压力容器封头缺陷排查

压力容器封头缺陷排查

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日期：2025年**月**日压力容器封头概述缺陷分类与识别方法检测设备与工具介绍目视检测技术应用渗透检测技术应用磁粉检测技术应用超声波检测技术应用目录射线检测技术应用涡流检测技术应用尺寸测量与几何检测材料性能检测方法缺陷成因分析与预防缺陷评定与处理方案检测报告编制与管理目录压力容器封头概述01封头在压力容器中的重要性承压密封核心部件封头作为压力容器的端盖，直接承担内部介质压力，其结构完整性直接影响容器的密封性能和承压能力，是保障设备安全运行的关键部件。应力分布优化功能通过曲面设计（如椭圆形、球形）可有效分散压力载荷，减少筒体连接处的应力集中现象，显著提升容器的疲劳寿命和抗变形能力。工艺适配性要求根据介质特性（腐蚀性、温度）和操作压力（中低压/高压）选择匹配的封头类型与材质，例如化工反应釜需采用不锈钢封头以抵抗腐蚀。常见封头类型及结构特点半球形封头具有最优的力学性能，压力载荷均匀分布，但冲压成型难度大、成本高，多用于高压或极端工况容器，如核电站反应堆压力壳。01椭圆形封头由旋转椭圆球面与直边段组成，兼具深度适中（长短轴比2:1）和加工便利性，是中低压容器的标准选择，广泛用于石油储罐和化工反应釜。碟形封头采用球冠与折边组合结构，成型简单且深度浅，适用于大直径低压容器，但折边区存在局部高应力，需加强焊接质量控制。平盖封头平面结构制造简便，但承压时产生弯曲应力，仅用于常压容器或高压小口径设备（如人孔盖），需配合加厚设计或加强肋使用。020304封头制造工艺简介分瓣组焊方案特大型封头受运输限制时，将顶圆板与瓣片分别成型后现场组焊，需采用专用工装保证几何精度，常见于球罐工程。拼焊冲压工艺对大型封头（直径>3m）采用分瓣下料、拼焊后整体冲压，需严格控制焊缝无损检测和热处理工艺以消除残余应力。旋压成型技术通过旋转加压使金属板材逐步变形为曲面封头，适用于中小直径碳钢/不锈钢封头，具有材料利用率高、表面质量好的优势。缺陷分类与识别方法02表面缺陷类型及特征橘皮现象与氧化层剥落热成形封头表面因温度控制不当产生的微观粗糙或氧化皮脱落，需结合目视检查与表面粗糙度仪量化评估。鼓包与凹陷局部变形缺陷，因材料受热不均或压边圈压力失衡引起，可通过轮廓仪测量曲率偏差，严重时影响密封性能。裂纹与划痕封头表面线性缺陷，多由成形应力集中或机械损伤导致，表现为肉眼可见的细纹或沟槽，需通过磁粉检测（MT）或渗透检测（PT）确认深度与走向。内部缺陷通常隐蔽性强，需依赖无损检测技术（如UT、RT）精准定位，其危害性可能远大于表面缺陷。钢板轧制过程中残留的非金属夹杂物或未熔合层，超声检测（UT）显示为平行于板材的分界面反射波，易在压制时扩展为裂纹。分层与夹渣焊接封头常见缺陷，X射线检测（RT）呈圆形或条状暗影，降低焊缝致密性，需根据ASME标准评估允许尺寸。气孔与未熔合成形过程中局部拉伸过度导致壁厚低于设计值，需通过超声波测厚仪多点检测，尤其关注过渡区与直边段。减薄超标内部缺陷类型及特征材料缺陷类型及特征冶金缺陷偏析与夹杂物：炼钢过程中元素分布不均或非金属杂质混入，可通过金相分析观察晶界异常，影响材料力学性能与抗腐蚀性。晶间腐蚀倾向：奥氏体不锈钢封头因敏化处理不当导致碳化物沿晶界析出，需通过硫酸-硫酸铜腐蚀试验（GB/T4334）验证。加工缺陷冷作硬化与微裂纹：冷成形封头因塑性变形过度引发材料脆化，需通过硬度测试与微观组织分析判断是否需退火处理。热处理不当：消除应力热处理（PWHT）温度或时间不足导致残余应力残留，可能诱发应力腐蚀开裂（SCC），需核查热处理曲线记录。检测设备与工具介绍03采用脉冲反射法原理，可检测封头内部裂纹、夹渣等缺陷，配备2.5-10MHz探头，支持A/B/C扫描模式，适用于碳钢、不锈钢等材料的焊缝检测。超声波检测仪包括交流磁化装置和荧光磁粉，能检测封头表面及近表面裂纹，灵敏度可显示0.1mm宽缺陷，特别适用于铁磁性材料冲压成型后的应力裂纹检测。磁粉探伤机由X射线机、成像板和图像处理软件组成，可生成封头截面缺陷图像，灵敏度达1.5-2%厚度，符合NB/T47013标准对气孔、未熔合等缺陷的识别要求。数字射线检测系统配备差分探头和阻抗分析功能，用于奥氏体不锈钢封头表面缺陷检测，可识别深度0.2mm以上的裂纹，支持非接触式快速扫查。涡流检测仪无损检测设备清单01020304测量工具使用方法超声波测厚仪采用双晶探头测量封头减薄区域，校准需使用标准试块，测量时需保持探头与表面耦合良好，曲率半径小于50mm区域应使用专用小径探头。用于测量封头拼接焊缝余高、错边量，使用前需校验基准面平整度，测量棱边过渡区时应配合半径规确定曲率连续性。建立封头全尺寸数字模型，扫描前需喷涂显影剂，点云数据经专业软件处理后可分析形状公差和壁厚分布，精度达±0.05mm。焊缝检验尺三维激光扫描仪辅助检测设备介绍工业内窥镜配备0-90°可调探头和LED冷光源，用于检查封头内表面腐蚀和机械损伤，工作长度1-3m，分辨率1920×1080，支持缺陷尺寸测量功能。金相显微镜用于封头材料微观组织分析，放大倍数50-1000X，可观察冲压成型后的晶粒变形和热处理效果，需配合切割取样和抛光制备。硬度测试仪采用里氏或布氏硬度计测量封头各区域硬度值，测试点应避开焊缝热影响区，数据用于评估材料加工硬化程度和强度均匀性。自动爬行机器人搭载相控阵探头实现封头大范围自动化检测，定位精度±1mm，集成编码器记录检测路径，特别适用于直径超过3m的大型封头检测。目视检测技术应用04目视检测标准规范ASMEBPVCSectionV明确规定了目视检测的通用要求、人员资质及验收标准，适用于压力容器封头焊缝和母材的表面缺陷检查。欧洲标准规定了工业设备目视检测的方法分级、照明条件和记录要求，特别强调对封头过渡区的几何形状缺陷评估。中国能源行业标准详细规定了承压设备目视检测的技术要点，包括封头内外表面裂纹、腐蚀等缺陷的判定准则与报告格式。EN13018NB/T47013.7使用轴向/环向交叉光照法，裂纹呈线性阴影且边缘不规则，折叠则表现为连续波浪状纹路。对于旋压封头，直边区需重点检查周向微裂纹。使用三维激光扫描仪或模板比对法，椭圆封头轮廓度偏差需控制在0.5%Di以内，碟形封头过渡区曲率半径公差±3mm。采用对比样板（如ISO8501-1）评估腐蚀等级，磨损深度通过楔形塞尺测量，超过名义厚度10%需报废。裂纹与折叠判别腐蚀与磨损量化几何变形检测通过系统化目检流程结合工具辅助，高效识别封头制造及服役中的典型缺陷，为后续无损检测提供精准定位。表面缺陷识别技巧检测记录与报告要求记录必须包含检测环境参数（照度、湿度）、工具校验日期及缺陷定位图（采用封头展开坐标系标注）。对复合板封头需分层记录缺陷，如钛-钢复合层的界面剥离需单独注明位置与面积占比。数据采集规范依据GB/T25198附录D格式，明确缺陷分类（临界/非临界）、修复建议（如补焊需注明热处理要求）。报告需与制造工艺卡关联，例如冲压封头应附上减薄率计算数据，证明目检结果与工艺参数的符合性。报告编制要点原始记录需保存至产品设计寿命+5年，高清影像资料（≥200万像素）按ASMEVArticle9标准加密存储。云端数据库需实现与MES系统对接，确保检测数据可追溯至原材料批次及热处理曲线。数字化存档要求渗透检测技术应用05毛细作用原理荧光渗透剂在紫外光激发下产生黄绿色荧光，着色渗透剂在白光下呈现红色对比。两种显示方式均通过显像剂放大缺陷信号，实现缺陷可视化定位。光致发光效应标准化操作流程包含预处理（清洗去污）、渗透（覆盖10-30分钟）、去除（溶剂/水洗）、干燥（热风或自然挥发）、显像（干粉/湿法喷涂）和检验（紫外/白光观察）六个技术环节，各环节需严格控制时间参数。利用渗透剂在毛细管作用下渗入表面开口缺陷中，通过显像剂反向吸附形成可见痕迹。该过程包含渗透、清洗、显像和观察四个关键步骤，适用于检测微米级开口缺陷。渗透检测原理及流程常见缺陷显示特征4伪缺陷显示3片状缺陷显示2点状缺陷显示1线性缺陷显示机械划痕、氧化皮等非相关显示呈随机分布，其特征为无立体感、边缘毛糙，可通过复检或丙酮擦拭鉴别，需注意与真实缺陷的形态学区分。气孔、针孔表现为孤立圆形斑点，直径0.1-3mm不等。荧光检测时呈星状发光点，着色检测为红色圆点，常成群出现在铸件凝固部位或焊缝收弧处。分层、疏松形成不规则云状痕迹，荧光显示为边界模糊的亮斑，着色显示为红色扩散斑块，多存在于轧制板材或铸造厚壁部位。裂纹、折叠等呈连续线状分布，荧光渗透检测中显示为明亮曲折的线条，着色法则呈现深红色细线，多出现在应力集中区域或焊接热影响区。缺陷分级依据根据JB/T4730标准，按显示痕迹长度分为Ⅰ级（＜1mm）、Ⅱ级（1-10mm）、Ⅲ级（＞10mm），线性缺陷比点状缺陷具有更高危险性评级。验收判定准则承压设备通常要求Ⅰ级显示可接受，Ⅱ级显示需记录监控，Ⅲ级显示必须返修。特殊工况容器可能执行更严格的零缺陷验收标准。记录规范要求检测报告需包含缺陷位置示意图、显示形态描述（线性/圆形/密集度）、尺寸测量数据（长度/宽度/间距）以及缺陷性质判断（裂纹/气孔等），必要时附显微放大照片。检测结果评定标准磁粉检测技术应用06铁磁性材料限定仅适用于马氏体不锈钢、沉淀硬化不锈钢及碳素钢等铁磁性材料（如42CrMo），奥氏体不锈钢（如1Cr18Ni9）、铜铝合金等非磁性材料无法检测。表面及近表面缺陷检测环境清洁度要求磁粉检测适用条件可检出宽度达0.1μm的裂纹、夹杂等缺陷，但对深度超过3mm的内部缺陷或与表面夹角小于20°的分层不敏感。被检表面需无油污、锈蚀及杂质，否则会影响磁粉吸附效果，需通过喷砂或溶剂清洗预处理。磁化方法选择原则磁轭法优先适用于压力容器平板焊缝及封头曲率较小区域，通过电磁轭产生纵向磁场，操作灵活且灵敏度高，需保持磁极间距80-200mm。连续法优于剩磁法对低矫顽力材料（如碳钢容器）采用通电磁化同时喷洒磁粉，确保缺陷漏磁场实时吸附磁粉，避免退磁导致的漏检。多向磁化互补复杂结构需采用交叉磁轭或复合磁化（周向+纵向），确保不同走向裂纹（如纵向、环向）均能产生有效漏磁场。磁场强度控制根据材料导磁率选择安匝数，碳钢通常选用12-36AT，过高会导致过度背景吸附，过低则漏磁场强度不足。缺陷磁痕分析与判断线性磁痕判别清晰笔直的磁痕多为裂纹或未熔合，呈锯齿状可能为锻造折叠，需结合焊接工艺评估其危险性。伪缺陷排除划痕、氧化皮等非相关显示磁痕松散无方向性，可通过复检或渗透检测辅助验证。尺寸量化标准依据GB/T9444-2008，长度大于1.6mm的线性磁痕或密集点状磁痕（≥3个/cm²）需判定为不合格缺陷。超声波检测技术应用07超声波检测参数设置探头频率选择根据材料厚度和缺陷类型选择2.5-10MHz范围，薄壁容器推荐5MHz以上高频探头以提高分辨率。保持探头移动速度不超过150mm/s，确保声束覆盖率达到100%且信号采集完整。采用DAC曲线校准灵敏度，信噪比需大于6dB，参考反射体为Φ2mm平底孔。扫描速度控制增益与灵敏度校准衍射时差法（TOFD）利用缺陷端点衍射波进行精确定位，垂直方向误差小于1mm，特别适用于焊缝中部裂纹和未熔合的深度测量。6dB法测长移动探头至缺陷波高降至峰值一半时确定边界，适用于气孔、夹渣等体积型缺陷的平面投影尺寸测量。端点峰值法通过斜探头前后扫查时缺陷波幅变化确定裂纹端点，结合DAC曲线评估缺陷高度，对贯穿性缺陷检出率可达95%以上。相控阵扇形扫描采用电子偏转技术实现60°-70°角度覆盖，一次扫查即可获取缺陷三维数据，适用于安放式接管角焊缝的多缺陷同步检测。缺陷定位与定量方法典型缺陷波形特征裂纹类缺陷波形表现为陡峭的起始脉冲伴随多个高低不等的回波，静态波形呈锯齿状，动态扫查时回波游动明显。气孔群缺陷在基线上出现多个独立尖峰信号，幅度相近且无规律分布，移动探头时单个回波迅速消失。未焊透缺陷呈现单一高幅回波且波形宽阔，探头平移时信号幅度变化缓慢，缺陷两端可能出现衍射波信号。射线检测技术应用08辐射防护必要性射线检测涉及电离辐射，操作人员长期暴露可能引发放射性损伤，必须严格执行GBZ117-2022《工业X射线探伤放射防护要求》中的剂量限值规定，确保个人年有效剂量不超过20mSv。射线检测安全防护防护设施配置检测区域需设置铅房或移动式铅屏风，配备辐射报警装置；操作人员应穿戴铅围裙、铅眼镜，并佩戴个人剂量计实时监测累积剂量。应急管理措施制定意外照射应急预案，包括辐射源泄漏处置流程和人员疏散路线，定期开展辐射安全演练，确保30秒内启动紧急停机。07060504030201缺陷影像识别技巧·###典型缺陷判读：通过系统分析底片影像特征，结合材料工艺和焊接参数，准确区分真实缺陷与伪缺陷，提升检测结果的可靠性。气孔：影像呈圆形或椭圆形黑点，边缘光滑，分布无规律，多见于焊接热影响区。裂纹：表现为细线状黑色条纹，尾端尖锐，可能伴有分叉，需注意与划痕的区别。底片划痕通常为直线且连续，而夹渣影像边缘不规则且密度不均；·###伪缺陷排除：水渍伪影呈现云雾状，可通过底片干燥处理复验确认。底片评定等级标准执行NB/T47013.2-2015《承压设备无损检测第2部分：射线检测》，根据缺陷性质、尺寸和密集度划分Ⅰ-Ⅳ级。Ⅰ级：允许单个气孔直径≤1mm，每100mm焊缝长度内缺陷总数≤3个；Ⅲ级：裂纹、未熔合等危害性缺陷直接判定不合格。标准体系依据对于球形容器封头，环缝与极板拼接处的缺陷验收标准需提高一级；厚度＞50mm的复合板封头，需增加双壁双影透照技术以降低漏检率。工程应用要点涡流检测技术应用09涡流检测原理简介多参数响应涡流信号同时受电导率、磁导率、几何形状及缺陷尺寸影响，需通过阻抗平面分析分离干扰因素。趋肤效应影响高频检测提升表面缺陷灵敏度但降低渗透深度，低频检测适用于深层缺陷排查，需根据材料厚度和缺陷类型优化频率选择。电磁感应基础基于法拉第电磁感应定律，交变电流通过检测线圈时在导电工件表面感生涡流，缺陷或材料特性变化会扰动涡流场，导致线圈阻抗变化。根据工件结构、检测目标及效率需求，合理选择线圈类型与参数配置，是确保检测可靠性的关键环节。01检测线圈选择原则·###形状适配性：02穿过式线圈适用于管材、棒材等规则形状的快速扫查，检测效率高但无法定位周向缺陷位置。03探头式线圈（含磁芯）适合局部精细化检测，如焊缝或曲面区域，可定位缺陷但需逐点扫描。04内插式线圈专用于管道内壁检测，配合旋转机构可实现全周向覆盖。05·###频率与灵敏度权衡：06高频线圈（>100kHz）对表面裂纹（0.1mm级）敏感，适用于薄壁容器封头检测。07低频线圈（1-10kHz）用于厚壁封头或远场涡流检测，可探测深度达5-10mm的皮下缺陷。08信号分析与缺陷判定特征轨迹识别：裂纹缺陷表现为阻抗图的陡峭相位偏移，而材质不均则显示为平缓的曲线扩散。噪声抑制技术：采用差分线圈设计或数字滤波（如FFT）消除提离效应、边缘效应等干扰信号。当量比较法：通过对比试样中人工缺陷（如刻槽）的信号幅值，估算实际缺陷的等效尺寸。多频融合分析：联合高低频数据区分近表面与深层缺陷，提升复杂结构（如封头过渡区）的检测精度。基于AI的智能诊断：训练卷积神经网络（CNN）分类阻抗图模式，实现裂纹、气孔等缺陷的自动分类与评级。实时成像技术：阵列涡流探头配合C扫描成像，直观显示缺陷二维分布，适用于封头大面积快速检测。阻抗平面图解析缺陷量化方法自动化判读系统尺寸测量与几何检测10关键尺寸测量方法焊接接头检验样板采用A/B类专用样板检测筒体焊接接头的对口错边量和焊缝余高，外弓形样板用于外表面测量，内弓形样板用于内表面检测，样板弦长需符合标准规定。01环向棱角检验使用弦长等于1/6内径（且≥300mm）的内外样板测量焊接接头环向棱角E值，重点检查过渡区棱角度是否超出允许范围。封头间隙样板法采用弦长相当于封头内径的间隙样板垂直检测内表面形状公差，外凸间隙≤1.25%Di，内凹间隙≤0.625%Di，需避开焊缝测量。直径极差测量通过同一断面最大与最小直径差值检测圆度偏差，对于大型容器需采用激光测距仪或全站仪进行多点扫描测量。020304形状偏差检测技术封头轮廓检测采用标准间隙样板（D=Di-4）作为基准轮廓线，通过外凸测量值直接判定，内凸值需通过40mm基准补偿计算，确保符合GB/T25198形状公差要求。局部变形评估针对凹陷等变形缺陷，采用曲率半径分析仪量化形状突变程度，直径大而深度小的缓变凹陷影响较小。焊缝几何检查使用焊接检测尺测量纵环焊缝错边量、棱角度及余高，对无法接触部位采用三维扫描技术重建几何形态。感谢您下载平台上提供的PPT作品，为了您和以及原创作者的利益，请勿复制、传播、销售，否则将承担法律责任！将对作品进行维权，按照传播下载次数进行十倍的索取赔偿！厚度测量注意事项减薄区域重点检测封头过渡区、顶点等塑性变形剧烈部位需采用超声波测厚仪网格化测量，计算减薄率（原始厚度-实测厚度）/原始厚度×100%。表面处理要求测量前需清除待测区域油漆、氧化层，耦合剂应选用专用超声波凝胶，粗糙表面需进行打磨处理。多点对比测量每个测点需进行3次以上重复测量取平均值，相邻测点间距不超过100mm，确保数据可靠性。温度补偿校正高温环境测量时需启用测厚仪温度补偿功能，避免材料声速变化导致误差，冷态容器测量前需静置至室温。材料性能检测方法11通过原子发射光谱（AES）或X射线荧光光谱（XRF）快速测定材料中合金元素及杂质含量，精度可达ppm级。光谱分析法采用滴定、比色等传统方法精确测定碳、硫等关键元素含量，适用于实验室标样校准。湿法化学分析结合电子显微镜使用，可对缺陷区域进行微区成分定位分析，识别夹杂物或偏析现象。能谱分析（EDS）化学成分分析技术依据GB/T228.1标准测定封头材料的屈服强度、抗拉强度和延伸率，试样需取自封头变形最大区域（如过渡区），模拟实际受力状态。拉伸试验力学性能测试方法冲击韧性测试硬度测试采用夏比V型缺口试样在-196℃至常温范围内进行系列试验，评估封头材料在低温工况下的脆性转变趋势，执行标准为GB/T229。通过布氏硬度计或便携式里氏硬度计检测封头各区域（直边段、球面区等）的硬度分布，发现因冷作硬化或热处理不当导致的局部硬化现象。金相组织检验流程1234制样与抛光按GB/T13298标准切割封头试样，经镶嵌、粗磨至精抛后达到镜面效果，确保观察面无划痕和变形层干扰。使用10%草酸电解液或王水甘油腐蚀剂显示奥氏体不锈钢的晶界和δ铁素体含量，鉴别是否存在σ相脆化或晶间腐蚀倾向。腐蚀显组织显微组织分析在400-1000倍光学显微镜下观察晶粒度、夹杂物分布及析出相形态，对照GB/T6394评定晶粒度级别，检测异常组织如马氏体转变。定量金相测定采用图像分析软件计算δ铁素体含量（要求控制在3-8%），评估焊接热影响区的敏化程度，预防应力腐蚀开裂风险。缺陷成因分析与预防12制造过程缺陷成因加工应力集中封头翻直边时产生加工硬化和残余应力，圆滑过渡区受切向压缩应力导致鼓包；切割面不平整或焊缝咬边部位在压制时形成应力集中裂纹。工艺控制不当热成形时加热炉温度场不均导致过烧，或冷旋压工艺中旋压速度过快、压力过高造成裂纹。煤炉/焦炭炉加热因控温精度差更易引发此类问题。材料缺陷原材料中存在夹渣、碳化钛等冶金缺陷，在压制过程中易引发裂纹。如0Cr18Ni10Ti封头表面点状缺陷经电镜分析证实为炼钢时形成的碳化钛与夹渣复合物。使用过程缺陷成因化工容器接触腐蚀性介质引发晶间腐蚀或点蚀，尤其奥氏体不锈钢在敏化温度区间（450-850℃）使用易产生晶界贫铬现象。介质腐蚀交变载荷作用下，原始制造缺陷（如未焊透、夹渣）成为裂纹源，在应力集中区域扩展形成贯穿性裂纹。热循环工况下材料热膨胀系数差异引发热应力，与残余应力叠加加速应力腐蚀开裂。疲劳破坏操作压力超过设计值导致封头局部塑性变形，圆滑过渡区减薄部位易发生鼓包或凹陷。超压变形01020403温度影响运输安装缺陷成因01.吊装碰撞封头边缘与吊具接触部位因局部冲击产生凹坑或划伤，严重时导致裂纹萌生。02.堆叠挤压多层运输时未采取隔离措施，封头曲面受压变形或表面防护层破损引发后续腐蚀。03.安装错边与筒体组对时错边量超标导致几何不连续，运行时产生附加弯曲应力，加剧过渡区应力腐蚀风险。缺陷评定与处理方案13缺陷可接受标准根据GB/T150系列标准，表面裂纹长度不得超过壁厚的1/3，深度不超过壁厚的1/4。对于核容器参照ASME规范采用1/4壁厚深度与1.5倍壁厚长度作为临界值。线性缺陷容限单个气孔直径≤3mm且间距≥5倍孔径，夹渣总长在焊缝长度方向不超过50mm。复合板封头还须满足JB/T4746对分层缺陷的特殊限制要求。体积型缺陷评估椭圆形封头形状公差应控制在0.5%D（直径）以内，过渡区减薄量不得超过设计厚度的15%。锥形封头直边段圆度偏差需≤0.2%DN。几何偏差控制深度＜40%壁厚的表面裂纹采用机械打磨消除，并做MT/PT验证；穿透性裂纹需按原焊接工艺进行补焊，补焊区域须进行100%RT+热处理消氢。裂纹类缺陷处理锆材及复合板封头修复后必须进行固溶处理，奥氏体不锈钢需进行酸洗钝化以恢复耐蚀性。所有修复区域硬度值不得超过母材的120%。材料性能恢复热成形封头局部鼓包高度超过5%直径时，应采用局部加热至650-750℃后加压整形，修复后需重新进行几何尺寸测量和UT测厚。鼓包变形矫正修复区域应扩大检测范围至相邻50mm区域，采用原检测方法的1