6-承压设备焊接检验与缺陷返修

PAGEPAGE16．承压设备焊接检验与缺陷返修对于锅炉、压力容器等承压设备壳体，其焊接接头质量的好坏，将直接影响结构的可靠性。而焊接缺陷的类型与数量则是焊接质量评定的基本指标。焊接检验的目的在于防止和发现焊接缺陷，并对其作出适当处理，以确保设备的使用安全。6.1焊接缺陷的类型与危害6.1.1焊接缺陷类型常见的焊接缺陷有咬边、凹陷、焊瘤、气孔、夹渣、裂纹、未焊透、未熔合等。通常按缺陷在焊缝中的位置不同，分为外部缺陷和内部缺陷两大类。外部缺陷有表面裂纹、表面气孔、咬边、凹陷、满溢、焊瘤、孤坑等，这些缺陷主要与焊接工艺和操作技术水平有关。还有些是外观形状和尺寸不合要求的外部缺陷，如错边、角变形和余高过高等。内部缺陷常见的有各种裂纹、未熔合、未焊透、气孔、夹渣和夹钨等。6.1.2焊接缺陷的危害焊接缺陷对设备的影响，主要是在缺陷周围产生应力集中，严重时使原缺陷不断扩展，直至破裂。同时，焊接缺陷对疲劳强度、脆性断裂以及抗应力腐蚀开裂都有重大的影响。由于各类缺陷的形态不同，所产生的应力集中程度也不同，因而对结构的危害程度也各不一样。⑴焊接缺陷引起的应力集中焊缝中的气孔一般呈单个球状或群状，因此气孔周围应力集中并不严重，其应力集中系数一般不大于2.5。而焊接接头中的裂纹常常呈扁平状，如果加载方向垂直于裂纹的平面，则裂纹两端会引起严重的应力集中，其应力集中系数有时可大于12。夹渣的危害比气孔严重，因其几何形状不规则，存在棱角或尖角，易引起较大应力集中，往往成为裂纹的起源。此外，对于焊缝的形状不良、角焊缝的凸度过大及错边、角变形等焊接接头的外部缺陷，也都会引起应力集中或者产生附加应力。若焊缝中出现成串或密集气孔时，由于气孔的截面比较大，因此，成串气孔要比单个气孔危险得多。夹渣的危害与其形状和尺寸有关。当夹渣呈连续的细条状且排列方向垂直于受力方向时，是比较危险的。裂纹、未熔合和未焊透比气孔和夹渣的危害都大，它们不仅降低了结构的有效承载截面积，而且更重要的是产生应力集中，有诱发脆性断裂的可能。尤其是裂纹，在其尖端存在着缺口效应，容易出现三向应力状态，会导致裂纹的失稳和扩展，以致造成整个结构的断裂，所以裂纹是焊接结构中最危险的缺陷。在锅炉和压力容器中，不允许存在任何裂纹和未熔合。焊缝外部形状和尺寸的缺陷，主要有错边、角变形、咬边、未焊满及焊缝余高过大等。焊缝外部的形状与尺寸，虽和焊缝内部质量没有必然的联系，但却会造成相当大的应力集中，成为诱发破坏事故的主要原因之一。所谓未焊透，系指基体金属和焊缝金属之间未被电弧熔化而留下空隙的一种焊接缺陷，常发生在单面焊根部和双面焊中部。这等于在焊缝上存在一个缺口，因此，未焊透往往是导致脆性破坏的起裂点，在交变载荷作用下，它也可能诱发疲劳破坏。国内外都曾出现过因未焊透而引起容器破坏的事例。例如，某国一根外径为120mm，壁厚为14mm的高压油管，因为在单面对接焊缝中有3～5mm未焊透，结果在该处产生疲劳裂纹并贯穿到外壁，高压油呈雾状喷出，造成爆炸并发生火灾。又如国内一台多层式高压容器，封头和筒体连接环缝的根部有未焊透，因而在水压试验中发生脆断，造成封头掉头事故。所以，在压力容器中，全焊透结构不允许存在未焊透缺陷。错边是指对接焊缝的两个接头不平齐而产生的位错，角变形是指对接焊缝两边虽已对平，但两块板的中心线不在同一直线上，即在焊缝处有折角。角变形主要由焊接变形产生，而错边是由于卷板和焊前装配错误造成的。这两种缺陷，主要是在焊缝局部区域会因结构不连续而产生附加弯曲应力。咬边是指焊缝与基体金属之间出现的凹陷，它将造成应力集中。试验研究结果表明，咬边严重时其应力集中系数往往超过3，对脆性断裂、疲劳寿命和抗应力腐蚀能力均会带来不良后果。未焊满系指焊缝坡口未被熔注金属填满，因而使焊缝的高度低于基体金属。焊缝余高过大是指焊缝上熔液金属超出基体金属表面的高度，超过了标准允许的范围。未焊满和余高过大，均属形状不连续区，因而会造成应力集中，妨碍无损探伤的操作，严重时易在该处诱发缺陷。1968年4月，日本千叶发生的球形容器脆性破坏事故，其主要原因就是由于焊缝外部形状和尺寸造成的缺陷。该球形容器容积为1000m3，内径12.5m，顶板厚27mm，底板厚28mm。在现场装配焊接时，把顶板上一块厚27mm的月牙板，错用在底极板上，因顶极板比底极板小20mm，焊缝对不上，不得不另嵌进钢板再进行焊接，焊缝两侧错边约3mm，角变形约6°～7°。结果在水压试验时，整个球体突然破裂，裂缝全长约1000mm，并有一块230×70mm的碎片飞出。事后查明，裂缝是从错边及角变形处开始的，因而认为这是脆断的主要原因。⑵焊接缺陷对脆性断裂的影响脆断是一种低应力下的破坏，而且具有突发性，事先难以发现和加以预防，危害极大。一般认为，结构中缺陷造成的应力集中越严重，脆性断裂的危险性越大。如上所述，裂纹对脆性断裂的影响最大，其影响程度不仅与裂纹的尺寸、形状有关，而且与所在的位置有关。如果裂纹位于高值拉应力区就容易引起低应力破坏；若位于结构的应力集中区，则更危险。此外，错边和角变形引起的附加弯曲应力，对结构的脆性破坏也有影响，并且角变形越大，破坏应力越低。⑶焊接缺陷对疲劳强度的影响缺陷对疲劳强度的影响十分显著。例如，气孔引起的承载截面减小10%时，疲劳强度的下降可达50%。焊缝内的平面型缺陷（如裂纹、未熔合、未焊透）由于应力集中系数较大，因而对疲劳强度的影响更大。含裂纹的结构与占同样面积的气孔的结构相比，前者的疲劳强度比后者降低15%。对未焊透来讲，随着其面积的增加疲劳强度明显下降。焊缝内部的球状夹渣、气孔，当其面积较小、数量较少时，对疲劳强度的影响不大，但当夹渣形成尖锐的边缘时，则对疲劳强度的影响十分明显。咬边对疲劳强度的影响比气孔、夹渣大得多。带咬边的接头在106次循环的疲劳强度仅为致密接头的40%。此外，焊缝的成型不良，焊趾区、焊根的未焊透，错边和角变形等外部缺陷都会引起应力集中，很易产生疲劳裂纹而造成疲劳破坏。通常疲劳裂纹是从表面引起的，因此当缺陷露出表面或接近表面时，其疲劳强度的下降要比缺陷埋藏在内部的明显得多。焊接缺陷对应力腐蚀开裂的影响通常应力腐蚀开裂总是从表面开始。如果焊缝表面有缺陷，则裂纹很快在那里形核。因此，焊缝的表面粗糙度、结构上的死角、拐角、缺口、缝隙等都对应力腐蚀有很大影响。这些外部缺陷使浸入的介质局部浓缩，加快了电化学过程的进行和阳极的溶解，为应力腐蚀裂纹的成长起着促进作用。前面已经指出：应力集中对疲劳强度有重大影响。同样地，应力集中对腐蚀疲劳也有很大影响。焊接接头的腐蚀疲劳破坏，大都是从焊趾处开始，然后扩展，穿透整个截面导致结构的破坏。因此，改善焊趾处的应力集中程度能大大提高接头的抗腐蚀疲劳的能力。6.2承压设备焊接检验分类与内容检验是承压设备焊接质量管理的重要环节，它贯彻于焊接过程的始终，对焊接工艺卡等各种工艺规程执行状况进行监督，对焊缝质量进行检验，最终确认焊缝质量是否合格。其检验过程大致分为焊前、焊接过程中与焊后三个阶段。①焊前检查主要内容为：焊工资格确认；焊接材料的确认与烘干和保温；焊接坡口的装配与清理质量；预热温度的正确性及焊接设备的状况等。②焊接过程中的检验主要内容为：焊工对工艺细则卡执行的监督与检查；焊接工艺规范的正确性等。③焊后检验焊接工作完成后，首先按焊缝标记规定检验焊工钢印，其次进行焊缝外观检验，然后按有关技术条件进行焊缝无损探伤检验，同时还要进行产品焊接板的无损探伤和机械性能试验等。本章重点介绍焊后检验。按照检验的方式，焊后检验可分为非破坏性检验和破坏性检验两大类。各类的具体检验方法和名称，归类如下：①非破坏性检验。它是采用专用工具和各种物理手段检验焊接接头的致密性，而不破坏被焊结构完整性的检验方法。主要包括焊缝的外观检查，焊缝表面探伤与内部探伤，耐压试验和致密性检验等。其中焊缝表面探伤主要是磁粉探伤和渗透探伤，而焊缝内部缺陷主要采用射线和超声波进行探伤。②破坏性检验。对于各种承压壳体，不可能从产品的焊缝上截取试样，否则就损坏了设备结构的完整性。此种情况下，只能通过产品焊接试板进行破坏性检验。破坏性检验主要有化学成分与全相分析、耐腐蚀性能试验和机械性能试验等。其中机械性能试验包括拉伸、弯曲、冲击、硬度、疲劳试验和管子的压扁试验等。6.3焊接接头的非破坏性检验6.3.1焊制压力容器无损探伤要求⑴探伤率压力容器设备的探伤要求，主要与材料的种类、板厚大小、试压方式、介质性质和容器类别等有关。GB150钢制压力容器标准中规定，对压力容器的焊接接头，经形状及外观检查合格后，再进行无损探伤。GB150和《压力容器安全技术监察规程》中规定，凡符合下列条件之一者，对其A类和B类焊接接头进行百分之百射线或超声波探伤：①钢材厚度δS>30mm的碳素钢、16MnR；②钢材厚度δS>25mm的15MnVR、15MnV、20MnMo和奥氏体不锈钢；③标准抗拉强度下限值σb>540MPa的钢材；④钢材厚度δS>16mm的12CrMo、15CrMoR、15CrMo；其他任意厚度的Cr-Mo低合金钢；⑤进行气压试验的容器；⑥图样注明盛装毒性为极度危害或高度危害介质的容器；⑦第三类压力容器；⑧多层包扎压力容器内筒的A类焊接接头；⑨热套压力容器各单层圆筒的A类焊接接头；⑩钛制容器；eq\o\ac(○,11)设计压力大于等于5MPa的容器；eq\o\ac(○,12)焊接接头系数采用1.0的容器；eq\o\ac(○,13)采用电渣焊的容器等。除上述百分之百探伤外，其它情况下的A类和B类焊接接头，进行长度不得少于每条焊接接头长度20%，且不小于250mm的局部射线或超声探伤。而且焊缝交叉等特定部位的焊接接头必须探伤。对于探伤方法的选择，《规程》还规定，容器壁厚≤38mm时，对接接头应采用射线检测；由于结构等原因不能采用射线检测时，可以采用超声探伤。对于壁厚>38mm，或材料标准抗拉强度下限≥540MPa，且壁厚>20mm的容器，其Ａ、Ｂ类接头如采用射线检测，则每条焊缝还应附加局部超声探伤；如用超声检测，则同样应附加局部射线探伤。GB150还规定，对下列条件之一的接头，进行磁粉或渗透表面探伤：①上面③④条中容器上的C、D类焊接接头；②层板材料标准抗拉强度下限值σb>540MPa的多层扎压力容器的层板C类焊接接头；③堆焊表面；④复合钢板的复合层焊接接头；⑤标准抗拉强度下限值σb>540MPa的材料及Cr-Mo低合金钢材料材经火焰切割的坡口表面，以及该容器的缺陷修磨或补焊处的表面，卡具和拉肋等拆除处的焊痕表面；⑥上面百分之百探伤容品上公称直径小于250mm的接管与长颈法兰、接管与接管对接连接的焊接接头。⑵焊缝质量等级与合格级别JB4730压力容器无损检测，是我国的压力容器专用探伤标准。该标准对常用的射线、超声、磁粉和渗透等探伤方法的适用范围、选用原则、具体操作与焊缝的质量评定等级要求等均作了规定。其中焊缝的质量等级是按探伤方法分别评定的。①射线探伤分为四级。Ⅰ级质量最好，Ⅳ级最差：Ⅰ级——不得有裂纹、未熔合、未焊透和条件夹渣；Ⅱ级——不得有裂纹、未熔合和未焊透；Ⅲ级——不得有裂纹、未熔合以及双面焊或相当于双面焊的全焊透对接焊缝和加垫板单面板焊中的未焊透；缺陷超过Ⅲ级者为Ⅳ级。②超声探伤分为三级。Ⅰ级质最最高，Ⅲ级最低。其质量标准是按反射波幅大小为准，与射线评定的表述不同。③磁粉和渗透探伤均为表面探伤，采用统一的五级质量等级。Ⅰ级质量最高，V级最差。但应注意，JB4730中规定：凡铁磁性材料，必须优先采用磁粉检测表面缺陷，确因形状结构等原因不能采用磁粉检测时，方可采用渗透探伤。GB150中，对钢制压力容器的无损探伤规定了下面的合格级别。其合格级别，就是上面JB4730中规定的相应级别。①凡进行百分之百探伤的A、B类焊接接头，射线不低于Ⅱ级为合格，超声Ⅰ级为合格。②凡局部探伤的A、B类焊接接头，射线不低于Ⅲ级为合格，超声不低于Ⅱ级为合格。③磁粉和渗透探伤均为Ⅰ级为合格。6.3.2焊缝的外观检查⑴检验内容与方法外观检查首先是检查焊接接头的外观形状和几何尺寸是否符合要求，如焊缝成型状况、接头是否有翘曲和变形、是否有棱角和错边、错边量大小、焊缝余高的高低尺寸、角焊缝焊脚是否出现单边或下凹等；再是检查焊缝是否存在表面缺陷，如表面裂纹、表面气孔、咬边、凹陷、满溢、焊瘤、弧坑、电弧擦伤和烧穿等。对于合金钢焊缝，因为存在形成延迟裂纹的倾向，故其外观检查应进行两次，即焊后检查一次，15～30天后检查一次。后者目的主要检查有无延迟裂纹。外观检查之前，应仔细清除焊缝周围的焊渣、飞溅、油污等脏物。外观检查以肉眼观察为主，辅以5倍以上的放大镜进行观察。在测定焊缝外形尺寸时，一般需采用焊缝检验尺和样板（见下文），也可用直尺、卡尺等。在检查焊缝边缘的咬边深度时，也可采用铅条或橡皮泥压入缺陷处，然后取下测量尺寸。⑵焊缝检验尺焊缝检验尺是一种对焊缝进行外观检查的专用工具。利用它，在现场进行自检和互检时都可以方便地对坡口的间隙和角度、错边量、角焊缝的焊脚高度、焊缝的高度和宽度进行测量，如图6-1～4所示。⑶承压壳体焊缝表面检验要求对于承受压力的壳体，其焊缝和热影响区表面不允许肉眼可见的裂纹、气孔、夹渣、弧坑、未焊透和焊瘤等；焊缝咬边深度不得大于0.5mm，咬边连续长度不得大于100mm，焊缝两侧咬边总长不得超过该焊缝长度的10%；对于屈服极限大于等于400MPa的低合钢与低温容器，焊缝边缘不允许有任何咬边，接管焊缝应修磨成圆弧形，并与母材圆滑过渡。外观形状和几何尺寸应符合有关标准的规定。6.3.3磁粉探伤（MT）⑴原理与应用磁粉探伤的原理是利用铁磁性材料被磁化后，在其缺陷表面处的磁力线发生变形，使磁力线产生密集。当无缺陷的材料被磁化时，磁力线均匀地通过材料的横截面。但若材料内存在图6-5所示的缺陷，则缺陷部位的磁阻将突然发生变化，使磁力线绕过缺陷而聚集于材料表面，形成了较强的漏磁通。如在材料表面均撒磁性粉末，则磁粉就会在漏磁场堆集，显示出缺陷的位置、大小和形状。磁粉探伤的磁场由电源感觉产生，可以采用直流电，脉冲电流和交流电磁化工件。用直流电或脉冲电流磁化时可探测表面下5～6mm的缺陷。用交流电磁化时，只能探测到表面下1～1.5mm的缺陷。可见，磁粉探伤适用于检验表面或近表面的缺陷。从材料来看，磁粉探伤限用于铁磁性材料，如碳钢、低合金钢等。对于非磁性材料，如奥氏体不透钢等，则不能采用磁粉探伤。⑵磁粉图6—5磁粉探伤原理图在磁粉探伤中，缺陷是通过磁粉来显示的。按照使用方式不同，磁粉分为干磁粉和湿磁粉两大类。其中湿磁粉又有荧光磁粉和非荧光磁粉两种。在锅炉和压力容器中应用较广泛的是干磁粉和非荧光磁粉，其粒度为5～10μm，最大不超过50μ图6—5磁粉探伤原理图常用的磁粉主要由Fe3O4或Fe2O3制成。若在其上包覆一层荧光物质就成了荧光磁粉。用干磁粉进行的探伤称为干法，广用于大型结构处于平面或接近平面焊缝的探伤。湿磁粉是按规定浓度悬浮于油或水等载液中的磁粉液，通过流淌或喷撒于被探表面，称为湿法磁粉探伤。湿法比干法具有更高的灵敏度，尤其适用于检测表面微小缺陷，常用于各种空间位置焊缝的探伤。荧光湿粉显示的缺陷清晰可见，在紫外光的照射下呈黄绿色，色泽显明易于观察。常用的载液有煤油、变压器油和定子油等。以每1000ml液体，内含35～40g磁粉为标准。常用的湿磁粉有油磁悬液和水磁悬液。前者悬浮性好，对工件无锈蚀，但探后工件清洗麻烦些；后者流动性好，使用安全，成本低，但悬浮性较差。⑶探伤程序与要求磁粉探伤的主要程序和要求如下：①探伤前的准备调整和校验探伤仪的灵敏度，清除被探表面的油污、铁锈、氧化皮等。②磁化首先应确定磁化电流的种类与方向。一般干粉法用直流电，湿粉法交流电效果较好。应尽可能使磁场方向与缺陷分布方向垂直，因为当磁化磁场的磁力线与缺陷断面垂直时，能在缺陷处获得最大的漏磁场。在焊缝磁粉探伤中，为得到较高的探测灵敏度，通常在被探件上至少使用两个近似相互垂直方面的磁化。③喷撒磁粉或磁悬液采用干法检验时，应使干粉喷成雾状；湿法检验时，磁悬液应充分搅拌后喷撒。④对磁痕进行观察与评定用2～10倍的放大镜观察磁痕。若发现有裂纹、成排气孔或超标的线形或圆形显示，均判为不合格，必须修改或补焊。⑤退磁工件经磁粉探伤后所留下的剩磁，会影响安装在其周围的仪表、罗盘等计量装置的精度，或者吸引铁屑增加磨损。有时工件中的强剩磁场会干扰焊接过程，引起电弧的偏吹，或者影响以后进行磁粉探伤。使工件的剩磁回零的过程叫退磁。当工件进行两个以上方向的磁化后，若后道工序不能克服前道工序剩磁影响时，应进行退磁处理。⑷磁粉探伤设备磁粉探伤可采用标准的磁粉探伤仪，亦可采用自制的小型低压大电流变压器，或者直接利用焊接变压器的二次电流进行磁化。在压力容器中，由于工件尺寸较大，通常只能采用局部磁化法。磁化电流通过二根铜棒直接接触工件表面传递到受检区域。这种方法虽然简便，但带电的铜极与工件表面接触时往往会击伤表面，留下击弧坑。因此，在低合金高强度钢容器上不推荐采用直接接触法，而应采用电磁感应法，局部磁化区范围一般取150～200mm。每一受检区应分别作二次电流方向相互垂直的磁化。外加磁化强度的安匝数可在3000～10000之间选择。表6-1为各种磁粉探伤机的特点与适用条件，表6-2为磁粉探伤机及辅助控制与测试表的功能。表6-1磁粉探伤机的分类及特点分类结构特点应用对象探伤方法固定式磁粉探伤机尺寸、重量大，安装在固定场合1．中小型工件2．需要较大磁化电流的可移动工作湿法检验，交、直流移动式磁粉探伤机置于小车上，便于移动1．小型工件2．不易搬动的大型工件（如天然气罐、高压容器）干、湿法检验，交、直流便携式磁粉探伤机体积小，重量轻，易于搬动适于高空、野外等现场的磁粉探伤及锅炉、压力容器焊缝的局部探伤干、湿法检验，交、直流磁轭式旋转磁粉探伤机由电源箱及磁头两部分组成，体积小，重量轻1．同便携式磁粉探伤机2．缺陷分布为任意方面的工作干、湿法检验，交流表6-2磁粉探伤设备的组成及作用磁粉探伤设备组成作用磁粉探伤机磁化装置产生磁场，使工件磁化零件夹持装置支撑被检工件，导通磁化电流磁悬液喷法洒装置将磁悬液均匀地喷洒在工件表面上观察照明装置提供观察缺陷的照明光源控制部分实现对磁化电流的调整、磁化方式的转换、夹头的移动、充磁控制和油泵启停控制退磁装置消除工件检验后的剩磁磁轭闭合磁力线，产生旋转磁场或某一确定方向的磁场磁粉检验用的其它设备断电相位控制器用于交流剩磁法检验，使剩磁数值稳定，防止工件漏检测磁仪器高斯计或磁场强度测定仪通过对霍尔电势差的测量，得到工件表面、窄缝中，以及螺管线圈中的磁感应强度磁强计测量漏磁场的强度剩磁测量仪检查工件退磁后剩磁的大小质量控制仪器照度计检验工件区的白光强度紫外线强度计测量距紫外灯一定距离的紫外加射能磁性称量仪测定磁粉性沉淀管测定磁悬液浓度6.3.4涡流探伤(ET)涡流探伤也是以电磁感应原理为基础,当钢管(指碳钢、合金钢和不锈钢)通过交流电的绕组时,钢管表面或近表面出现集肤效应，其有缺陷部位的涡流发生变化，导致绕组的阻抗或感应电压产生变化,从而得到关于缺陷的信号。从倍号的幅值及相位等可以对缺陷进行判别,能有效地识别钢管内外表面的不连续性缺陷,如裂纹、未焊透、夹渣、气孔、点腐蚀等,对开放性线性缺陷最为敏感。涡流探伤适用于制造过程作为半成品和成品的生产检验。半成品检验有利于改进制造工艺,提高质量。成品检验是加工的最后工序,对产品进行最后筛选。它适用于线、管、捧`球等不复杂形状的产品进行在线或离线探伤。它广泛用于压力容器用圆形无缝钢管及焊接钢管质量的复验,国内许多生产厂家用它作为带成材双层管焊缝和带成材不锈钢金属软管的管坯纵焊缝的在线检测的主要检测手段,效果比较明显,有助于提高焊缝质量。涡流探伤适用于承压无缝钢管环焊缝及焊接管纵焊缝的表面和近表面缺陷探伤，适用外径为6—180mm的钢管、铜及铜合金、钛及钛合金管的检测。它是一种快速、便宜、安全，且可以实现全自动化的检验方法。缺点是缺陷的类型、位置和形状不易估计，需辅以其它无损探伤检测方法进行定性和定位。另外，它不能用于绝缘材料的检测。6.3.5渗透探伤（PT）⑴原理及应用渗透探伤是利用某些液体的毛细渗透作用检查任何金属或非金属材料表面缺陷的方法。渗透探伤法分着色探伤和荧光探伤两种，其基本原理和探伤操作相似，区别仅在于荧光探伤时的渗透剂是用荧光液，而着色探伤时的渗透剂是用着色剂。但荧光法较着色法有较高的检测灵敏度。着色探伤比荧光探伤的设备简单，操作方便，在焊接检验中应用较广。特别适用于不能采用磁粉探伤的非铁磁性材料的检验，如奥氏体不锈钢和铝及镍基合金等。一般可检测出0.5μm的微裂纹，最小可检测出0.2μm的微裂纹。渗透探伤的基本原理是：在被检工件表面涂覆某些渗透力较强的渗透液，在毛细作用下，渗透液被渗入到工件表面开口的缺陷中，然后去除工件表面上多余的渗透液（保留渗透到表面缺陷中的渗透液）；再在工件表面上涂上一层显象剂，缺陷中的渗透液在毛细作用下重新被吸到工件的表面，从而形成缺陷的痕迹。根据在黑光（荧光渗透液）或白光（着色渗透液）下观察到的缺陷显示痕迹，作出缺陷的评定。⑵渗透剂渗透探伤剂是由渗透剂、乳化剂、清洗剂和显象剂组成。着色探伤采用渗透性较强的液体作为渗透剂。常用的渗透液以煤油、变压器油和苯等为基础，加入饱和量的苏丹4号红色染料配制而成。着色探伤显象剂可用氧化镁、氧化锌、二氧化钛等白色粉末和其他容易挥发的化学剂配制。目前渗透剂、乳化剂均已商品化，可根据需要购买配制好的成品使用。⑶渗透探伤的过程原理与操作要点渗透探伤的基本过程原理如表6-3所示，各过程操作要点分述于后。①预处理在渗透探伤前，应对受检表面及附近30mm范围内进行清洗，不得有污垢、锈蚀、焊渣、氧化皮等。当受检表面妨碍显示时，应打磨或抛光处理。在喷、涂、渗透剂之前，需清洗受检表面，如用丙酮干擦，再用清洗剂将受检表面洗净，然后烘干或晾干。②渗透用浸浴、刷涂或喷涂等方法将渗透剂施加于受检表面。采用喷涂法时，喷嘴距受检表面宜为20～30mm，渗透剂必须湿润全部受检表面，并保证足够的渗透时间，一般为15～30min。若对细小的缺陷进行探测，可将工件预热到40～50℃，然后进行渗透。③乳化当使用后乳化型渗透剂时，应在渗透后清洗前用浸浴、刷涂或喷涂方法将乳化剂施加于受检表面。乳化剂的停留时间可根据受检表面的粗糙度及缺陷程度确定，一般为1～5min，然后用清水洗净。④清洗施加的渗透剂达到规定的渗透时间后，可用布将表面上多余的渗透剂除去，然后用清洗剂清洗，但需注意不要把缺陷里面的渗透剂洗掉。若采用水清洗渗透剂时，可用水喷法。⑤干燥用清洗剂清洗时，应自然干燥或用布、纸擦干，不得加热干燥。在用干式或快干式显象剂显象前，或者在使用湿式显象剂以后的干燥处理中，被检工件表面的干燥温度应不大于52℃。⑥显象清洗后，在受检表面上刷涂或喷涂一层薄而均匀的显象剂，厚度为0.05～0.07mm，保持15～30min后进行观察。⑦观察着色渗透法，应在350Lx以上的可见光下用肉眼观察，当受检表面有缺陷时，即可在白色的显象剂上显示出红色图象。荧光渗透法，用黑光灯或紫外线灯在黑暗处进行照射，被检物表面上的标准荧光强度应大于50Lx，当有缺陷时，即显示出明亮的荧光图象。必要时可用5～10倍放大镜观察，以免遗漏微细裂纹。⑧质量评定在锅炉和压力容器等过程设备中，凡是着色探伤发现的表面超标缺陷均需修磨清除或补焊。表6-3渗透探伤的基本操作⑷渗透探伤设备渗透探伤装置一般可分为四类，即固定式、便携式、自动化及专业化渗透探伤装置。目前应用较多的是前两种。固定式渗透探伤装置包括渗透槽、乳化槽、清洗槽、干燥箱、显象槽及检查台等组成。根据被探工件的大小、数量和现场情况，可把上述各个单元都固定在一个统一体内形成一个整体，或者根据需要变更其配置进行重新组合。前者称为整体型，适用于小型工件探伤；后者称为分离型，适用于大型工件的检测。便携式渗透探伤装置实际上是一个装有渗透探伤剂及各类工具的箱子。由于其体积小、重量轻、便于携带，故适用于现场探伤，或大型工件进行局部探伤，尤其适用于高空野外条件探伤。6.3.6射线探伤（RT）⑴基本原理、特点与应用图6-6X射线透照探伤法1-胶片2、3-内部缺陷4-工件5-X射线6-X射线管射线探伤是利用X射线，γ射线和其他高能射线对受检部位进行透照的一种探伤方法。这些射线都具有穿透金属并对照相底片感光的能力。当射线源、工件和胶片如图6-6布置时，射线就透过工件，照射到底片上。由于射线透过金属时会产生衰减和工件厚度或组织结构的不同，射线的衰减程度亦有差异，对底片就产生不同程度的感光。如焊缝内存在各种形状的缺陷，则由于截面的减少或组织结构的不连续性而使底片上显现黑度深浅不同的影象。从中可辨认出焊缝的轮廓、缺陷的形状和大小。在有余高的焊缝中，射线透过余高时衰减较多，底片上就会显示出较明亮的焊缝表面形状，而在缺陷处射线衰减减少，底片上就会显示出与缺陷形状大小相同，且较暗的影象。图6-6X射线透照探伤法1-胶片2、3-内部缺陷4-工件5-X射线6-X射线管射线探伤的优点是底片上反映缺陷直观可靠，易对缺陷进行定性，且底片保留时间长。缺点是探伤灵敏度不如超声波好，特别是对裂纹之类线缺陷的检出率漏检可能性大些。其次是拍片量很大，检验时间长，费用高，且对探伤人员有较严格的防护要求。尽管如此，由于它在探伤方面具有的独特优点，所以一直是锅炉压力容器制造中广泛使用的无损探伤方法，而且往往作为一些重要设备的最终评定依据探伤方法。我国规定，压力容器壁厚≤38mm时，其对接接头应采用射线探伤。目前工业中应用的主要是X射线和γ射线探伤。γ射线的波长较X射线短，其穿透力强，适用于厚工件的探伤，但灵敏度较低，且对人体的危害较大。X射线探伤应用最广，但其穿透力较小，大多探伤机的探伤厚度均在100mm以内。⑵射线探伤的主要技术要点①射线源不同的射线源其穿透能力不同。穿透能力越强，可探伤的厚度越大，但同时也会导致成象质量下降，尤其底片的对比度明显下降。所以，应根据材料和成象质量的要求，在满足透照工件厚度的条件下，尽量采用较低的射线源。如对于壁厚在30～50mm以下的探伤，最好采用X射线，而不用γ射线。②射线胶片射线胶片不同于普通照相胶卷之处是在片基的两面均涂有乳剂，以增加对射线敏感的卤化银含量。乳剂层主要成分为明胶、溴化银和微量碘化银，明胶具有增感作用和使卤化银颗粒能均匀悬浮、固定其中。溴化银在射线作用下将产生光化反应，碘化银可提高反差和改善感光性能。通常依卤化银颗粒粗细和感光速度的快慢将射线胶片分为J1、J2、J3三类。若需缩短曝光时间，可使用号数大的J3胶片；若要求高成成象质量，则需采用号数小的胶片。锅炉与压力容器焊缝探伤一般可采用J2号胶片。③增感屏增感屏置于胶片的前面或后面，其作用是增加胶片的感光作用。增感屏有金属增减屏与荧光增感屏两类。后者增感能力显著高于前者，但由于荧光扩散等会降低成象质量，易造成细小裂纹等缺陷漏检，故焊缝探伤一般不采用。而金属增感屏有吸收散射线的作用，可以减小散射引起的灰雾度，故可提高感光速度和底片成象质量。锅炉压力容器焊缝探伤应采用金属增感屏或不用增感屏。④象质计与象质指数象质计又称透度计，是用来定量评价射线底片影象质量的工具，用与被检工件相同材料制成，有线型、槽型和孔型三种。锅炉压力容器焊缝探伤规定用线型象质计。线型象质计是一套七根不同直径的金属丝平行排列于两块橡皮板间。探伤时按图6-7所示置于被检焊缝部位，与检验部位一起曝光，在底片上留下金属丝的影迹。根据所能看到的底片上最细金属丝直径的大小，来说明底片灵敏度的大小。如被检焊缝厚度为10mm时，若底片上能看到的最细直径为0.1mm，则此时的相对探伤灵敏度为0.1/10=1%，而绝对灵敏度为0.1mm。即可以检查出的最小缺陷尺寸为0.1mm。象质指数是衡量底片影象质量的参数，其等级从1～16。其中象质指数“1”表示灵敏度最低，对应的象质计金属丝直径最大，为3.2mm；而“16”表示灵敏度最高，对应的金属丝直径最小，为0.1mm。通常透照厚度越大，要求的象质指数就越小；反之则越大。⑤透照质量等级射线探伤的质量分为A（普通）级、AB（较高）级和B（高）级。其中：A级——成象质量一般，适用于承受负载较小的产品及部件；AB级——成象质量较高，适用于锅炉和压力容器产品及部件；B级——成象质量最高，适用于航天和核设备等极为重要的产品及部件。不同的象质等级，对射线底片的黑度、灵敏度有不同的要求。⑥黑度与灰雾度底片黑度（或光学密度）是指曝光并经暗室处理后的底片黑化程度。其大小会影响透照的灵敏度，过大过小均不好。AB级时黑度为1.5～3.5，2为最佳。灰雾度是指未经曝光的胶片经显影处理后获得的微小黑度。若其值过大，则会损害影象的对比度和清晰度，而降低灵敏度。当灰雾度<0.2时对射线底片影象影响不大，AB级应≤0.3。图6—8透照厚度比⑦焊缝的透照厚度比又称透照厚度差，以K表示，其值K=δ¹/δ，如图6-8所示。K值表明中心射线穿透的工件厚度小于边缘射线束穿透的工件厚度，产生了透照厚度差。显然中间部位穿过的射线束较边缘的要强，故底片中间部位的黑度值高于两端部位。若两端部位的黑度过低，就会降低其对比度，使两端部位的缺陷有可能漏检。为此，探伤时要控制透照厚度比不能过大。压力容器上纵焊缝AB级的K≤1.03，环焊缝AB级的K≤图6—8透照厚度比⑧透射方向应正确选择射线的透照方向。只有射线垂直入射工件的缺陷时，底片上缺陷图象才不会畸变，且其尺寸也最接近缺陷实际尺寸。同时，裂纹、未熔合等面型缺陷，只有射线入射方向与其深度方向一致时，底片上缺陷影象才最清晰，检出率才最高。实践表明，当二者倾角>20°时，裂纹漏检率的可能性极大。⑶射线探伤设备X射线设备分为携带式和轻便移动式两种。它由X射线管、操作架、高压电源和控制器等组成。携带式X射线探伤设备主要用于施工现场，而移动探伤设备则多半用于装有起吊设备的车间内检查大型工件。X射线探伤设备的主要技术特性是最高管电压和管电流，X射线探伤设备的型号都是用这二个参数来表示的。如XX-1005型X射线探伤设备的最高管电压为100KV，最高管电流为5mA。管电压越高，可检厚度愈大；而管电流愈大，X射线的强度愈大，所需曝光时间愈短，可显著提高探伤效率。X射线设备主要按受检焊件的最大厚度来选择。其最高管电压与可检查的最大钢板厚度如表6-4所列。同位素可穿透的钢材厚度（mm）Ir192(同位素可穿透的钢材厚度（mm）Ir192(铱)20～40Cs137(铯)20～80Co60(钴)50～150最高管电压（KV）可检最大厚度100121503020060300100400120γ射线设备主要由γ射线源、贮存器、照射器、机械支架、操纵杆等组成。工业探伤的γ射线原同位素有钴60、铱192和铯137等，其可探钢板厚度如表6-5所示。γ射线与X射线相比具有设备简单，操作方便，易于搬动等优点，缺点是检验缺陷的灵敏度较低，对人体的危害较严重。6.3.7超声波探伤（UT）⑴原理、特点与应用超声波是一种频率超过20kHz的机械振荡。这种声波能在固体、液体和空气中传播，并在经过不同介质的界面时会发生反射。因此利用这一原理可以检验金属材料中，包括焊接接头中的缺陷。超声波探伤具有敏度高、设备轻巧、操作方便、探速快、成本低等优点，是目前焊缝内部缺陷普遍采用的方法之一。但焊接检验中使用的探伤仪器都是以脉冲波形来间接显示缺陷，故对缺陷的定性存在困难，且探伤结果受探伤人员经验和技术水平的影响较大，不易做到精确判断缺陷的种类和大小。超声波探伤的最大优点是对裂纹之类平面缺陷的灵敏度显著高于射线探伤。而裂纹是焊接压力容器中危害最多的缺陷。实际探伤中，往往要求射线和超声并用，发挥各自的特长，既准确又经济。特别值得提出的是，目前超声波还不能用于奥氏体不锈钢铸件与焊缝，以及黄铜和镍基合金的探伤。这首先是因为这类材料的铸态晶粒粗大，晶粒间易产生反射杂波；同时声波在粗晶界传播衰减大，以至难以把缺陷波与杂波分辩出来。⑵超声波探伤仪探伤焊缝采用脉冲反射式超声波探伤仪，它是由脉冲超声波发生器、接收放大器、指示器和声电换能器等四大部分组成。除探头（声电能换器）外，其他三部分合装在一个箱内成为一个机体。因此，实际上分为机体和探头两部分。根据缺陷的显示方法不同，脉冲反射式超声波探伤仪有A型、B型、C型和3D型四种类型。其中A型是目前焊缝探伤中最常用的一种。其主要特点是示波屏上纵座标代表反射波的振幅，可由此显示缺陷的存在与大小；横座标代表探头的水平位置，可由此对缺陷定位。A型探伤仪的工作原理如图6-8所示。探伤时，超声波通过探测表面的耦合剂将超声波传入工件，超声波在工件里传播，遇到缺陷和工件的底面就反射回至探头，由探头将超声波转变成电讯号，并传至接收放大电路中，经检波后在示波管荧光屏的扫描线上出现表面反射波（始波）A，缺陷反射波F和底面反射波B。通过始波A和缺陷波F之间的距离便可决定缺陷离工件表面的位置。同时通过缺陷波F的高度亦可决定缺陷的大小。⑶焊缝超声波探伤技术要点①确定检验等级根据产品的质量要求，我国规定焊缝超声波探伤分为A、B、C三级。检验的完善程度A级最低，B级居中，C级最高。一般来说，A级适用于普通结构，B级适用于压力容器与相应管道，C级适用于核容器等级重要结构。图6—8A型探伤仪原理图②探伤灵敏度的选定探伤灵敏度是指在确定的探测范围内的最大声程处发现规定大小缺陷的能力。它也是仪器和探头组合后的综合指标，因此可通过调节仪器上的“增益”、“衰减器图6—8A型探伤仪原理图应当注意，探伤灵敏度越高，发现缺陷的能力就越强。但当灵敏度过高时，由于多种原因会出现杂波，使缺陷显示不清晰，所以也不是越高越好。③频率选择频率是制定探伤工艺的重要参数之一。频率高，探伤灵敏度和分辨能力均提高且指向性亦好，这些对探伤有利。但同时，频率高又使近场区长度增大、衰减大等，又对探伤不利。据此，对于粗晶材料、大厚工件的探伤，宜选用较低频率；对于晶粒细小、薄壁工件的探伤，宜选用较高频率。焊缝探伤中由于危险性缺陷大都与声束线呈一定夹角，在这种情况下若频率过高，则缺陷反射波指向性很强，且声波在工件中衰减过大，探头反而不易收到缺陷回波。焊缝探伤时，一般选用2～5MHz频率，推荐采用2～2.5MHz。压力容器多用2.5MHz。④探头及其选择探头又称压电超声换能器，是实现电一声能量相互转换的能量转换器件。在焊缝探伤中常用的有直探头和斜探头。声束垂直于被探工件表面入射的探头称为直探头，可发射和接收纵波（见图6-9）。图6—9纵波探伤利用透声斜楔块使声束倾斜于工件表面射入工件的探头称为斜探头，它使折射横波在工件中传播（见图6-10）。通常横波斜探头以钢中折射角标称：γ=40°、45°、50°、60°、70°。有时也以折射角的正切值标称：K=tgγ=1.0、1.5、2.0、2.5、图6—9纵波探伤焊缝探伤大多采用斜探头。探伤时应根据工件厚度与缺陷的方向，选择不同K值的斜探头。通常是：薄工件采采用大K值探头，以拉开跨距，提高分辨能力和定位精度；大厚度的工件宜采用小K值探头，以减小修整面的宽度，有利于缩短声程，减小衰减损失，提高探伤灵敏度。如果从探伤垂直于探伤面的裂纹考虑，K值越大，声束轴线与缺陷反射面越接近于垂直，缺陷回波声压就越高，即灵敏度越高。对有些要求比较严格的工件，探伤时应采用K值，多探头进行扫查，以便于发现不同取向的缺陷。⑤探伤面与耦合剂探伤前必须对探头需要接触的焊缝两侧表面，进行以清除飞溅、浮起的氧化皮和锈蚀等为目的的修整，修整后表面粗糙度应不大于Ra6.3μm。为使声束能较好地透过界面射入工件中，在探头与工件之间施加一层透声介质称耦合剂。其作用在于排除空气、填充间隙、减少探头磨损，便于探头移动。常用的耦合剂，有机油、变压器油、甘油、化学浆糊、水及水玻璃等。焊缝探伤中多采用化学浆糊和甘油。⑥探伤盲区超声波可以对很厚的工件进行探伤，但却不宜用于太薄件的探伤。因为常用探伤仪均存在一个探伤盲区。盲区是在规定探伤灵敏度下从探伤面至能够测出缺陷的最小距离，它表征着系统的近距离分辨能力，它是由于始脉冲具有一定宽度和放大器的阻塞现象造成的。随着探伤灵敏度的提高，盲区也随之增大。目前的市售探伤仪，其盲区小的不大于3mm，但也有的在10mm以上。⑷焊缝的超声波探伤方法①探伤方法焊缝通常采用纵波法或横波法进行探伤，且以横波法居多。纵波法是采用直探头将声束垂直人射工件探伤面进行探伤的方法，简称垂直法。当直探头在无缺陷工件上移动时，则探伤仪的荧光屏上只有始波A和底波B，如图6-9a；若探头移到有缺陷处，且缺陷的反射面比声束小，则荧光屏上出现始波A，缺陷波F和底波B，如图6-9b；若探头移到大缺陷处（缺陷比声束大），则荧光屏上只出现始波A和缺陷波F，如图6-9c。纵波法易于发现与探伤面平行或近于平行的缺陷。横波法是采用斜探头将声束倾斜入射工件探伤面进行探伤的方法，简称斜射法。当斜探头在无缺陷探伤面上移动时，由于声束倾斜入射至底面产生反射后，在工件内以“W”形路径传播，故没有底波出现，荧光屏上只有始波T，如图6-10a；当工件存在缺陷而缺陷与声束垂直或倾斜角很小时，声束会被反射回来，在荧光屏上出现始波T和缺陷波F，如图6-10b；当探头在无缺陷面移动至接近板端时，则声束将被端角反射回来，在示波屏上出现始波T和板端反射波B，如图6-10c。图6—10横波探伤图6—10横波探伤在接管内壁表面采用直探头探伤，如图6-11位置1；在容器内表面用直探头探伤，如图6-12位置1；在接管外表面采用斜探头探伤，如图6-12位置2；在接管内表面采用斜探头探伤，如图6-11位置3，图6-12位置3；在容器外表面采用斜探头探伤，如图6-11位置2。图6-11插入式接管角焊缝的探伤Ⅰ图6-12安放式接管角焊缝的探伤Ⅱ⑸各种焊接缺陷的波形特征①气孔气孔一般是球形，反射面较小，对超声波反射不大，且单纯。因此在荧光屏上单独出现一个尖波，波形也比较单纯。当探头绕缺陷转动时，缺陷波高度不变，但探头原地转动时，单个气孔的反射波即迅速消失。而链状气孔则不断出现缺陷波，密集气孔则出现数个此起彼落的缺陷波。单个气孔的波形如图6-13所示。②裂纹裂纹的反射面积较气孔为大，而且较为曲折，用斜探头探伤时荧光屏上往往出现锯齿较多的尖波，如图6-14所示。若探头此时沿缺陷长度方向平行移动，波形中锯齿变化很大，波高也有些变化。当探头平移一段距离后波高才逐渐降低至消失。但当探头绕缺陷转动，缺陷波迅速消失。③夹渣夹渣本身形状不规则，表面粗糙，故其波形是由一串高低不同的小波合并的，波根部较宽，如图6-15。当探头沿缺陷平行移动时，条状夹渣的波会连续出现。转动探头时，波迅速降低。而块状夹渣在较大的范围内都有缺陷波。且在不同方向探测时，能获得不同形状的缺陷波。图6-13气孔波型图6-14裂纹波型图6-15夹渣波型④未焊透未焊透的波形基本上和裂纹波形相似，不同的是没有裂纹波形那样多锯齿。当未焊透伴随夹渣时，与裂纹区别才较显著，因为这时兼有夹渣的波形。当斜探头沿缺陷平移时，在较大的范围内存在缺陷波。当探头垂直焊缝移动时，缺陷波消失的快慢取决于未焊透的深度。⑤未熔合未熔合多出现在母材与焊缝的交界处，其波形基本上与未焊透相似，但缺陷范围没有未焊透那样大。6.3.8声发射检测（1）声发射检测基本原理声发射技术是根据容器受力时材料内部发出的应力波判断容器内部结构损伤程度的一种新的无损检测方法。它与Ⅹ射线、超声波等常规检测方法的主要区别在于声发射技术是一种动态无损检测方法,它能连续监视容器内部缺陷发展的全过程。因而这项技术近年来在容器检测方面的应用发展很快，以将此项技术成功的应用于大型球罐开罐检查。声发射的来源涉及的范围非常广泛,但主要是裂纹的形成和扩展。裂纹的形成和扩展与材抖的塑性变形有关,--旦裂纹形成，材料局部的集中应力得到卸载,则产生声发射。材抖的断裂过程大致可分为三个阶段，①裂纹成核；②裂纹扩展；③最终断裂。这三个阶段部可成为强烈的声发射源。单个原子排列位错滑移也会产生声发射,但裂纹形成产生的声发射比单个位错滑移产生的声发射至少大两个数量级。在微观裂纹扩展成为宏观裂纹之前,需要经过裂纹的慢扩展阶段。但裂纹扩展所需要的能量比裂纹成核需要的能量大100倍以上。裂纹向前扩展,积蓄的能量大部分是以弹性波的形式释放出来，使得裂纹扩展产生的声发射比裂纹成核的声发射大得多。如果裂纹持纹扩展,按近临界裂纹长度时,就开始失稳扩展。形成快速断裂。这时的声发射强度更大，以至于人耳都可听见，声发射检测所使用的仪器称为声发射探伤仪，它由换能器、放大器和声发射率计数器等部分组成。换能器类似超声波探头中的换能器，其功用是接受裂纹产生和扩展引起的弹性波并转换成电信号，使其在声发射检测仪上显示出来。目前，声发射探伤仪有单通道和多通道两大类。多通道探伤仪功能较为齐全，除了单通道仪具有的检测与处理系统外，还包括数字测量系统、计算数据处理系统及外围显示系统等。我国已生产有双通道、四通道、八通道等中小型声发射探伤仪，以及36通道大型声发射探伤仪。（2）声发射技术在承压焊接设备中的应用声发射检测对象必须是处于动态中的缺陷，如正在产生和扩展中的裂纹等。而对于处于静态的气孔、夹渣和未焊透等缺陷是不能检测的，即它适用于承载条件下的监控和检测。近年来，国内外对使用声发射评价压力容器设备的结构完整性进行了大量的研究工作，大部分是通过耐压试验进行声发射检测以确定是否有加载发展的缺陷，确定缺陷位置和评价缺陷的危害程度。目前声发射技术以成功地应用于役前和在役压力容器设备结构完整性的检测评定和监控上。①役前容器设备结构完整性检测评定此种检测是在出厂前水压试验或用户在安装前做水压试验时进行声发射检测，以做到早期发现设备壁内存在的足以造成性能退化和影响正常使用的活动性危险缺陷，避免灾难性破坏事故的发生。②在役容器设备结构完整性检测评定此种检测是对已经服役运转一定周期后的设备，在停工检修时通过水压试验进行声发射检测，发现活动缺陷源，定出位置后再用常规方法对局部活动源进行重点复查。这样不仅大大减少了常规无损探伤工作量，加快检修进度，还免去了相当数量不必要的缺陷返修，提高了经济效益，确保了设备的安全使用。③在役运行压力容器设备的监控对于在高温、高压有强烈腐蚀性或毒性介质条件下，或带有尚存疑问缺陷的承压设备，可以采用声发射技术对其运行进行监控，即在线检测。目的是检测缺陷在承载运行条件下的变化，提供停机或检修的最佳时机，避免大事故的发生。若对在役运行设备采用连续检测，则人力物力耗费较大，可以采用定期检测。我国已制定了在役压力容器声发射检测评定标准：JB/TQ753—89《在役压力容器声发射检测评定办法》。该标准适用于屈服点≤800Mpa的钢制压力容器，压力管道检测也可参考使用。（3）声发射技术存在的问题虽然声发射技术得到了广泛的应用，但还有不少基础研究尚需进行。而且它本身还存在很多的局限性。如一个缺陷没有扩展，它是无法检测到的；设备也比较昂贵。所以它不能代替常规的无损检测方法。但它能弥补常规无损检测方法中的不足，能为评价容器整体结构完整性提供数据，因而其使用必将愈来愈广。6.3.9无损探伤方法的比较与选用焊接接头检验时，其探伤方法应根据工件的材料、厚度、结构和可能产生的缺陷位置以及探伤方法的特点与灵敏来综合考虑。表6-6为常用探伤方法的特点比较。表6-6常用无损探伤方法的比较检验方法可发现缺陷检验厚度灵敏度判伤方法备注着色检验贯穿表面的缺陷（微裂、气孔等）表面缺陷宽度小于0.01mm，深度小于0.03～0.04mm者检查不出肉眼观察直接判断。只能确定缺陷位置，不能确定缺陷深度焊接接头表面不加工或打磨。奥氏体不锈钢优先采用。萤光检验磁粉探伤表面及近表面缺陷（微裂纹，未焊透，气孔等）被检验表面最好与磁场正交表面，近表面比萤光法高；与磁场强度和磁粉质量有关直接根据磁粉分布情况判定缺陷位置。缺陷深度不能确定被检验焊件限为磁性材料。焊接表面不加工或打磨。铁磁性材料优先采用。超声波探伤内部缺陷（裂纹、未焊透，气孔及夹渣）受盲区限制，尤其透用于中、厚板检测。能探出直径大于1mm的气孔和夹渣。检验内部裂纹灵敏度较高据仪器萤光屏上的波形判断缺陷位置及大小。确定缺陷性质较困难被检验部位需加工到Ra6.3X射线探伤内部裂纹，气孔，未焊透，夹渣等受管电压限制，一般厚度<100mm能检验出大于焊缝厚度1-2%的缺陷从照像底片上直接判断缺陷种类，大小和分布，检验裂纹不如超声波灵敏焊接接头表面不需加工；正反两面都必须是可接近的γ射线探伤可较X射线厚度大一般为焊缝厚度的3%6.3.10压力试验与致密性检验⑴压力试验压力试验的主要目的是考核承压壳体的整体强度，同时也检验有无穿透性缺陷。压力试验以水压式验为主，个别情况也有做气压试验的。但气压试验危险性大，必须在有关安全部门监督下进行。水压试验时注意要点如下：①升压前必须将内部空气排除干净；②容器与水泵上应同时装设校验合格的压力表；③为防止脆性断裂发生，碳钢、16MnR和正火15MnVR钢容器，试验水温不得低于5℃，其它低合金钢容器不得低于15℃；④奥氏体不锈钢制容器，试验用水中的氯离子含量应<25mg/L，以防应力腐蚀发生；⑤试验压力应≥1.25倍设计压力，试验时压力应缓慢上升，升至试验压力保压至少30min，然后降至规定试验压力的80%，并保持足够时间对所有焊接接头进行检查。如有渗漏必须修复补焊，再重新作水压试验。⑥液压试验完毕后，应将液体排净并用压缩空气将内部吹干。⑵致密性检验致密性检验的目的主要是检验容器或管道等的微小穿透性缺陷。对于不允许有微量泄漏的压力容器壳体，如介质为易燃或毒性程度为极度和高度危害的设备，应进行致密性检验，以检查是否存在有微小穿透性缺陷。常用的方法有气密性试验、氨渗漏试验和煤油渗漏试验等。①气密性试验容器经液压试验合格后方可进行气密性试验。试验压力为设计压力的1～1.05倍。试验时压力应缓慢上升，达到规定试验压力后保压10min，然后降至设计压力。在焊缝部位涂抹肥皂水检查泄漏，若某处有穿透性缺陷存在，容器内的气体就会逸出，于是在该处出现渐渐扩大的肥皂泡，从而发现缺陷。小型容器也可浸入水中检验。应注意，气密性试验与气压试验是两个不同的概念。气压试验属于压力试验，目的主要是考查容器总体强度的可靠性；而气密性试验目的主要是检查焊缝的穿透性微小缺陷，其试验压力较气压试验低些。二者试验介质一般均为空气，也可是氮气，主要操作程序也基本相同。故凡进行气压试验的容器，均可免做气密性试验。还应注意，气压试验和气密性试验，均必须对焊缝进行100%射线或超声探伤，且试验环境温度不得低于15℃。②氨渗漏试验向密封容器通入含体积比1%氨的压缩空气（最好是氮气），压力、保压时间与泄漏通道尺寸有关。国内多在0.5MPa下保持5～10min。用比焊缝宽10～20mm的纸或纱布，浸过约0.1%酚酞或5%硝酸汞的溶液贴在焊缝上，出现红或黑色斑痕即为有泄漏，应修补后重新进行试验。氨渗试验比涂肥皂水的气压试验更准确、更迅速，还可在低温下检验焊缝的致密性，适用于液氨设备与各种承压管道的致密性检验。③煤油渗漏试验多用于检查低压薄壁容器的致密性。试验时先清理受试焊缝的内外表面，一面涂上石灰水干燥后，在另一面涂上煤油浸润。由于煤油的表面张力小，穿透能力强，故有穿透性缺陷处就会有油斑。30min后未发现油斑即认为焊缝合格。④氦质谱检漏技术氦质谱检漏借助于氦质谱检漏仪进行。该仪器是只对示漏气体氦气进行分析并专门用来检漏的仪器。它是目前国际上公认为最灵敏、用得较为广泛的一种致密性检测的检漏仪器。被检零部件(或焊件)可在局部真空状态下进行检测，灵敏度高，且能准确快速定点定量判断漏点，是一种无毒、无污染、一次性非破坏性的检漏方法。随着科学技术的发展,它在真空技术、低温技术、航天与航空技术以及电子、通信、医疗和家用电器等领域中得到广泛使用。它主要检测材质、元件和焊接构件等细小、无规则的穿透性缺陷。氦质谱检漏仪主要由真空系统、质谱室和电气部分组成。质谱室是该仪器的心脏部门,它由离子源、分析器和收集器组成。把它们放在一个可以抽真空的外壳中。离子源是将气体电离，形成一束具有一定能量的离子,通过分析器将不同质量的离子按不同轨迹运动将它们彼此分开,仅使氦离子通过其出口缝隙经过收集器的电子元件。将所输入的微弱离子流通过运算放大器转换成输出电压和电流以便测量。质谱室中有一种示漏气体,通过它确定被检零部件的漏点位置和漏孔大小。选用氦气作为示漏气体,它其有下列特性:首先它是一种惰性气体,不会与系统中任何物质发生作用；该气体又是一种无色无味无毒不会自燃的气体,能保持系统内的稳定性；在所有气体中,氦气比较轻(除氢气外),具有较高的扩散速度,因此具有最高的灵敏度，同时氦气在大气中含量很低,大气中氦的浓度(体积分数)仅为5×10-4%，远远低于示漏气体的浓度,绝不会由于系统中残留的空气当作漏率而被检测。所以选用氦气作为示漏气体容易检测,可靠性好且较为经济。使用氦气压力为O.l—0.3Mp。检漏技术就是发现漏源。大多数漏源又存在于组装各种零件间的连接不密封处,利用氦质谱检漏仪特别容易发现焊接结构中焊缝缺陷造成的漏源。有些细小不规则穿透性焊接缺陷,经过耐压试验和气压试验未能发现,而通过氦质谱检漏仪能迎刃而解。例如,经过多次弯曲路径长度比壁横断面长度大得多的线性缺陷,如同一条长而不规则的蚯蚓洞也能检漏出来。当示漏氦气在质谱室内超过预先设定的灵敏度标定值时，它会及时发出音响报警，测出漏点的位置并能计算出漏率量。对于致密性要求高的大型容器或高真空度容器，氦质谱检漏是一种高灵敏的先进检测方法。国产氦质谱检漏仪有自动常规检漏仪、超高灵敏型常规检漏仪、自动逆扩散检漏仪和便携逆扩散型检漏仪四种型号。中科院北京科学仪器研制中心和成都仪器厂等均有产品出售。6.4焊接接头的破坏性检验破坏性检验是截取某一部分焊接接头金属，加工成规定尺寸和形状的试件进行。试件通常由与产品同时焊接按完成的产品焊接试板上截取。破坏性检验的内容一般有机械性能、金相组织、化学成分等，有些材料还要进行耐腐蚀与扩散氢含量的测定。⑴机械性能试验承压壳体焊接接头的机械性能试验按GB150附录E进行，其内容如下：①拉力试验用以测定焊接接头的抗拉强度（σs）、屈服强度（σs）、断面收缩率（Ψ）和延伸率（δ）。这些指标能说明焊接接头的强度与塑性；②弯曲试验是以试样弯曲角度的大小及产生裂纹的情况作为评定指标来检验焊接接头的塑性；③冲击试验用来测定焊接接头的韧性指标。要求采用V型缺口试样，应根据具体要求在常温或规定低温下进行试验。④硬度试验。焊接接头的硬度分布曲线能反映出接头各区域的性能差别。一般用维氏硬度法测定焊接接头的硬度分布曲线。⑵金相分析通过焊接接头的金相分析可了解接头各部位的组织，发现焊缝中的显微缺陷，如夹杂物、裂纹、白点等。金相分析方法可分为宏观分析和微观分析二种。①宏观分析是直接用肉眼或借助30倍以下低倍放大镜观察试样断口，可进行宏观组织分析，也可进行断口分析，还可做硫印。②微观分析是用光学显微镜或电子显微镜，在放大几百倍至几千倍下观察试片的微观组织。它可检验焊接接头各区域的微观组织、偏析、缺陷以及析出相的种类、性质、形态、数量等，以便研究它们的变化与焊接材料、工艺方法和焊接参数等的关系。它主要作为质量分析及试验研究手段，某些情况下也作为质量检验手段。⑶化学分析化学分析试样应取自焊缝金属，但要避开焊缝两端。由于不同层次的焊缝金属受母材的稀释作用不同，一般以多层焊或多层堆焊的第三层以上的成分作为焊条熔敷金属的成分。经常分析的元素为碳、锰、硅、硫和磷。对于合金钢、不锈钢焊缝还需分析相应的合金元素。⑷耐腐蚀性试验焊接接头的腐蚀破坏有多种形式，如总体腐蚀、晶间腐蚀、点腐蚀、应力腐蚀等。腐蚀试验有各种方法，与材料种类关系大。奥氏体不锈钢焊接接头往往要做晶间腐蚀试验，有时也做应力腐蚀试验。⑸扩散氢含量的测定低合金钢焊缝中扩散氢含量的多少，直接关系到焊后是否会产生延迟裂纹。因此，用于低合金钢焊接的焊条应控制熔敷金属中的扩散氢含量。我国普遍采用45℃甘油法测定熔敷金属中扩散氢的含量。扩散氢含量通常在焊接工艺评定试验中进行测定。6.5制造中的焊接缺陷返修⑴对缺陷返修次数的限制压力容器在制造过程中，对检验出来的超标焊接缺陷，除较小的表面缺陷可以进行打磨消除外，其余均进行返修补焊。GB150中规定，同一部位的返修补焊次数不得超过两次；对经两次返修仍不合格的焊缝，如需再次进行返修，需经制造单位技术总负责人批准。然而一些主要工业发达国家对焊缝的返修次数并无明文规定。实际他们是通过严格的质量管理进行控制，超过两次的返修极少。⑵多次返修对焊接接头的影响受焊接热循的作用，焊接接头将发生组织和性能的变化。一般的情况是，焊接线能量大，易使热影响的晶粒粗大，韧性下降。这种组织和性能的变化与材料种类和焊接方法关系很大。例如，强度低于500MPa的低碳、低合金钢，当采用大线能量的单面埋弧焊、气体保护立焊或电渣焊等方法时，会出现明显的熔合区脆性；而对800MPa级的高强度钢，线能量大于50KJ/cm时，熔合区韧性严重下降，因此焊接时必须限制线能量。返修次数越多，热影响区受焊接热循环的作用就越大。焊缝返修时更应注意这点。关于焊缝返修次数问题，国内工程界看法并不一致，关键是缺乏全面的试验研究资料。此前国内对焊缝多次返修的试验研究，几乎都是用16M