压力容器焊缝超声波探伤

1、压力容器焊缝超声波探伤压力容器焊缝超声波探伤第三组1压力容器简介 2压力容器焊缝的主要缺陷3超声波探伤技术4压力容器焊缝超声波探伤目录1 1 压力容器压力容器简介简介长期在腐蚀、低温、高温和高压下操作的容器存在材料劣化、脆断、蠕变开裂和蠕变疲劳断裂的可能性,原有缺陷的存在和扩展会导致容器失效，如何检验、检测和监测危险性缺陷,了解设备的运行状态,以判断容器能否继续使用,是保证压力容器与管道安全运行的关键问题,也是目前压力容器工程技术人员日益关注的问题压力容器是一种典型的焊接结构产品，焊接成为压力容器制造过程中最重要的环节，压力容器主要受压部件承压壳体的主要焊缝（如壳体的纵焊缝和环焊缝等）主要采用

2、全焊透的对接接头，对接接头因其用料经济、传力均匀、无明显的应力集中和利于承受动力荷载等优点，从力学角度看是比较理想的接头形式 。典型对接接头的坡口形式及其适合的板厚如表12 2压力容器焊缝的主要缺陷压力容器焊缝的主要缺陷2.1压力容器焊缝的焊接形式 目前压力容器的焊缝分类还是沿用美国锅炉和压力容器规范ASME中规定，将焊缝分为A、B、C、D种4大类。 A类：纵向接缝的圆柱部分（多层包扎容器板层除纵向接头，球形封头与筒体连接）连接环，各种凸头拼接在焊接头，埋管和壳体对接连接。 B类：环形壳接合部，锥形密封头侧与接管连接的接头，长颈法兰与接管连接的接头。但已经规定A，C，D类焊接接头除外。 C类：

3、平盖和对接连接气瓶管板，法兰与壳体，接管连接的接头，感光头搭接接头和多层包扎容器板层纵向接头筒。 D类：接管，人孔，法兰连接，加强连接环和壳。但有规定，除A、B类焊接接头。 2.22.2焊缝的常见缺陷以及防止方法焊缝的常见缺陷以及防止方法 焊缝的缺陷种类有很多，常见的内部缺陷主要有焊缝尺寸缺陷, 咬边, 弧坑, 弧坑, 烧穿, 焊瘤, 焊接裂纹等。下面列举几种常见缺陷的形成原因，危害以及防治方法。表2 常见焊缝缺陷简介2.32.3压力容器焊缝等级划分压力容器焊缝等级划分 参考JB4730-1994压力容器焊缝质量等级要求的规定整理焊缝的质量等级要求：表3 焊缝的质量等级要求（注：b为焊缝宽度，

4、t为连接处较薄的板厚，hf为焊角尺寸。）3 3超声波探伤技术超声波探伤技术3.1 超声波探伤设备及原理一般在均匀的材料中，缺陷的存在将造成材料的不连续，这种不连续往往又造成声阻抗的不一致，由反射定理可知，超声波在两种不同声阻抗的介质的交界面上将会发生反射，反射回来的能量的大小与交界面两边介质声阻抗的差异和交界面的取向，大小有关，超声波探伤仪是进行超声波探伤的关键设备，超声波探伤仪是根据超声波的传播原理、电声转换原理和无线电原理而设计的。超声波探头是实现电能和声能相互转换的器件，又称超声波换能器。在探伤过程中，由超声波探伤仪发射电路产生的超声波频率的电振荡脉冲通过探头转换成机械振动，以超声波的形

5、式发射到被检工件中去，而后，被缺陷反射回来的超声波信号，又由探头接受并通过探头转换成电信号，送入超声波探伤仪的放大器进行放大，然后进行显示。因此，探头所起的作用是如何有效的使电能和声能之间进行转换，在穿透式或单发单收式超声波探伤中，随着不同的目的探头将负有发射和接收等不同任务，而在脉冲反射式超声波探伤中，探头将同时负有发射和接收的双重任务。3.23.2超声波扫查机构超声波扫查机构焊缝扫查机构用来携带超声检测机构,首先清除壁面铁锈,涂抹耦合剂,然后利用超声探头进行检测,对有缺陷的位置打标进行缺陷标记。 3.33.3超声波探伤仪超声波探伤仪超声检测模块是完成压力容器检测的核心功能模块,它由超声检测

6、仪及其驱动软件、超声探头、探头携带机构组成。在无损检测领域,超声检测技术已经发展比较成熟,市场上已有较为成熟的产品出售。在本课题中,课题组选则了北京卓川电子科技有限公司生产的 BSN616 超声波探伤仪。4 4压力容器焊缝超声波探伤压力容器焊缝超声波探伤4.1 超声波探伤步骤焊缝超声波探伤主要分为探伤准备阶段和现场探伤两个环节。（1）探伤准备a 探测面的修整：探测面上的焊接飞溅、氧化皮、锈蚀和油垢等应清除掉，探头移动区的深坑应补焊后用砂轮打磨。检测宽度应根据板厚 t和探头的斜率 K 计算确定，一般应为 2.55Kt。b 斜探头入射点和斜率的测定：对接焊缝内部缺陷的检测主要选择斜探头。首先测定斜

7、探头的入射点和 K 值，斜探头声束轴线与探头楔块底面的交点称为斜探头的入射点，斜探头 K 值为斜探头声束在钢中折射角的正切值，K 值与入射点等参数的准确性对缺陷定位精度影响很大，其标称值也因制造和磨损等原因与实际值往往存在差异，要求每次焊缝测试前都要测定。c 距离 - 波幅曲线绘制：距离 - 波幅曲线按所用的探头和仪器在试块上实测的数据绘制而成，该曲线由评定线、定量线和判废线组成，如图 1 所示，常用距离 - 波幅曲线绘制试块包括 CSK-和 CSK 。（2 2）现场探伤）现场探伤超声波探伤应在焊缝及探伤表面经外观检查合格后进行。探伤前，操作人员应了解受检工件的材质、曲率、厚度、焊接方法、焊缝

8、种类、坡口形式、焊缝余高及沟槽等情况，当受检工件的表面耦合损失及材质衰减与试块不一致时，应考虑探伤灵敏度的补偿。4.24.2超声波探伤操作要点超声波探伤操作要点（1）探头探伤动作a 涂刷耦合剂，常用的耦合剂有机油、甘油、浆糊、润滑脂和水等。b 用拇指和食指夹持斜探头，大尺寸探头可用拇指、食指和中指夹持，斜探头也可用拇指和中指夹持，食指按在探头上部。c 将探头轻轻压放在被测工件表面，推动探头缓慢移动，保持探头移动的稳定性。d 转动压力容器，压力容器环焊缝探伤时，探伤完成一段后，剩下的部分无法手工操作，转动压力容器，进行下一部分的涂刷耦合剂，探伤，直至整条焊缝探伤完毕。探伤扫查速度不应超过 150

9、m m /s，相邻两次探头移动间隔要保证有大于 15% 的探头覆盖区域。（2 2）扫查方式）扫查方式a 为检测纵向缺陷，斜探头应垂直于焊缝中心线放置在检测面上，作锯齿型扫查，探头前后移动的范围应保证扫查到全部焊接接头截面，在保持探头垂直焊缝作前后移动的同时，还应作 1015-的左右转动，扫描轨迹如图2 所示。b 为观察缺陷动态波形和区分缺陷信号或伪缺陷信号，确定缺陷的位置和方向和形状，扫查方式如图 3 所示。4 4.3.3 超声波探伤存在的问题超声波探伤存在的问题压力容器焊缝较长，检测工作量很大，现在压力容器焊缝超声波探伤以人工操作为主，存在工作效率低，劳动强度大，检测精度低等缺点。随着超声波

10、探伤技术的发展，先进的超声波探伤仪已经能够显示焊缝内部的缺陷形状和性质，超声波探伤的主要工作逐渐转移到涂刷耦合剂、探头夹持、探头移动和压力容器转动上。如果能够设计一个代替人工操作的自动辅助探伤机构完成相应的操作，必将降低人为因素在探伤中的作用，能够大大提高劳动效率，降低劳动强度，提高探伤精度针对超声波探伤人工操作带来的工作效率低、劳动强度大和检测精度低等问题，采用仿生学原理，运用无损检测技术结合机器人技术和数控技术相结合方法，研究开发能够按照相关标准规定的技术要求进行涂刷耦合剂、焊缝检测和标记记录的自动探测机构。可采用的探头扫查方式主要有以下几种前后扫查：手持探头在被测工件表面作前后扫查，扫查过程中应同时使斜探头向左右摆动，摆动角为 1015为宜。左右扫查：由于探头的前后和左右运动使得探头在被测工件表面运动轨迹呈锯齿形，探头每前后移动一次向右（或向左）移动的距离不得超过探头在同一方向上的晶片尺寸，并保证每次移动有 10%20% 的覆盖区域。转角扫