在用压力容器常见缺陷就其存在部位可分为表面缺陷和埋藏缺陷两类, 都对压力容器的安全性能构成潜在威胁, 以下对其分别进行讨论, 以供参考。
1 表面缺陷
常见的表面缺陷有裂纹、腐蚀和焊缝咬边等, 这些缺陷有的是在使用中产生的, 有的是在制造时遗留下来的, 处理的重点应是使用中产生的缺陷。
1. 1 表面裂纹
裂纹是在用压力容器的重点检验项目。现场检验时优先使用磁粉探伤技术, 它能快速、准确和直观地发现表面裂纹, 是目前检验表面缺陷最为灵敏可靠的手段。表面裂纹危害性极大, 一旦发现应认真分析其产生原因, 采取适当的措施(如打磨和挖补等) 予以彻底消除。从断裂力学观点而言, 表面裂纹也存在允许尺寸, 但考虑到内表面裂纹与储存介质直接接触, 外表面裂纹与大气接触, 因此易促使裂纹的扩展, 危害极大, 故对表面裂纹一律采取打磨消除的措施。有关文件规定, 如表面裂纹打磨深度≤7 %的设计厚度, 且≯3mm ,可不补焊。但为了减少应力集中, 要求磨削部位光滑并过渡圆滑。如果超出上述规定, 则必须采取严格的补焊措施予以修复。
1. 2 腐蚀
对于分散的点状腐蚀, 如果腐蚀深度≤1/ 5 壁厚(不含腐蚀余量) ,在直径为200mm 的范围内, 点状腐蚀总面积≤40cm2 且沿任一直径的点状腐蚀长度之和≤40mm 时, 一般可不作处理; 对于均匀性面状腐蚀, 如按剩余平均壁厚(应扣除至下一个检验期的腐蚀量) 进行强度校核合格, 也可不作处理; 非均匀性面状腐蚀, 如按最小剩余壁厚(应扣除至下一个检验期的腐蚀量) 校核强度合格, 也可不作处理。否则, 应根据具体情况作降压使用、补焊、更换或判废处理。如腐蚀严重且强度校核不合格, 难于修复或已达使用寿命者, 应考虑予以报废。
1. 3 焊缝咬边
焊缝咬边为几何不连续与应力集中部位, 容易诱发裂纹。对于低温容器、交变载荷或频率间歇操作容器的焊缝咬边, 都应打磨消除或打磨后补焊; 对于其它容器, 当其表面焊缝咬边深度≤0. 5mm ,连续长度≤100mm ,且焊缝两侧咬边总长不超过该焊缝长度的10 %时, 可不作处理。如超过上述范围, 则应打磨消除或打磨后补焊。
2 埋藏缺陷
常见的埋藏缺陷主要有裂纹、未焊透、未熔合、气孔和夹渣等。这些缺陷多为制造时留下的, 其中处理的重点为埋藏裂纹。壁厚 8mm 的钢制容器时, 一般采用超声波探伤。超声波穿透能力很强, 对厚板中缺陷的探伤灵敏度较高且检测速度快。
2. 1 埋藏裂纹
裂纹在射线底片上呈现为轮廓分明的黑线或黑图1
埋藏裂纹的超声波波形丝(一般是两端尖中间粗) 裂纹在超声仪器上的回波高度大, 波幅宽, 会出现多峰(图1) 。探头平移时, 反射波连续出现, 波幅有变动; 探头转动时, 波峰有上下错动现象。埋藏裂纹通常是在制造时产生的, 但有时也会在使用中产生。由于位于焊缝中间, 图1埋藏裂纹的超声波波形。
不与腐蚀介质接触, 相对于表面裂纹而言, 所受的应力较小, 危害性也较小。但在使用过程中, 尤其是在交变载荷或频繁间歇操作时, 有可能产生裂纹扩展至表面或穿透, 产生破坏, 因此对埋藏裂纹的处理要重视, 一旦发现必须采取严格的措施予以挖补修复。
2. 2 未焊透和未熔合
未焊透在射线底片上呈两侧整齐的细直黑线, 一般在焊缝中部; 根部未熔合在射线底片上是一侧整齐且黑度较大的细直黑线, 一般在焊缝中间; 坡口未熔合在射线底片上呈连续或断续的黑线, 一般在焊缝中心至边缘1/ 2 处; 层间未熔合在射线底片上是黑度较小的不规则块状阴影。超声波探伤时, 探头平移未焊透波形稳定, 从焊缝两侧探伤均能得到大致相同的反射波; 当超声波垂直入射到表面时, 回波高度大, 但如探伤方法和折射角选择不当, 则可能漏检; 未熔合反射波在探头平移时, 波形较稳定, 两侧探测时, 反射波幅不同, 有时只能从一侧探到。未焊透和未熔合均为制造缺陷, 处于焊缝中间, 不与腐蚀介质接触, 因此, 相对于表面裂纹而言, 危害性较小, 但同样也存在诱发裂纹的可能。探伤中若发现存在诱发裂纹, 应按上述埋藏裂纹的处理原则进行必要的挖补修复。倘若没有新的裂纹产生, 那么视具体尺寸、位置及使用条件等, 对近表面缺陷进行挖补修复, 其它的可不作处理。
2. 3 气孔和夹渣
气孔在射线底片上呈黑色圆点, 也有呈黑线(线状气孔) 或其它不规则形状的, 边缘轮廓圆滑, 中心黑度大, 至边缘减小。夹渣在底片上呈黑点、黑条和黑块, 形状不规则, 变化无规律。钨夹渣在射线底片上呈极亮白点。
气孔和点状夹渣在超声探伤仪器上回波高度低(图2) ,波形较稳定, 从各个方向探测时反射波高大致相同, 但探头稍一移动波形就消失。两者的区别在于气孔内气体的声阻抗小, 反射率高, 波形陡直尖锐; 而夹渣内含的金属或非金属夹渣的声阻抗大, 反射波低, 且夹渣面粗糙, 波形宽, 呈锯齿形。密集气孔为一簇反射波, 其波高随气孔大小而不同, 当探头定点转动时, 会出现此起彼落的现象。 (a) 气孔(b) 点状夹渣图2
气孔和点状夹渣的超声波波形气孔和夹渣均为制造缺陷。经过大量在用压力容器检验, 发现绝大部分气孔不会发展成裂纹, 潜在危险小, 可适当放宽容限。因此, 如检验时没有发现气孔边缘有新的裂纹产生时, 可不作处理; 若发现有新的裂纹产生时, 则应按上述原则进行挖补修复。对于夹渣也可适当放宽容限, 但对于一些自身高度较大、断面形状扁平或呈三角形、端部夹角狭长和尖锐的夹渣, 应适当挖补修复。
3结语
介绍了在用压力容器常见的表面和埋藏缺陷, 分析了检测方法, 指出缺陷的成因、表现及危害程度, 并提出了解决方案。对裂纹类危害严重的缺陷应予以重视, 坚决修磨, 其它不同类型的缺陷可视具体情况适当放宽或挖补修复, 为在用压力容器的安全使用提供参考。