壓力容器的焊縫無損檢測研究

1、本科畢業(yè)論文（設(shè)計）論文題目: 壓力容器的焊縫無損檢測研究 學(xué)生姓名: 所在院系: 機(jī)電學(xué)院 所學(xué)專業(yè): 機(jī)電技術(shù)教育 導(dǎo)師姓名: 完成時間: 摘 要本文對一般壓力容器出現(xiàn)的事故進(jìn)行了綜合分析，得出焊縫質(zhì)量低劣對壓力容器的危害比較大，由此介紹了壓力容器的無損檢測-大型常壓儲罐的無損檢測技術(shù)。常壓儲罐在原油、化學(xué)危險品的儲存和輸送過程中起著重要作用，目前我過擁有的5000 m3以上儲罐就有2萬多臺。在使用過程中，罐底腐蝕泄漏是引起儲罐失效的主要原因，對儲罐進(jìn)行相關(guān)的檢驗(yàn)可以了解儲罐的使用狀況，預(yù)防儲罐失效。簡要介紹了無損檢測技術(shù)在儲罐檢驗(yàn)中的應(yīng)用，對聲發(fā)射和罐底板漏磁掃查技術(shù)檢測儲罐泄漏和腐蝕進(jìn)

2、行了介紹,并提出了相關(guān)的工藝要求。又針對目前焊縫殘余應(yīng)力常用的幾種無損測量方法進(jìn)行了簡單介紹和比較。提出了一種新的無損測量方法-金屬磁記憶檢測技術(shù)。分析了該技術(shù)在壓力容器焊縫中的應(yīng)用前景及存在的問題。目的在于為從事壓力容器設(shè)計、制造和操作管理者提供了一些經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，并盡可能的防止和杜絕該類事故的發(fā)生與重演。關(guān)鍵詞：壓力容器，焊縫，無損檢測Weld line Nondestructive Testing of Pressure VesselsAbstractIn this paper, synthetic analyses are made for the causes of accident

3、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 che

4、micals. 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 te

5、chnologies 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

6、 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 錄444788101112121313161 緒論把壓力容器作為承壓的特種設(shè)備，并對它們的安全狀況進(jìn)行專門的檢驗(yàn)和檢測，對安全科

7、學(xué)和安全管理進(jìn)行研究，在世界各國已形成共識，并作為制度。但這種認(rèn)識不是一朝一夕建立起來的，而是經(jīng)歷了漫長的過程。在這個過程中，壓力容器在服務(wù)于社會的同時，也給人類帶來了損失和災(zāi)難。如，世界上各種各樣的壓力容器爆炸事故等。正是由于壓力容器的特殊性和發(fā)生事故的危險性，世界各國都先后設(shè)立了相應(yīng)的管理（監(jiān)察）機(jī)構(gòu)，制定了相應(yīng)技術(shù)規(guī)范，形成了安全管理制度。 我國建立壓力容器管理機(jī)構(gòu)是在1995年。在當(dāng)時的勞動部設(shè)立了安全監(jiān)察總局。在此后的二十余年里，壓力容器管理機(jī)構(gòu)同時負(fù)責(zé)壓力容器的檢驗(yàn)工作和技術(shù)研究。從1978年起，為了進(jìn)一步強(qiáng)化壓力容器安全監(jiān)察工作，開始在全國范圍內(nèi)設(shè)立壓力容器檢驗(yàn)研究所。現(xiàn)已形成國

8、家級、省級、地方級檢驗(yàn)所及省、市、縣級所和行業(yè)所組成的檢驗(yàn)隊(duì)伍，為壓力容器的安全檢查管理工作做出了很大貢獻(xiàn)。 但是，隨著社會主義市場經(jīng)濟(jì)的建立和發(fā)展，特別是入世后，我國檢測技術(shù)設(shè)備相對落后，檢驗(yàn)體制改革尚未全面展開，壓力容器檢驗(yàn)工作已不能完全適應(yīng)當(dāng)前形勢的要求。 為此，今后一個時期，我國檢驗(yàn)檢測機(jī)構(gòu)將按照精簡統(tǒng)一、高效的原則，形成以國家級技術(shù)機(jī)構(gòu)為龍頭，省級技術(shù)機(jī)構(gòu)為主體的統(tǒng)一、協(xié)調(diào)檢測檢驗(yàn)聯(lián)合體、進(jìn)一步提高容管特的檢驗(yàn)質(zhì)量和競爭水平，研究、開發(fā)已有知識產(chǎn)權(quán)的科研成果和管理技術(shù)。重點(diǎn)將做好以下幾個方面的工作：1 搞好法定檢驗(yàn)，以在用壓力容器、壓力管道檢驗(yàn)工作為核心，全面開展制造、安裝監(jiān)檢、進(jìn)出

9、口安全性能監(jiān)督檢驗(yàn)。2 大力開展社會化服務(wù)，擴(kuò)大金屬材料與結(jié)構(gòu)件機(jī)械性能試驗(yàn)、化學(xué)分析、金相分析、無損檢測等工作。3 努力開展容管特安全科學(xué)技術(shù)研究，加大科技投入，積極建立鍋容管特在線檢測研究試驗(yàn)室。提高技術(shù)裝備水平，有計劃、有重點(diǎn)、有目的地加大技術(shù)準(zhǔn)備經(jīng)費(fèi)和固定資產(chǎn)總額的投入。4 建立具有國內(nèi)先進(jìn)技術(shù)水平的汽車罐車檢測基地。5 建立國家壓力容器培訓(xùn)基地，提高各類人員業(yè)務(wù)素質(zhì)水平。6 借鑒西方國家先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，在認(rèn)真做好檢驗(yàn)的同時，積極開展定性檢驗(yàn)。為適應(yīng)WTO的要求和我國的法律，建立新的運(yùn)行機(jī)制。7 積極做好科研體制的改革，認(rèn)真研究和開展管理機(jī)制的改革和創(chuàng)新，化結(jié)構(gòu)、精簡人員；建立以競爭和流動為

10、核心的動態(tài)管理；建立完善的管理制度和監(jiān)督制度；建立靈活有效的分配激勵制度，調(diào)動人員的積極性。8 適應(yīng)WTO的要求，通過精簡，形成科研與檢驗(yàn)、咨詢與服務(wù)的兩大發(fā)展方向，形成具有生命力的檢驗(yàn)、研究集團(tuán)核心。2 一般壓力容器事故及其分析一般壓力容器出現(xiàn)事故的主要原因是有以下情況造成的：容器結(jié)構(gòu)不和理、設(shè)計計算有誤、粗制濫造、錯用材料、強(qiáng)度不足等，尤其是焊縫質(zhì)量低劣，沒有執(zhí)行嚴(yán)格的質(zhì)量管理制度，安裝不符合技術(shù)要求、安裝附件規(guī)格不對、質(zhì)量不好，以及在運(yùn)行中超壓、超負(fù)荷、超溫，沒有執(zhí)行定期檢驗(yàn)制度等，使壓力容器發(fā)生失效導(dǎo)致事故發(fā)生。2.1 國內(nèi)外壓力容器典型事故舉例例 1 1974年4月15日羅馬尼亞波特

11、什蒂年產(chǎn)20萬噸乙烯裝置，因乙烯球罐材質(zhì)不合格引起破裂，三臺乙烯球罐相繼炸裂，釀成死亡一人，受傷四十五人，損失達(dá)一千萬美元。 例 2 美國東部俄亥俄州克里夫蘭市一個液化天然氣貯罐基地，在1994年10月20日發(fā)生重大事故。事故從一臺21.3 m×12.8 m的圓桶形貯罐開始，先在其1/31/2高度處泄漏噴出氣體和液體，接著聽到雷鳴般響聲，形成二次空間爆炸，變成火焰，然后貯罐爆炸，釀成大火，20 min后，進(jìn)一步引起鄰近的17.4 m球罐的倒坍爆炸，造成128人死亡，400余人受傷，直接損失達(dá)680萬美元。大火燒毀面積11.7 m2。受害面積65萬m2。例 3 國內(nèi)某廠浴室用的一臺換熱

12、器發(fā)生爆炸強(qiáng)大氣浪將浴室后墻沖垮，房屋倒坍134 m2，房頂板全部倒坍，所有洗澡人員全部壓在里面。該換熱器系自行制造，工藝質(zhì)量特別是焊縫質(zhì)量低劣，1978年10月發(fā)現(xiàn)焊縫大量漏水，敷焊了事，導(dǎo)致災(zāi)難性事故的發(fā)生。 例 4 國內(nèi)某廠 1000 mm加壓變換冷卻塔，8 mm厚16Mn鋼板卷焊，操作壓力為0.8 MPa。1970 年投產(chǎn)時原高8 m，1973年為提高冷卻能力，增高3 m，在現(xiàn)場焊接施工，當(dāng)時為搶時間，在提高的3 m內(nèi)壁處未經(jīng)噴鋁防腐，因受H2S腐蝕而壁厚逐漸減薄，在使用、維修中也有所覺察(補(bǔ)焊過三次)，終于在1976年12月爆成二段而倒坍，爆炸口位于接高段筒體器材上，壁厚已不到1 m

13、m，最厚的不到3 mm。2.2 對一般常見事故技術(shù)分析 壓力容器事故的原因，一般來說往往是多方面的，對事故的技術(shù)分析，要找出主要原因和直接原因。首先進(jìn)入事故現(xiàn)場，進(jìn)行認(rèn)真的檢查與調(diào)查，必要時進(jìn)行檢驗(yàn)和鑒定，作出綜合分析并確定事故原因。 檢查事故現(xiàn)場在事故發(fā)生后，應(yīng)迅速進(jìn)入現(xiàn)場，進(jìn)行周密的檢查、觀察和必要的技術(shù)測量，搜集容器爆炸碎片，拍攝現(xiàn)場照片等，盡力搜集較完整的第一手資料，其檢查的主要內(nèi)容有：（1）容器本體破裂情況檢查檢查容器本體的破裂情況是事故現(xiàn)場檢查的主要內(nèi)容。 首先對容器破斷面進(jìn)行初步觀察，對斷口的形狀、顏色、晶粒和斷口纖維等特征進(jìn)行認(rèn)真觀察和記錄。若破斷口在容器焊縫部位，則應(yīng)認(rèn)真檢查

14、焊縫破斷口有無裂紋、未焊透、夾渣、未融合等缺陷以及有無腐蝕物痕跡。對破斷面的初步觀察，大體上可以確定容器的破裂型式。 其次是對容器破裂形狀的檢查和尺寸測量。當(dāng)容器破裂后無碎塊、碎片時，應(yīng)測量開裂位置、方向、裂口的寬度、長度及其壁厚，并與原有周長和壁厚進(jìn)行比較，計算破裂后的伸長率及壁厚減薄率；對破裂后幾大塊的容器，可按原來的部位組裝進(jìn)行測量計算，并計算其破裂時的容積變形及碎塊或碎片飛出距離，飛出碎片的質(zhì)量。 最后檢查容器內(nèi)外表面金屬光澤、顏色、光潔程度。有無嚴(yán)重腐蝕，有無燃燒過的痕跡等。 （2）檢查安裝裝置是否完好 當(dāng)容器發(fā)生爆炸事故后，在初步檢查安全閥，壓力表、溫度測量儀表后，再拆卸下來進(jìn)行詳

15、細(xì)檢查，以確定是否超溫運(yùn)行。 對壓力表主要檢查進(jìn)氣口是否被堵塞以及爆炸前壓力表是否已失靈。 對安全閥主要檢查進(jìn)氣口是否被堵塞，閥瓣與閥座是否被粘住，彈簧銹蝕，卡住或過分?jǐn)Q緊，重錘被移動等失靈現(xiàn)象，以及安全閥有否開啟過的跡象。必要時應(yīng)放到安全閥試驗(yàn)臺上檢查開啟壓力的試驗(yàn)。 對溫度測量儀表主要是檢查溫度計或溫度測量儀表是否失靈。若容器上有減壓閥者，應(yīng)檢查有否失靈現(xiàn)象。 裝有爆破片的容器，可檢查是否已爆破。若未爆破，如有必要應(yīng)作爆破壓力試驗(yàn)，測定其爆破壓力。 （3）事故現(xiàn)場破壞及人員傷亡情況 壓力容器爆炸后，周圍建筑物的破壞情況，即地坪損壞情況、室頂、墻壁厚度及其破壞狀況，與爆炸中心的距離以及門窗破

16、壞情況與離爆炸中心的距離等。這對于估算容器爆炸量的計算有反證作用。 人員傷亡，包括受傷部位及其程度，以便確定重傷或輕傷。另外，對現(xiàn)場及其周圍有否易燃物燃燒痕跡等也應(yīng)作檢查分析。2.2.2 事故過程調(diào)查 容器在發(fā)生事故前的運(yùn)行情況，即物料數(shù)量、壓力、溫度等運(yùn)行參數(shù)是否正常；容器是否滲漏、變形以及異常響聲等。容器開始出現(xiàn)異?，F(xiàn)象的時間，采取的應(yīng)急措施以及安全泄壓裝置的動作情況；操作人員所在位置，爆炸過程及現(xiàn)象，如有無閃光、著火、一次或兩次響聲等。操作人員的操作技術(shù)水平，有無經(jīng)過安全培訓(xùn)考試合格等情況，以利于判斷有無誤操作現(xiàn)象。 壓力容器設(shè)計、制造情況的調(diào)查 查閱壓力容器技術(shù)資料，檢查設(shè)計結(jié)構(gòu)是否合

17、理，強(qiáng)度是否足夠；檢查壓力容器選材是否滿足工藝要求，制造質(zhì)量尤其是焊接質(zhì)量是否合格；容器使用年限、投產(chǎn)使用年份以及檢驗(yàn)情況等，以便判斷是否因設(shè)計、制造不良引起的事故。 技術(shù)檢驗(yàn)和鑒定工作 當(dāng)壓力容器的操作條件比較復(fù)雜，在通過上述事故分析后仍未能確定事故原因時，需要進(jìn)一步進(jìn)行技術(shù)檢驗(yàn)、計算和鑒定工作，才能確切地查明事故原因。（1）材質(zhì)分析 通過分析容器的材質(zhì)成分、性能、核對壓力容器的材料，或檢查容器使用過程中所發(fā)生的變化。 1）化學(xué)成分檢查 當(dāng)壓力容器發(fā)生事故后，應(yīng)復(fù)驗(yàn)材質(zhì)的化學(xué)成分，或著重檢驗(yàn)對容器性能有影響的元素成分。對可能發(fā)生脫碳現(xiàn)象的壓力容器，還要化驗(yàn)表面層含碳量，和內(nèi)層鋼材的含碳量進(jìn)行

18、對比，以便查明是否由于介質(zhì)對鋼材的影響，所以復(fù)驗(yàn)化學(xué)成分可鑒別容器是否用錯鋼種或運(yùn)行中的影響。2）機(jī)械性能測定 壓力容器的破裂與金屬材料的機(jī)械性能直接有關(guān)。一般是檢查材料強(qiáng)度、塑性，以判斷是否用錯材料；對于低溫下工作的容器，通過金屬材料韌性指標(biāo)（沖擊值）的測定，即可鑒別容器是否因脆性斷裂破壞的。做機(jī)械性能測定的試件，可從斷口部位截取，并與其它部位的試件作對比。3）金相檢查 金相檢查觀察斷口及其它部位金屬相的組成，判斷是否有“脫碳”及裂紋性質(zhì)，對于鑒別事故性質(zhì)作用甚大。例如可以觀察到是穿晶裂紋還是晶間裂紋，觀察裂紋尖端是圓純的還是尖銳的。4）工藝性能試驗(yàn) 工藝性能試驗(yàn)主要是鋼材的焊接性能試驗(yàn)、耐

19、腐蝕性能試驗(yàn)等。試驗(yàn)時應(yīng)取與破裂容器相同的材料、焊條和焊接工藝，以觀察試樣與破裂容器類同的缺陷的可能性。 工藝性能試驗(yàn)往往是事故檢查的一種輔助手段，起驗(yàn)證作用。（2）壓力容器斷口分析 斷口分析是研究分析破壞現(xiàn)象微觀機(jī)理的一種重要手段。斷口分析可分為宏觀分析和微觀分析兩種。 1）斷口的搜集及其保護(hù)、保存 在壓力容器發(fā)生事故的現(xiàn)場，應(yīng)盡可能地搜集破斷口或碎片截取制成斷口試樣。 對于破斷口，防止玷污表面，并用水玻璃涂其表面防止腐蝕。被玷污了的斷面應(yīng)加以清洗。清洗后的斷口用酒精漂凈，并用熱風(fēng)吹干，保存在干燥器中備用、備查。 2）斷口宏觀分析 斷口宏觀分析是用肉眼或借助于放大鏡對斷口進(jìn)行觀察，這是斷口分

20、析的主要手段。 金屬的拉伸斷口，一般由三個區(qū)域組成，即纖維區(qū)、放射區(qū)、剪切唇。根據(jù)這三個區(qū)域在整個斷口所占有的斷面積，大體上可確定其斷裂類型。凡脆性斷裂的斷口，纖維區(qū)和剪切唇很小，大部分是放射區(qū)，就是說金屬在斷裂前沒有較大塑性變形，斷裂主要是在高速擴(kuò)展下進(jìn)行的。脆裂斷口還可根據(jù)放射線（常稱人字形）的指向確定裂源的起始點(diǎn)，并可由此查清裂紋的擴(kuò)展情況。需要指出，破裂斷口的裂紋起始點(diǎn)可能不止一處，它可能有幾個裂紋源。 3）斷口微觀分析 斷口微觀分析是利用光學(xué)顯微鏡、電子顯微鏡對斷口的微觀形態(tài)進(jìn)行觀察，結(jié)合宏觀分析確定斷裂性質(zhì)。目前廣泛使用的是電子顯微鏡，它的放大倍數(shù)可達(dá)20 000倍。通常使用的是透

21、視式電子顯微鏡和掃描電子顯微鏡。前者是對用斷口表面復(fù)制的薄膜進(jìn)行觀察，后者則可直接觀察實(shí)物斷口。有的電子顯微鏡配有電子計算機(jī)，不僅可作斷口定性分析，還可對斷口的成分作定量分析。（3）壓力容器事故分析中的計算 在壓力容器事故分析中，往往要進(jìn)行計算和液化氣體過量充裝可能性的計算等工作。在對壓力容器進(jìn)行強(qiáng)度計算，主要是為了判斷是設(shè)計強(qiáng)度不足還是運(yùn)行后因腐蝕減薄導(dǎo)致強(qiáng)度不足的破裂。在強(qiáng)度計算中測量的壁厚，應(yīng)注意是破裂前的厚度，而不是破裂變形后的壁厚。對于在焊縫處破裂的容器，若有未焊透缺陷時，還要考慮未焊透處的應(yīng)力集中或?qū)ζ趶?qiáng)度的削弱。 液化氣體容器的事故分析中，還應(yīng)作過量充裝可能量的計算，即液化氣體

22、滿液充裝和過量充裝時，在環(huán)境溫度升高幾度時，容器將發(fā)生破裂。2.3 壓力容器事故綜合分析 壓力容器的破裂爆炸事故的調(diào)查分析工作，在經(jīng)過事故現(xiàn)場的觀察檢查和測量，對事故發(fā)生過程和容器設(shè)計、制造、投產(chǎn)后進(jìn)行情況的調(diào)查了解，以及必要的技術(shù)檢驗(yàn)、鑒定和計算之后，則應(yīng)對事故原因進(jìn)行綜合分析確定其直接原因和主要原因。由于壓力容器類型繁多，每一次事故均應(yīng)按具體情況作具體分析。 爆炸事故性質(zhì)及過程的判斷 壓力容器的破裂，有的是在工作壓力下發(fā)生的，有的是在超壓的情況下發(fā)生的。其中有的屬于物理性爆炸，有的屬于化學(xué)性爆炸，所以要具體分析事故原因，首先要正確判斷爆炸的性質(zhì)或過程以及容器破裂壓力等。一般容器破裂及其由此

23、引起的氣體爆炸，可有以下幾種情況： （1）工作壓力破裂的容器 當(dāng)安全泄壓裝置正確、可靠，容器在破裂前沒有開啟泄放，壓力表也無異常，事故后檢查尚無失效、失靈，操作和工藝條件也屬正常等，無超壓跡象。則可判斷為在工作壓力下的破裂。 工作壓力下破裂的容器，一般是發(fā)生在容器粗制濫造，即壁厚不夠、焊縫有嚴(yán)重缺陷、以及容器長期不作技術(shù)檢驗(yàn)、年久失修和器壁嚴(yán)重腐蝕而普遍減薄的容器。工作壓力下器壁上的應(yīng)力超過材料屈服極限的則少見。 （2）超工作壓力下破裂的容器 當(dāng)容器內(nèi)壓力較多的超過工作壓力而發(fā)生爆炸，象這類事故一般是操作人員違章作業(yè)，超過工作壓力，而容器本身的安全泄壓裝置不全或失靈、失效，器壁上的應(yīng)力超過材料

24、的強(qiáng)度極限而發(fā)生破裂，這種破裂一般都有一段增壓過程，故破裂一般都屬于韌性破裂。 （3）化學(xué)反應(yīng)而爆炸的容器 容器內(nèi)化學(xué)反應(yīng)爆炸是指發(fā)生不正常的化學(xué)反應(yīng)，使氣體體積增加或溫度劇烈增高致使壓力急劇升高導(dǎo)致的容器破裂。 發(fā)生化學(xué)反應(yīng)爆炸的容器，其安全閥可能有排放過的跡象，但一般卻來不及全量排放。爆炸后檢查壓力表可發(fā)現(xiàn)指針撞彎、不能返回零位等異?，F(xiàn)象，以及器內(nèi)可能有燃燒的痕跡或殘留物等。 （4）容器破裂后的二次空間爆炸 一般盛裝易燃介質(zhì)的容器，在其破裂后，器內(nèi)逸出的易燃介質(zhì)與空氣混合后，在爆炸極限范圍又發(fā)生的第二次爆炸，這種爆炸一般形成火災(zāi)，往往導(dǎo)致災(zāi)害性事故。 容器破裂后的二次空間爆炸，其特征是可以

25、看到閃光和兩次響聲以及常有燃燒痕跡或殘留物等。 容器破裂型式鑒別（1）韌性破裂 韌性破裂的容器一般都有明顯的塑性變形，破裂后其最大圓周伸長率常達(dá)10%以上，容器增大率在10%20%。其破斷口呈暗灰色纖維狀，沒有閃爍的金屬光澤，斷口不齊平。由于材料有較好的塑性和韌性，所以容器破裂后，一般不是形成碎片，而是裂開一個口子。（2）脆性破裂 脆性破裂的容器，在破裂形狀、斷口形貌等方面具有一些與韌性破裂相反的特征。即沒有明顯的伸長變形，容器的壁厚一般也無減薄。裂口齊平，斷口呈閃爍金屬光澤的結(jié)晶狀，厚壁容器的斷口上，還?？烧业饺俗中渭y路（幅射狀）。由于脆性破裂往往在一瞬間發(fā)生，器內(nèi)壓力無法通過一個裂口釋放，

26、因此脆性破裂的容器常裂成碎塊飛出。金屬的脆性破裂是由于裂紋引起的所以破裂時實(shí)際應(yīng)力較低。在運(yùn)行中因溫度突變而發(fā)生脆斷的也多見。（3）疲勞破裂疲勞破裂是在反復(fù)的交變載荷作用下出現(xiàn)的金屬疲勞破壞。一般的疲勞破壞有如下特征：1）由裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展所造成的，它與脆性破裂一樣，一般無明顯的塑性變形。2）破裂斷口存在兩個區(qū)域，一個是疲勞裂紋產(chǎn)生及擴(kuò)展區(qū)，另一個是最后斷裂區(qū)。兩個區(qū)域的顏色有明顯不同。3）疲勞與脆性破裂的另一個不同點(diǎn)是只開裂一個破口泄漏，而常不產(chǎn)生碎片。容器在反復(fù)載荷作用下，有裂紋的產(chǎn)生發(fā)展到斷裂泄漏，比脆性斷裂要慢的多。（4）腐蝕破裂常見的壓力容器腐蝕破裂形式有均勻腐蝕、點(diǎn)腐蝕、應(yīng)力腐蝕和

27、疲勞腐蝕等，其中最危險的是應(yīng)力腐蝕破裂，常見的應(yīng)力腐蝕型式及其特征如下：1）鋼制容器的氫脆。在容器發(fā)生氫脆后，斷口微觀分析，常可看到鋼的脫碳鐵素體組織及脫碳層的深度。破壞的形式是沿晶界擴(kuò)展的腐蝕裂紋。2）鋼制容器的堿脆。堿脆是鋼在熱堿溶液和拉伸應(yīng)力的共同作用下產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的一種破壞形式。斷裂常發(fā)生在應(yīng)力集中的地方，斷口微觀分析?？砂l(fā)現(xiàn)有沿著晶界分枝型裂紋，斷口上還粘附有磁性氧化鐵。3）氯離子引起的奧氏體不銹鋼容器的應(yīng)力腐蝕斷裂。腐蝕裂紋的特征是穿晶型，且多數(shù)是分枝型裂紋，且多數(shù)發(fā)生在有參與應(yīng)力的焊縫及其熱影響區(qū)。4）疲勞腐蝕?；蚍Q腐蝕疲勞，是金屬材料在腐蝕和應(yīng)力的共同作用下引起的一種破壞形式。

28、具有與疲勞破壞相同的斷口，即斷口常有兩個明顯不同的區(qū)域，一是腐蝕疲勞裂紋產(chǎn)生的擴(kuò)展區(qū)，另一個是最后斷裂區(qū)。疲勞腐蝕裂紋多為穿晶分布的。3 壓力容器結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1 壓力容器結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求 壓力容器破壞的原因造成壓力容器破壞基本要素有兩個：一是缺陷，二是應(yīng)力。而這兩個基本要素又都和結(jié)構(gòu)有關(guān)。據(jù)不完全統(tǒng)計我國19811985年就發(fā)生上百起壓力容器爆炸事故。壓力容器發(fā)生爆炸事故的主要原因，一是存在較嚴(yán)重的先天性缺陷，即設(shè)計結(jié)構(gòu)不合理，選材不當(dāng)，強(qiáng)度不足，粗制濫造，二是使用管理不善，即操作失誤，超溫、超壓，超負(fù)荷運(yùn)行，失檢、失修、安全裝置失靈。這五年的壓力容器爆炸分析還表明，低壓容器（如蒸汽鍋、消毒

29、鍋、夾套鍋、硫化罐等）的爆炸事故占46.8%，其中屬設(shè)計不合理、粗制濫造的占43.1%，操作失誤和超負(fù)荷運(yùn)行的占38.3%，失檢、失修占16.9%，其它占1.7%。由此看出，壓力容器結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要性。 壓力容器結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求對壓力容器結(jié)構(gòu)設(shè)計的第一個要求，就是方便制造。因?yàn)橹圃爝^程簡單易行，才有利于保證容器的質(zhì)量，避免或減少制造過程中可能產(chǎn)生的缺陷。壓力容器結(jié)構(gòu)設(shè)計的第二項(xiàng)是方便無損檢查。因?yàn)橹挥羞@樣才能及時而準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)在制造和使用過程中產(chǎn)生的各種缺陷，并及時返修或采取其它措施，做到防患于未然。我們知道，容器的各種失效往往和應(yīng)力水平的高低密切相關(guān)。而壓力容器及其零部件的應(yīng)力大小，又在很大程度上

30、取決于它的結(jié)構(gòu)形式。因此，壓力容器結(jié)構(gòu)設(shè)計的第三項(xiàng)要求是盡量減少局部附加應(yīng)力和應(yīng)力集中。由于結(jié)構(gòu)問題造成壓力容器破壞事故，多數(shù)是由于結(jié)構(gòu)不合理產(chǎn)生的破壞，而大多發(fā)生在焊縫本身或焊縫附近區(qū)域，即破壞往往和焊縫密切相關(guān)。究其原因，這是由于焊縫本身的受力特點(diǎn)和質(zhì)量情況決定的。 焊接應(yīng)力的影響由于焊接過程中焊接應(yīng)力的存在，對容器的強(qiáng)度和安全性產(chǎn)生十分不利的影響，這可以從下述幾個方面加以分析。首先是造成了焊接部位的局部塑性變形。我們知道鋼材都有一定的塑性，當(dāng)焊接過程中產(chǎn)生的焊接應(yīng)力超過材料的屈服極限時，材料就要發(fā)生塑性變形。既然焊接應(yīng)力這一內(nèi)應(yīng)力是局部的，因而產(chǎn)生塑性變形也是局部的，其結(jié)果是沿著焊縫發(fā)生

31、彎曲、扭歪或撓曲。一局部突變，在內(nèi)應(yīng)力作用下，又會發(fā)生附加彎曲應(yīng)力，造成局部應(yīng)力集中，這自然是對容器的強(qiáng)度和安全性極為不利的。其次是產(chǎn)生焊接裂紋，眾所周知，鋼材的強(qiáng)度不管有多高，總有一個極限，當(dāng)應(yīng)力超過材料的強(qiáng)度極限時，材料就會斷裂。因此，若構(gòu)件中某一區(qū)域的焊接應(yīng)力超過材料的強(qiáng)度極限時，就會在該處產(chǎn)生裂紋。焊接裂紋的產(chǎn)生是一個十分復(fù)雜的過程，往往是由種種不同因素多方面作用的結(jié)果，但應(yīng)力的存在總是其基本原因之一。此外，在焊接過程中還往往會產(chǎn)生其它內(nèi)部缺陷，如夾渣、氣孔、未焊透等等。這些內(nèi)部缺陷，尤其是裂紋存在，將對焊接的安全產(chǎn)生不良影響。第三，在焊縫附近的開孔、接管或兩個不同形狀部件的連接處，這

32、些部位蜂值應(yīng)力和許用應(yīng)力就會和焊縫處的焊接應(yīng)力相迭加，造成更為不利的應(yīng)力狀態(tài)，成為導(dǎo)致容器失效根源。為了盡量消除焊接應(yīng)力和防止各種焊接缺陷的產(chǎn)生，可以在焊前、焊后和焊接過程中，采取各方面的技術(shù)措施，如焊前預(yù)熱、焊后緩冷、焊后消除應(yīng)力熱處理及選擇合適的焊接規(guī)范等。采用上述這些措施，雖然可以改善焊縫質(zhì)量，但在構(gòu)件中總還程度不等地殘存著焊接應(yīng)力和焊接變形，不可能完全消除焊縫中各類缺陷。在消除焊接應(yīng)力過程中，如果措施采用不當(dāng)，也還會引起新的問題，因此，焊縫依然是壓力容器的薄弱環(huán)節(jié)之一。對于焊縫這一薄弱環(huán)節(jié)，不僅要從焊接材料、焊接方法、焊接工藝等方面采取措施，盡量改善焊縫的質(zhì)量，同時，也要從結(jié)構(gòu)設(shè)計入手

33、，研究什么樣焊接結(jié)構(gòu)是合理的，不同焊接結(jié)構(gòu)的適用范圍以及焊接結(jié)構(gòu)問題和其它結(jié)構(gòu)問題的相互影響。4 壓力容器無損檢測4.1 大型常壓儲罐的無損檢測技術(shù)常壓儲罐主要是利用預(yù)制成型的頂板、壁板和底板在現(xiàn)場組裝后焊接而成，其中頂板和壁板大多采用對接焊形式，底板大多采用搭接接頭。對于常壓儲罐底圈和第一圈罐壁的鋼板，當(dāng)厚度23 mm時，應(yīng)按ZBJ 740031988壓力容器用鋼板超聲波探傷進(jìn)行檢測，達(dá)到級標(biāo)準(zhǔn)者為合格。對于屈服點(diǎn)390 MPa的鋼板，應(yīng)取鋼板張數(shù)的20%進(jìn)行抽查，當(dāng)發(fā)現(xiàn)不合格的鋼板時，應(yīng)逐張檢查；對于屈服點(diǎn)390 MPa的鋼板，應(yīng)逐張進(jìn)行檢查。 罐底焊縫的無損檢測要點(diǎn)（1）所有罐底板焊縫(

34、圖1)應(yīng)采用真空箱法進(jìn)行嚴(yán)密性試驗(yàn)，試驗(yàn)負(fù)壓53 kPa，無滲漏為合格。圖1 罐底板焊縫及區(qū)域示意圖（2）屈服點(diǎn)390 MPa的邊緣板的對接焊縫。在根部焊道焊接完畢后，應(yīng)進(jìn)行滲透探傷；在最后一層焊接完后，應(yīng)進(jìn)行滲透或磁粉檢測。（3）厚度10 mm的罐底邊緣板，每條對接焊縫的外端300 mm范圍內(nèi)，應(yīng)進(jìn)行射線探傷；厚度為69 mm的罐底邊緣板，每個焊工施焊的焊縫，應(yīng)按上述方法至少抽查一條。（4）底板三層鋼板重疊部分的搭接接頭焊縫和對接罐底的丁字焊縫的根部焊道焊完后，在沿三個方向各200 mm范圍內(nèi)，應(yīng)進(jìn)行滲透探傷，全部焊完后，應(yīng)進(jìn)行滲透或磁粉探傷。（5）磁粉和滲透探傷應(yīng)符合SY/T 044419

35、98常壓鋼制焊接儲罐及管道磁粉檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和SY/T 04431998常壓鋼制焊接儲罐及管道滲透檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。 罐壁焊縫的無損檢測要點(diǎn)（1）對于縱向焊縫，每一焊工焊接的每種板厚（板厚差1 mm時可視為同等厚度），在最初焊接的3 m焊縫的任意部位取300 mm進(jìn)行射線探傷。以后不考慮焊工人數(shù)，對每種板厚在每30 m焊縫及其尾數(shù)內(nèi)的任意部位取300 mm進(jìn)行射線探傷。探傷部位中的25%應(yīng)位于丁字焊縫處，且每臺罐不少于兩處。（2）對于環(huán)向?qū)雍缚p，每種板厚（以較薄的板厚為準(zhǔn)），在最初焊接的3 m焊縫的任意部位取300 mm進(jìn)行射線探傷。以后對于每種板厚，在每60 m焊縫及其尾數(shù)內(nèi)的任意部位取300

36、mm進(jìn)行射線探傷。上述檢查均不考慮焊工人數(shù)。（3）當(dāng)?shù)兹Ρ诎搴穸?0 mm時，應(yīng)從每條縱向焊縫中任取300 mm進(jìn)行射線探傷；當(dāng)板厚10 mmt25 mm時，應(yīng)從每條縱向焊縫中取兩個300 mm進(jìn)行射線探傷，其中一個應(yīng)靠近底板。（4）厚度25 mmt38 mm的各圈壁板，每條縱向焊縫都應(yīng)進(jìn)行射線探傷；厚度10 mm的壁板，全部丁字焊縫均應(yīng)進(jìn)行射線探傷。（5）除丁字焊縫外，可用超聲波探傷代替射線探傷，但其中20%的部位應(yīng)采用射線探傷復(fù)驗(yàn)。（6）射線探傷或超聲波探傷不合格時，應(yīng)在該探傷長度的兩端延伸300 mm作補(bǔ)充探傷，但缺陷的部位距離片端部或超聲波檢查部位75 mm時可不再延伸。如延伸部位的探

37、傷結(jié)果仍不合格時，應(yīng)繼續(xù)延伸進(jìn)行檢查。（7）射線探傷應(yīng)按GB 33231987鋼熔化焊對接接頭射線照相和質(zhì)量分級的規(guī)定進(jìn)行，并應(yīng)以級標(biāo)準(zhǔn)為合格。但對屈服點(diǎn)390 MPa的鋼或厚度25 mm的普通碳素鋼或厚度16 mm的低合金鋼的焊縫，合格標(biāo)準(zhǔn)為級；超聲波探傷應(yīng)按JB 11521981鍋爐和鋼制壓力容器對接焊縫超聲波探傷的規(guī)定，合格標(biāo)準(zhǔn)為級。 底圈罐壁與罐底的T形接頭的罐內(nèi)角焊縫無損檢測要點(diǎn)（1）當(dāng)罐底邊緣板厚度8 mm，且底圈壁板厚度16 mm，或屈服點(diǎn)390 MPa的任意厚度的鋼板，在罐內(nèi)及罐外角焊縫焊完后，應(yīng)對焊內(nèi)角焊縫進(jìn)行滲透或磁粉探傷。在油罐充水試驗(yàn)后，應(yīng)采用同樣方法復(fù)驗(yàn)，探傷要求和標(biāo)

38、準(zhǔn)與底板檢測相同。（2）屈服點(diǎn)390 MPa的鋼板，罐內(nèi)角焊縫初層焊完后，還應(yīng)進(jìn)行滲透探傷。4.2 定期檢驗(yàn)中采用的無損檢測技術(shù)為了保證儲罐罐壁和底板不發(fā)生泄漏，對儲罐進(jìn)行定期檢查很有必要，目前主要采用例行檢查、在線檢測和開罐檢測三種形式。例行檢查是通過目視的方法，直觀地檢查儲罐是否有結(jié)構(gòu)損壞；在線檢測是指無需停產(chǎn)情況下進(jìn)行的檢測，主要采用宏觀檢測、超聲波測厚和聲發(fā)射檢測方法；開罐檢測需要儲罐停用、倒料、打開并置換清洗，使檢測人員進(jìn)入罐中進(jìn)行的各項(xiàng)檢測，主要采用漏磁、超聲、射線、磁粉和滲透檢測等方法7。 聲發(fā)射檢測應(yīng)用聲發(fā)射方法在線檢測常壓儲罐主要有兩種模式，一種是將頻率為100400 kHz

39、聲發(fā)射傳感器均勻布置在罐壁板上，采用三角定位來采用聲發(fā)射源的位置，根據(jù)聲發(fā)射信號的特征參數(shù)和波形來判斷罐壁板上的活性缺陷和泄漏；第二種是將頻率為3060 kHz的低頻傳感器等距離布置在罐底板邊緣（圖2a），采用圓周上的任意三個探頭進(jìn)行定位，同樣根據(jù)聲發(fā)射型號的特征參數(shù)和波形來檢測罐底板腐蝕的嚴(yán)重程度和泄漏。為了進(jìn)行在線聲發(fā)射檢測，應(yīng)提前一段時間把儲罐內(nèi)儲存介質(zhì)的液位降下來，在進(jìn)行檢測時再把液位升上去，分別在85%，95%和100%液位進(jìn)行保壓，用聲發(fā)射儀全程采集聲發(fā)射數(shù)據(jù)，分析升壓和保壓過程中采集到的聲發(fā)射信號，對罐壁和罐底是否存在泄漏、潛在泄漏或腐蝕損傷作出判斷，并確定其位置（圖2b）。通過

40、對罐壁或罐頂?shù)穆暟l(fā)射源部位進(jìn)行超聲波測厚，最終對儲罐的完整性作出綜合評價，確定開罐檢測的時間。該檢測方法需要檢測人員接受較好的培訓(xùn)并具備大量現(xiàn)場檢測經(jīng)驗(yàn)，但檢測效率較高8。（a） 平面定位（b） 立體定位圖2 儲罐底板聲發(fā)射探頭布置及信號的定位 漏磁檢測在停產(chǎn)開罐的條件下，對每塊罐底板用漏磁檢測法進(jìn)行100%檢測，可以比較精確地檢測罐底板整體腐蝕情況。漏磁法主要用于檢測腐蝕等體積性缺陷，包括罐底板上表面和背面的腐蝕狀況。檢測時需要利用合適的標(biāo)定板對儀器進(jìn)行標(biāo)定，并將罐底板清理干凈，作好標(biāo)識，按一定的順序進(jìn)行檢測。漏磁檢測可對罐底板除焊縫以外的部位進(jìn)行100%檢測，檢測結(jié)果按照剩余厚度以不同的顏

41、色顯示（圖3），檢測結(jié)果比較直觀9,10。4.2.3 超聲檢測圖3 罐底板漏磁檢測結(jié)果圖罐壁底圈板承受的壓力高，成形條件較差，焊縫處易產(chǎn)生缺陷，所以在定期檢驗(yàn)中一般對罐壁底圈板的縱焊縫和環(huán)焊縫進(jìn)行20%的超聲抽查。對于不銹鋼材料的儲罐底板也需采用超聲波掃查方法進(jìn)行檢測。在檢測過程中，要根據(jù)底板的厚度加工標(biāo)定試塊，并選擇合適的超聲波探頭。一般810 mm厚的底板可選擇2.0 MHz的K1斜探頭和 2.0 MHz的雙晶直探頭。 滲透檢測對儲罐接管管口部位、罐底板所有焊縫（含與罐壁連接的角焊縫）、最下一圈壁板內(nèi)表面所有焊縫和外觀檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)有懷疑的焊縫均需進(jìn)行滲透檢測。滲透檢測可以較靈敏地檢出泄漏和裂紋

42、等表面缺陷，有效控制儲罐的安全質(zhì)量。 檢測儀器目前用于儲罐聲發(fā)射檢測的儀器主要有德國 Vallen和美國PAC公司的聲發(fā)射儀器。漏磁檢測主要用英國Floor Map 2000型罐底板漏磁掃查儀。4.3 磁記憶檢測技術(shù)在壓力容器焊接殘余應(yīng)力測量中的應(yīng)用分析壓力容器在焊接過程中易產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力。它產(chǎn)生的原因較為復(fù)雜，因壓力容器的材質(zhì)、焊接方法和結(jié)構(gòu)形式的不同，產(chǎn)生的焊接殘余應(yīng)力也不同，有時會差別很大。焊接殘余應(yīng)力對焊接構(gòu)件的力學(xué)性能、耐腐蝕性、疲勞強(qiáng)度、形狀精度和安全使用有重要影響，它是造成壓力容器斷裂，疲勞破壞和應(yīng)力腐蝕的重要因素。研究焊接殘余應(yīng)力的分布，確定它的大小，分析其對壓力容器整體性能

43、的影響，為最終減少或消除焊接殘余應(yīng)力對壓力容器的危害，防止災(zāi)難事故的發(fā)生已經(jīng)成為壓力容器領(lǐng)域中廣泛關(guān)注的問題。特別是對一些大型重要的壓力容器，尋求適宜現(xiàn)場快速檢測的方法具有現(xiàn)實(shí)的工程意義。盡早發(fā)現(xiàn)壓力容器應(yīng)力集中區(qū)，并進(jìn)行有針對性的無損檢測，早期預(yù)防斷裂事故發(fā)生具有重要的意義。目前，測量殘余應(yīng)力的方法相對于被測件而言，可分為無損和有損測試法兩大類。鉆孔法（即小孔法）是常用的有損測試方法之一。它是利用機(jī)械加工工程（鉆孔）釋放被測點(diǎn)處的應(yīng)力，使被測件相應(yīng)的位移與應(yīng)變，通過測量其應(yīng)變或位移，而后得到被測試點(diǎn)處的殘余應(yīng)力。它的測量精度與靈敏度都比較好，但是被測試件受到一定的損傷，所以現(xiàn)在實(shí)際應(yīng)用受到很

44、大限制，而且它的測量結(jié)果是小孔處被測試表面的殘余應(yīng)力平均值，無法精確表述殘余應(yīng)力隨被測試件深度而變化的情況，還不能完全解決被測試件殘余應(yīng)力的測量問題。因此，無損測試方法就成為研究的主要方向。常用的無損測試材料的殘余應(yīng)力的方法有X射線衍射法、中子衍射法、超聲測速法。激光干涉（包括電子剪切散斑進(jìn)干涉技術(shù)、紅外熱圖和磁測量法等。）由于這些方法對被測試對象無損傷，近年來正日益受到人們的重視并得到廣泛應(yīng)用。 幾種常用無損測試殘余應(yīng)力的基本原理及局限性（1）X射線衍射法金屬材料是由一定點(diǎn)陣排列組成的晶格結(jié)構(gòu)，晶格內(nèi)某一取向的原子間距是一定的。若能測量出自由狀態(tài)下的原子間距與在某一應(yīng)力作用下的原子間距的差值

45、，就能計算出作用應(yīng)力的大小，也就是著名Bragg的定律，當(dāng)射線入射角（射線與材料平面的夾角）（Bragg角）滿足下面方程式時，衍射量最大，2dsin=n是晶格常數(shù)（原子間距），是X射線波長。n為衍射級數(shù)。當(dāng)有應(yīng)力作用是，金屬材料發(fā)生變形，原子間距d會發(fā)生變化，Bragg角也會發(fā)生變化。上世紀(jì)60年代德國E.M achearauch的提出了射線應(yīng)力測定的sin 2法，使應(yīng)力測定向?qū)嵱没~進(jìn)了一步。隨后cheekier將其簡化成045°法，測試方法進(jìn)一步簡化。X射線衍射法的最大優(yōu)點(diǎn)是可以測量出應(yīng)力的絕對值，它在焊接結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力測量中應(yīng)用較廣泛。美國汽車工程師學(xué)會和日本材料學(xué)會都把X射線衍

46、射法作為測量材料應(yīng)力的標(biāo)準(zhǔn)來使用。但這種方法更適宜在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行，在野外使用有很多不便。由于X射線的穿透深度極淺，它只能在表層深度30 左右的范圍測量，適用于精確測定應(yīng)力沿層深的分布。但它對被測物體的表面狀況有較嚴(yán)格的要求，測量時需十分小心。（2）中子衍射法中子衍射法是一種測量結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力的常用方法。該方法測量原理與X射線衍射法基本相似。典型的是，有單色光晶體從反應(yīng)堆芯（約50 mm×50 mm）發(fā)射中子束，隔吸收屏狹縫處于構(gòu)件和入射及衍射束之間，以降低殘余應(yīng)力的取樣體積，平行衍射束發(fā)自對衍射有正確取向的原子。通過研究衍射束的峰值位置和強(qiáng)度，可獲得應(yīng)力或應(yīng)變的數(shù)據(jù)。由于X射線是由電子

47、殼層散射的，故其穿透深度極淺（大約離表面20 深），用X射線衍射法可以測量壓力容器表面的應(yīng)力，而中子是由原子核散射的，中子的穿透深度比X射線大得多，對于鋼可達(dá)50 mm，可以用來測量鋼的焊接結(jié)構(gòu)沿層深的殘余應(yīng)力。各種焊接結(jié)構(gòu)層深的殘余應(yīng)力可以采用中子法來測量。近年來中子法在焊接殘余應(yīng)力測量中的應(yīng)用比較普遍。例如，Mochizuki以中子衍射法作為直接測量手段來對碳鋼管焊接接頭沿層深的殘余應(yīng)力進(jìn)行了分析和驗(yàn)證；Stone把中子法應(yīng)用到了WASPALOY合金的電子束焊板的殘余應(yīng)力的測量上。（3）超聲波聲速法聲強(qiáng)性研究表明，超聲波在各向同性彈性體內(nèi)的傳播速度還相似地正比于所加的應(yīng)力。超聲波聲速法有兩

48、種方案在實(shí)際中運(yùn)用。一種是在金屬構(gòu)件中采用超聲縱波，評價因應(yīng)變-位移關(guān)系的弱非線性引起的速度差別，由此確定其殘余應(yīng)力，例如測量螺栓緊固應(yīng)力。另一種是回振法，它是測量正交偏振兩橫波的回波時間，得到超聲速度與應(yīng)力狀態(tài)的對應(yīng)關(guān)系。只要發(fā)射超聲波功率足夠大，可穿透任意厚度的工件，因此，它適應(yīng)測量大型焊接構(gòu)件的三維殘余應(yīng)力，具有快速、簡便的特點(diǎn)，但該方法目前還處于試驗(yàn)研究階段。（4）電子散斑干涉技術(shù)它是一種激光干涉技術(shù)。金屬焊接構(gòu)件有應(yīng)力作用時，材料表面產(chǎn)生形變，干涉條紋圖形即發(fā)生變化。通過測量干涉條紋的變化可知構(gòu)件的應(yīng)力應(yīng)變情況。它也只能測量構(gòu)件表面的應(yīng)力情況。由于測量對抗震性要求較高，且在暗室條件下

49、工作，只適合在室內(nèi)進(jìn)行測量。（5）磁學(xué)方法磁學(xué)方法測量內(nèi)應(yīng)力的方法較多，主要的有：Barkhausen噪聲法（EBE法），磁聲發(fā)射法（Magneto Acoustic Emission，簡稱MAE法），磁場旋轉(zhuǎn)法和磁各向異性法等，它們都是利用鋼結(jié)構(gòu)在焊接殘余應(yīng)力影響下的磁抗性變化進(jìn)行的。通常采用的方法是鋼結(jié)構(gòu)焊縫在外磁場強(qiáng)度H的作用下，根據(jù)鋼制鍋爐壓力容器的磁致伸縮和磁彈性效應(yīng)進(jìn)行應(yīng)力檢測。MAE法是利用鐵磁性材料在磁化時，磁疇發(fā)生突然的不連續(xù)移動所釋放的彈性應(yīng)力應(yīng)變波現(xiàn)象，這種彈性波經(jīng)過聲發(fā)射儀的接收傳感器，將機(jī)械能傳化為電能，從而成為發(fā)射信號，由于它是由磁場激發(fā)的，所以叫磁聲發(fā)射法。當(dāng)壓力

50、容器焊件外加應(yīng)力或內(nèi)部存在殘余應(yīng)力時，磁疇的運(yùn)動將會受到阻礙，磁致伸縮應(yīng)變會影響接收到的信號大小，由此可確定磁聲發(fā)射信號的大小變化情況。磁各向異性法是由強(qiáng)磁性物質(zhì)（如鐵、鎳）受磁場作用，就會因磁應(yīng)變效應(yīng)而發(fā)生尺寸變化。其效應(yīng)是，若有應(yīng)力作用則磁性發(fā)生變化。因此通過測量磁各向異性的變化可間接測量出應(yīng)力的大小，標(biāo)定后即可用來測量壓力容器焊接件殘余應(yīng)力的絕對值。利用磁學(xué)方法測量鐵磁性材料應(yīng)力在工程上獲得廣泛應(yīng)用。它最大特點(diǎn)是測量速度快，非接觸測量，適合現(xiàn)場使用，但測量結(jié)果受很多因素影響，可靠性精度較差，量值標(biāo)定較困難，對材質(zhì)較敏感。另外，它們都是需要外部激勵磁場來工作的，由此帶來了磁化不均勻，設(shè)備笨

51、重、消耗能源、復(fù)雜結(jié)構(gòu)無法測試、剩磁和磁污染問題。磁記憶檢測技術(shù)也是基于磁性特質(zhì)的磁彈性效應(yīng)，它是以杜波夫教授為代表的俄羅斯學(xué)者于上世紀(jì)90年代后期率先提出的一種創(chuàng)新的金屬診斷技術(shù)。鐵磁性焊接構(gòu)件在運(yùn)行時會受到工作加載前和地球磁場共同作用，在外加應(yīng)力（或焊接殘余應(yīng)力）和變形集中的磁疇組織會在一定方向取向，局部區(qū)域產(chǎn)生漏磁場，而且這種磁狀態(tài)為不可。在工作載荷去除后，不僅會保留，還與最大作用應(yīng)力有關(guān)。理論與試驗(yàn)研究表明，壓力容器在運(yùn)行時受到載荷的影響，其焊接殘余應(yīng)力集中的金屬的導(dǎo)磁率最小，而在表面形成最大的漏磁場Hp，該磁場在受到拉伸、擠壓、扭曲和周期性變化負(fù)載的作用下，只與最大工作應(yīng)力有關(guān)，且表

52、現(xiàn)為該磁場的水平（切向）分量Hp（x）具有最大值，而垂直（法向）分量Hp（y）的符號發(fā)生變化，并有過零點(diǎn)現(xiàn)象。因此，利用專門的磁性測定儀通過測試壓力容器焊接表面Hp（y）值的變化強(qiáng)度便可以準(zhǔn)確測出其殘余應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力集中區(qū)域，從而達(dá)到早期診斷目的。 磁記憶檢測技術(shù)的應(yīng)用前景分析磁記憶檢測技術(shù)自上世紀(jì)90年代問世以來，便受到世界上許多國家的同行重視。國際焊接學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行的歐洲規(guī)劃ENRESS“應(yīng)力和變形檢測”中，已明確規(guī)定“金屬磁記憶法為切合實(shí)用的設(shè)備和結(jié)構(gòu)應(yīng)力變形狀態(tài)檢測方法”，在俄羅斯、烏克蘭、保加利亞、波蘭等國已制訂了對該方法和儀器鑒定的國家標(biāo)準(zhǔn)。印度和澳大利亞等國正在大力推廣應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)

53、。金屬磁記憶技術(shù)引進(jìn)我國是近二年的事，由于它是目前對金屬構(gòu)件的應(yīng)力集中、早期失效、早期損傷等進(jìn)行早期快速、準(zhǔn)確診斷新方法，在建筑、航空、鐵道、電力、壓力容器、石化、機(jī)械、橋梁等工業(yè)部門都有極其廣闊的應(yīng)用前景。殘余應(yīng)力產(chǎn)生的脆性破壞在壓力容器焊接件中極易發(fā)生，而脆性破壞是鋼結(jié)構(gòu)在幾乎不存在裂性變形情況下的突然開裂，常導(dǎo)致重大事故的發(fā)生。有關(guān)文獻(xiàn)中報導(dǎo)了殘余應(yīng)力對脆性破壞的影響試驗(yàn)，如把760 mm×910 mm、厚20 mm的鋼板對焊起來。在焊縫處沿接合方向的殘余應(yīng)力是接近于焊接金屬屈服極限的拉應(yīng)力。將焊好的試樣一部分做退火處理的消除焊接殘余應(yīng)力后，再與未經(jīng)退火處理的試樣一起放在- 1

54、3下冷卻，發(fā)現(xiàn)經(jīng)退火處理的試樣未出現(xiàn)裂紋，而沒處理的試樣即使在無外力作用下也出現(xiàn)了脆性裂紋。分析其原因是在溫度快速下降時，材料塑性下降所引起的脆性破壞。類似的研究表明：焊接殘余應(yīng)力與開裂有直接關(guān)系?？梢姾附託堄鄳?yīng)力不僅直接影響到裂紋的擴(kuò)展，而且加速了脆性破壞。焊接殘余應(yīng)力的存在對壓力容器的強(qiáng)度、疲勞壽命、結(jié)構(gòu)變形等方面的影響都是很大的。而現(xiàn)有的常規(guī)無損檢測方法（UT.MT.PT.ET.RT）不能在破壞前期實(shí)現(xiàn)對壓力容器焊縫的早期診斷。生產(chǎn)廠家對焊縫采用五大常規(guī)方法無損檢測時，也只是檢出已經(jīng)存在宏觀缺陷，按應(yīng)力相互作用分類，它應(yīng)屬宏觀應(yīng)力。當(dāng)應(yīng)力等級、均勻性、幾何形狀偏差、焊縫組織變化、塑性變形以及其他微觀因素對壓力容器焊縫的可靠性產(chǎn)生影響，也就是顯微應(yīng)力，超顯微應(yīng)力影響時，以上就顯得無能為力。此時，必須采取從整體上對焊縫應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行鑒定的診斷方法，金屬磁記憶檢測技術(shù)就能在缺陷產(chǎn)生之前，診斷出應(yīng)力集中區(qū)域，進(jìn)而找出將來要產(chǎn)生缺陷的危害區(qū)域，所以，在某種程度上，它是對壓力容器應(yīng)力變形狀態(tài)進(jìn)行早期檢測、評價的唯一可行的無損診斷方法。根據(jù)磁記憶原理可知，在壓力容器焊縫中其他條件相同的情況下，焊縫里會有殘余磁化現(xiàn)象產(chǎn)生，其余磁化分布的方向和性質(zhì)完全取決于焊接完成后金屬冷卻時形成的殘余應(yīng)力和變形的方向和分布情況。因此，在焊縫的應(yīng)力集中