在表面形成最大的漏磁场Hp该磁场在受到拉伸挤压扭曲和周期性变化负载的作用下只与最大工作应力有关且表现为该磁场的水平切向分量Hpx具有最大值而垂直法向分量Hpy的符号发生变化并有过零点现象因此利用专门的磁性测定仪通过测试压力容器焊接表面Hpy值的变化强度便可以准确测出其残余应力状态及应力集中区域从而达到早期诊断目的com 磁记忆检测技术的应用前景分析磁记忆检测技术自上世纪90年代问世以来便受到世界上许多国家的同行重视国际焊接学会标准执行的欧洲规划ENRESS应力和变形检测中已明确规定金属磁记忆法为切合实用的设备和结构应力变形状态检测方法在俄罗斯乌克兰保加利亚波兰等国已制订了对该方法和仪器鉴定的国家标准印度和澳大利亚等国正在大力推广应用该项技术金属磁记忆技术引进我国是近二年的事由于它是目前对金属构件的应力集中早期失效早期损伤等进行早期快速准确诊断新方法在建筑航空铁道电力压力容器石化机械桥梁等工业部门都有极其广阔的应用前景残余应力产生的脆性破坏在压力容器焊接件中极易发生而脆性破坏是钢结构在几乎不存在裂性变形情况下的突然开裂常导致重大事故的发生有关文献中报导了残余应力对脆性破坏的影响试验如把760 mm910 mm厚20 mm的钢板对焊起来在焊缝处沿接合方向的残余应力是接近于焊接金属屈服极限的拉应力将焊好的试样一部分做退火处理的消除焊接残余应力后再与未经退火处理的试样一起放在- 13下冷却发现经退火处理的试样未出现裂纹而没处理的试样即使在无外力作用下也出现了脆性裂纹分析其原因是在温度快速下降时材料塑性下降所引起的脆性破坏类似的研究表明焊接残余应力与开裂有直接关系可见焊接残余应力不仅直接影响到裂纹的扩展而且加速了脆性破坏焊接残余应力的