1压力容器检验的内容
1.1. 压力容器中可能存在的危险缺陷
压力容器产生的缺陷主要有在使用中新产生的缺陷和漏检验后遗留的缺陷。压力容器主要是使用钢材利用焊接来成型的。夹渣、气孔、裂纹是钢材中最常见的缺陷。一般来说,目前因材料检验的要求和材料制造水平的提升,材料中有的缺陷会比较少。在压力容器中, 焊瘤、咬边、凹坑、夹渣、气孔、未焊透、未溶合和裂纹等是焊缝焊接的缺陷。在使用压力容器的过程时可能产生腐蚀和裂纹等缺陷。会破坏焊缝当中的原子结合,而新形成的界面所产生的缝隙就被称之为裂纹。一般来说, 宏观裂纹是我们所说的主要裂纹,就是我们肉眼能够看见的裂纹,但是不包括只有在高倍数的显微镜下看到的晶内裂纹与晶间裂纹。体积型缺陷是指具有三维尺寸的缺陷,。面积型缺陷是指具有二维尺寸而另一维尺寸却很小的缺陷,。裂纹的危害性是很大的,因为它具有快速脆断和延迟等特性,所以往往会带来巨大的危害。生活中发生的压力容器的事故绝大部分是因为裂纹所引发的脆性断裂。压力容器中最严重的缺陷就是裂纹缺陷,如果在压力容器检测过程中发现裂纹,为保证设备的安全运行应当消除裂纹。
1.2压力容器检验的重点
由于运作压力容器的过程时会承受一定的内部载荷, 较易发生断裂或是材料屈服,引发压力容器失效。因此压力容器能够安全运行的基础是保持压力容器焊接部位的强度和压力容器的材料。对压力容器的检验主要是发现影响压力容器的缺陷,尤其是危险性较大的活性缺陷,比如未焊透、未溶合和裂纹等。
2.2压力容器声发射检测的原理
2.2.1凯赛尔效应及其在声发射技术检测中的应用
声发射现象与材料的断裂和塑性变形是有着密不可分的关系,材料的受载历史对于重复加载声发射的特性有着特别重要的影响。直到重复载荷达到之前所加最大的载荷才会发生明显的声发射现象, 这种不可逆的性质在声发射中被称为凯赛尔效应。
图2-1 凯赛效应实验结果
Figure2-1 The results of the experiment
如图2-1为凯赛尔效应的实验结果,明显可以看出来,对材料加了一次载荷之后使材料发生声发射之后再卸去载荷,如果第二次施加载荷时,没有超过第一次施加载荷时的应力值,就没有声发射的产生, 压力容器进行定期的检测就是根据这一原理进行的。
能够依据断裂力学的理论得到, 在平面应力条件作用下承载时,当结构中含有缺陷,在缺陷的尖端会形成如下图所示的一个塑性区。
图2-2 缺陷尖端的塑性区示意图
Figure2-2 Defective tip of the plastic zone
2.2.2对压力容器声发射源的特征探究
要对压力容器进行声发射信号源解释和分析首先必须要了解压力容器的声发射源所具有的特点。典型声发射源可以分为以下七类,分别是:焊接缺陷开裂、氧化皮剥落、机械摩擦、裂纹扩展、泄漏、焊接残余应力释放、电子噪音。
1.裂纹扩展
裂纹的形成与扩展的过程由裂纹的形成、裂纹尖端塑性变形、裂纹扩展者三个步骤组成。
材料的裂纹声发射源往往会比较集中,所以在声发射检测的过程中,通常若是比压力容器运行的压力低则不会产生声发射定位源信号,若是高于此压力则就会有声发射定位源的信号。无论是在降压后进行第二次升压阶段还是保压阶段,都是很少产生或几乎不产生声发射定位源信号,这是满足满足凯赛尔效应的。运用声发射传播的原理来采集信号,再对采集后的信号进行分析,从而可以达到对压力容器的裂纹位置或是损伤点进行预报和检测的目的,这便是声发射的分析诊断。
2.机械摩擦
压力容器的加压试验期间,其容器的壳体容易产生应变,压力容器的结构就会因这些摩擦而产生声发射定位源信号。压力容器的外部脚手架、柱腿、外部保温及容器的支座等部件均可产生机械摩擦。机械摩擦在较大的范围内都会散布着声发射定位源,由于机械摩擦的AE机制和一整块的金属材料由于塑性变形所产生AE机制是不同色,所以不满足凯赛尔效应。也就是说,压力容器在降压后的再次升压的过程中仍会产生声发射的信号。
3.焊接残余应力释放
由于残余应力分布的范围比焊接的缺陷部位和裂纹大很多,所以裂纹、和渣等缺陷所产生的声发射定位源就比残余应力所产生的声发射定位源范围小很多。
残余应力产生的声发射信号具有定位源分布范围大和满足凯赛尔效应这两个明显的特点。这是因为残余应力释放使得材料应力比较集中的部位发生局部的屈服,这就会导致位错运动的产生从而使得声发射信号的产生。材料的位错运动最终会导致应力松弛。在降压后再进行几次升压时,当压力达到第一次最高压力后才会导致位错的运动,此时声发射信号才会产生。
4.泄漏
在对水压和气压进行实验的过程中,压力容器上人孔、法兰和缺陷穿透部位的泄漏,能够产生大量声发射信号。这就可以通过采用声发射信号撞击数、幅度和能量等来确定泄漏源的具体的区域。
5.氧化皮剥落
钢制的压力容器在长期的使用之下,其内部和外部都会产生氧化。有时内部介质腐蚀性严重和外部环境恶劣等就会产生严重的腐蚀现象,水压试验的过程中,氧化皮的破裂剥落则会产生声发射信号。
6.焊接缺陷开裂
在焊接压力容器的过程中,会因为焊接操作不恰当,出现较多的焊接缺陷。就会使夹渣、气孔、未熔合等缺陷存在于焊缝中。这几种缺陷很容易同时出现,并混杂在一起。这些都能够使得声发射信号的大量产生。
7.电子噪声
声发射仪器的电子噪音信号大多数来源于其仪器的内部系统,这是因为目前的声发射仪器抗干扰力较强,不易受到外部环境的影响。其中探头、前置放大器、信号线和信号采集板等是声发射系统内部主要的噪音源。电子噪音信号来自于不同的通道,相互之间没有关联,因此则不会产生定位源。
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