压力容器凸形封头分层缺陷的检测方法与流程

本发明涉及一种压力容器凸形封头分层缺陷的检测方法。

背景技术：

分层缺陷是钢板在轧制过程中形成的一种先天性缺陷，该缺陷是造成压力容器钢板鼓包、裂纹等危险性故障的基础因素。

在压力容器检验检测中，检验员对压力容器的筒体和封头的测厚只能点对点绘制坐标来测定分层缺陷是否存在，工作效率低，不能快速测定和直观掌握分层缺陷与检测面积的分布情况，特别是对于压力容器凸形封头的弧形部分。通常凸形封头采用三块钢板焊接成弧形面设置于压力容器筒体底部，而测厚时所使用的超声波测厚仪的频率较高(5MHz)，波长较短，灵敏度高，只要材料内存在较小尺寸(约大于λ/2＝0.59mm)的界面，就会被测厚仪发现，也就是说在钢板母材内较小尺寸的夹杂物界面或小分层界面，都可能使测厚仪的显示读数与钢板母材的实际厚度相差很大；因此实际测厚时，遇到这种情况，通常另外再要使用常规的超声波探伤仪用直探头对测厚仪发现的“分层缺陷”处进行扫查确诊，由超声检测人员通过波形分析并依靠经验才能判定是否真正存在分层缺陷，所以现场作业对于凸形封头的分层检测，用上述检测方法不直观、不快捷，降低了检测效率。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种压力容器凸形封头分层缺陷的检测方法，本方法克服了传统凸形封头分层缺陷检测的缺陷，利用超声C扫描检测手段,有效提高分层缺陷检测灵敏度以及缺陷定位、定量的准确性，实现凸形封头分层缺陷的直观、快速判定，满足生产现场的检测需求。

为解决上述技术问题，本发明压力容器凸形封头分层缺陷的检测方法包括如下步骤：

步骤一、清洁凸形封头表面，确保凸形封头表面为金属原面或均匀的油漆层；

步骤二、选择凸形封头变形量最大的折边弧形部分为检测区域，该检测区域设置于凸形封头焊缝以下沿径向的一个环形带外壁，并将这个环形带等分为20个小块的测试块；

步骤三、采用超声C扫描测试仪以凸形封头的拼接焊缝为起点沿逆时针方向，手持探头缓慢移动对各测试块依次进行检测扫查，并且保存各检测块的检测图像；

步骤四、由超声C扫描测试仪系统得到各测试块的测试数据：

t_平＝(t₁×S₁/S_总)+(t₂×S₂/S_总)+...(t_n×S_n/S_总)

P＝【(t₁-t_平)²×S₁/S_总+(t₂-t_平)²×S₂/S_总+...(t_n-t_平)²×S_n/S_总】^1/2

以及壁厚分布百分比BFB值，

其中：t_平为各测试块的加权平均壁厚，t₁、t₂...t_n分别为探头在各检测块上各检测点的壁厚，S₁、S₂...S_n分别为探头在各检测块上各检测点的检测面积，S_总为各测试块的面积，P为各测试块壁厚的标准偏差值；

步骤五、设定凸形封头壁厚分布的范围门槛阈值FW，FW分为三档，分别为FW₁、FW₂、FW₃，表明分层沿凸形封头壁厚分布情况，

FW₁<(t_g+2h)×40％

(t_g+2h)×40％≤FW₂<(t_g+2h)×80％

(t_g+2h)×40％≤FW₃<(t_g+2h)×80％

其中：t_g为凸形封头的公称壁厚，h为凸形封头的焊缝余高；

步骤六、在范围门槛阈值FW₃内，当BFB＜45％时，表明该测试块片状分层严重；当45％≤BFB≤90％，并且P/t_g<20％时，表明该测试块出现分散分层；当45％≤BFB≤90％，并且P/t_g＞20％时，表明该测试块出现片状分层；当BFB＞90％时，表明该测试块无分层；

步骤七，判断各测试块的加权平均壁厚t_平落入FW₁、FW₂或FW₃的范围内，得到分层缺陷位于凸形封头壁厚的部位。

进一步，所述超声C扫描测试仪的探头为直径10mm的5MHz双晶直探头，扫查精度为周向5mm、径向1mm，探头灵敏度为80％B₁-14dB，探头采用油耦合。

进一步，超声C扫描测试仪扫查凸形封头的环境温度为5～40℃、环境相对湿度小于95％。

进一步，超声C扫描测试仪的探头在测试块上移动的速度小于150mm/s。

由于本发明压力容器凸形封头分层缺陷的检测方法采用了上述技术方案，即本方法首先清洁凸形封头表面，选择凸形封头变形量最大的折边弧形部分为检测区域，并将检测区域等分为多个测试块；采用超声C扫描测试仪对各测试块依次进行检测扫查，并且保存各检测块的检测图像；由超声C扫描测试仪系统得到各测试块的加权平均壁厚、壁厚的标准偏差值以及壁厚分布百分比，并且设定凸形封头壁厚分布的范围门槛阈值FW；以壁厚分布百分比以及壁厚的标准偏差值与公称壁厚的比值为判据，判断凸形封头的分层缺陷，以加权平均壁厚落入范围门槛阈值FW的某档，判断分层缺陷位于凸形封头壁厚的部位。本方法克服了传统凸形封头分层缺陷检测的缺陷，利用超声C扫描检测手段,有效提高分层缺陷检测灵敏度以及缺陷定位、定量的准确性，实现凸形封头分层缺陷的直观、快速判定，满足生产现场的检测需求。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：

图1为具有凸形封头的压力容器结构示意图；

图2为本凸形封头平面示意图。

具体实施方式

实施例如图1和图所示，本发明压力容器凸形封头分层缺陷的检测方法包括如下步骤：

步骤一、清洁凸形封头1表面，确保凸形封头1表面为金属原面或均匀的油漆层；

步骤二、选择凸形封头1变形量最大的折边弧形部分11为检测区域，该检测区域设置于凸形封头1焊缝12以下沿径向的一个环形带13外壁，并将这个环形带13等分为20个小块的测试块14；

步骤三、采用超声C扫描测试仪以凸形封头1的拼接焊缝12为起点沿逆时针方向，手持探头缓慢移动对各测试块14依次进行检测扫查，并且保存各检测块14的检测图像；

步骤四、由超声C扫描测试仪系统得到各测试块14的测试数据：

t_平＝(t₁×S₁/S_总)+(t₂×S₂/S_总)+...(t_n×S_n/S_总)

P＝【(t₁-t_平)²×S₁/S_总+(t₂-t_平)²×S₂/S_总+...(t_n-t_平)²×S_n/S_总】^1/2

以及壁厚分布百分比BFB值，

其中：t_平为各测试块的加权平均壁厚，t₁、t₂...t_n分别为探头在各检测块上各检测点的壁厚，S₁、S₂...S_n分别为探头在各检测块上各检测点的检测面积，S_总为各测试块的面积，P为各测试块壁厚的标准偏差值；

步骤五、设定凸形封头1壁厚分布的范围门槛阈值FW，FW分为三档，分别为FW₁、FW₂、FW₃，表明分层沿凸形封头1壁厚分布情况，

FW₁<(t_g+2h)×40％

(t_g+2h)×40％≤FW₂<(t_g+2h)×80％

(t_g+2h)×40％≤FW₃<(t_g+2h)×80％

其中：t_g为凸形封头的公称壁厚，h为凸形封头的焊缝余高；

步骤六、在范围门槛阈值FW₃内，当BFB＜45％时，表明该测试块片状分层严重；当45％≤BFB≤90％，并且P/t_g<20％时，表明该测试块出现分散分层；当45％≤BFB≤90％，并且P/t_g＞20％时，表明该测试块出现片状分层；当BFB＞90％时，表明该测试块无分层；

步骤七，判断各测试块的加权平均壁厚t_平落入FW₁、FW₂或FW₃的范围内，得到分层缺陷位于凸形封头1壁厚的部位。

优选的，所述超声C扫描测试仪的探头为直径10mm的5MHz双晶直探头，扫查精度为周向5mm、径向1mm，探头灵敏度为80％B₁-14dB，探头采用油耦合。其中B₁为在探头扫查时的第一次底波高度。

优选的，超声C扫描测试仪扫查凸形封头的环境温度为5～40℃、环境相对湿度小于95％。

优选的，超声C扫描测试仪的探头在测试块上移动的速度小于150mm/s。

在宝钢一台规格为Ф2500×18×4500的储气罐容器的检验检测中，检验员用测厚仪测厚时发现该压力容器下部凸形封头有不同程度的减薄现象，为了分清区别是腐蚀还是分层或者非金属夹杂缺陷，更好地了解整个凸形封头的壁厚减薄情况，采用本方法对该压力容器的凸形封头进行检测，对凸形封头划分检测区域后采用超声C扫描测试仪进行检测。

摘选第一测试块的测试数据如表1所示：

其中，凸形封头的焊缝余高取1mm，由表1中数据可得到，在FW₃范围内，BFB值在45％与90％之间，并且P/t_g＜20％，表明属于分散分层；另外t_平落入FW₂范围内，表明分层出现在外壁向内8～16mm之间。

另外摘录部分测试块的测试数据汇总分析如表2所示：

摘选表2中3#测点的检测报告页如表3所示，其中判定过程说明：在3#测点的扫查范围内，根据表中的数据，依据判据BFB(FW₃)＝14.09％<45％，并且P/t_g＝27.6％>20％，能够很快准确地发现严重的大面积片状分层，分层厚度大部分集中在凸形封头近外壁8毫米内，即t_平＝6.238落入FW₁的范围内。

超声C扫描是一种利用超声波的声学特性，通过计算机集成化系统对超声信号进行一系列的处理分析，获得缺陷在不同深度层面上的二维声学图象的一种先进的检测方法。通过检测的图象可以直观地看到在一定深度层面上缺陷的形状、位置、分布及取向。根据所选择的扫描参数可以得到缺陷在层面各个方向上的尺寸及分布范围等。然后利用计算机图象处理技术或几何作图法将不同深度层面上的C扫描图象进行叠加，便可以得到被检体的三维声学图象，从而可以得到缺陷的立体图象、三维尺寸和空间分布，适合于检测在役金属材料的腐蚀缺陷和钢板缺欠，如分层、夹杂等。因而，本方法借助超声C扫描检测手段，辅以相应的判据可以直观、快速判定压力容器凸形封头的分层缺陷，提高检测效率及精度，满足生产现场对于凸形封头的检测需求。