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1、压力容器检测试验技术压力容器检测试验技术 杭州市特种设备检测院 夏福勇 高级工程师 高级检验师压力容器检验最重要的内容是对容器的整体和局部进行一系列检测和试验，这些检测和试验中，有些属于应会项目，即由压力容器检验人员亲手操作或亲自主持完成的项目，例如宏观检查、几何尺寸测量、测厚、现场硬度测定、耐压试验、气密试验等；有些属于应知项目，即委托有关专业技术人员来完成的项目，例如金相试验、硬度试验、化学元素分析、力学性能试验、无损检测等。对于前者，压力容器检验人员应熟练掌握应用。而对于后者，则要求了解其基本原理、实施方法、工艺要点、适用范围与不适用场合、优点和局限性。这样才能在压力容器检验中，针对压力
2、容器状况、现场条件、可能产生缺陷的性质来正确地选择检测项目和方法，综合各种的检测和试验结果，最终对压力容器安全性能作出全面、准确的评价。6.1 压力容器宏观检查与测量技术压力容器宏观检查与测量技术v宏观检查的方法简单易行，可以直接发现容器内、外表面宏观检查的方法简单易行，可以直接发现容器内、外表面比较明显的缺陷，快速获得容器的总体质量印象，从而为下比较明显的缺陷，快速获得容器的总体质量印象，从而为下一步其他检验内容，包括检测项目、方法、比例、部位的选一步其他检验内容，包括检测项目、方法、比例、部位的选择和实施提供依据。择和实施提供依据。v 宏观检查包括目视检查和几何尺寸测量。容器的几何尺宏观检
3、查包括目视检查和几何尺寸测量。容器的几何尺寸测量包括容器本体和受压元件的结构尺寸、形状尺寸、缺寸测量包括容器本体和受压元件的结构尺寸、形状尺寸、缺陷尺寸、以及厚度尺寸等。其中厚度测定需要使用超声波仪陷尺寸、以及厚度尺寸等。其中厚度测定需要使用超声波仪器，其余项目则是根据需要使用各种不同的手工量具进行检器，其余项目则是根据需要使用各种不同的手工量具进行检查，所以又称量具检查。查，所以又称量具检查。v 几何尺寸测量又可分为整体几何尺寸测量和局部几何尺几何尺寸测量又可分为整体几何尺寸测量和局部几何尺寸测量两类。前者对容器的主要几何尺寸进行检测，通常是寸测量两类。前者对容器的主要几何尺寸进行检测，通常
4、是在容器组装过程中或制造接近完工阶段的规定验收项目；而在容器组装过程中或制造接近完工阶段的规定验收项目；而后者则是在目视检查的基础上进行的定量测量，目视检查是后者则是在目视检查的基础上进行的定量测量，目视检查是一种定性检测，对目视检查发现的弯曲、变形、凹陷、鼓包、一种定性检测，对目视检查发现的弯曲、变形、凹陷、鼓包、腐蚀、沟槽、焊缝表面气孔、弧坑、咬边、裂纹等缺陷需要腐蚀、沟槽、焊缝表面气孔、弧坑、咬边、裂纹等缺陷需要进行定量，以确定缺陷的严重程度。简单的量具检查方法包进行定量，以确定缺陷的严重程度。简单的量具检查方法包括用平直尺检查直线度、用弧形样板检查弧度、用游标卡尺括用平直尺检查直线度、
5、用弧形样板检查弧度、用游标卡尺或塞尺测量沟槽或腐蚀坑的深度、鼓包的高度、用卷尺测量或塞尺测量沟槽或腐蚀坑的深度、鼓包的高度、用卷尺测量圆周长计算筒体直径等等。圆周长计算筒体直径等等。目视检查v目视检查是指检验人员用肉眼对容器的结构和内、外表面状态进行检目视检查是指检验人员用肉眼对容器的结构和内、外表面状态进行检查，通常在其他检验方法之前进行。目视检查包括判断容器结构与焊缝查，通常在其他检验方法之前进行。目视检查包括判断容器结构与焊缝布置是否合理；有无成形组装缺陷；容器有无整体变形或凹陷、鼓包等布置是否合理；有无成形组装缺陷；容器有无整体变形或凹陷、鼓包等局部变形；容器表面有无腐蚀、裂纹及损伤；
6、焊缝是否有表面气孔、弧局部变形；容器表面有无腐蚀、裂纹及损伤；焊缝是否有表面气孔、弧坑、咬边、裂纹等缺陷；容器内、外壁的防腐层、保温层、衬里等是否坑、咬边、裂纹等缺陷；容器内、外壁的防腐层、保温层、衬里等是否完好，等等。完好，等等。v 肉眼能迅速扫视大面积范围，获得直观印象，并且能够察觉细微的肉眼能迅速扫视大面积范围，获得直观印象，并且能够察觉细微的颜色和状态的变化，是其它检查方法无法替代的。目视检查时，一般采颜色和状态的变化，是其它检查方法无法替代的。目视检查时，一般采用先看结构后看表面，从整体到局部，从宏观到微观的检查次序。用先看结构后看表面，从整体到局部，从宏观到微观的检查次序。v 对肉
7、眼检查有怀疑的部位，可用对肉眼检查有怀疑的部位，可用510倍放大镜进一步观察。倍放大镜进一步观察。v 为了能有效地观察到器壁表面变形、腐蚀凹坑等缺陷，可用手电筒为了能有效地观察到器壁表面变形、腐蚀凹坑等缺陷，可用手电筒贴着容器表面平行照射，此时容器表面的微浅坑槽能清楚地显示出来，贴着容器表面平行照射，此时容器表面的微浅坑槽能清楚地显示出来，鼓包和变形的凹凸不平现象也能够看得更加清楚。鼓包和变形的凹凸不平现象也能够看得更加清楚。v 对无法进入的容器，无法接近或无法直接观察的狭窄部位，可以利对无法进入的容器，无法接近或无法直接观察的狭窄部位，可以利用反光镜或内窥镜进行检查。用反光镜或内窥镜进行检查
8、。v 锤击检查也是一种常用的辅助方法，根据锤击时所发出的声响和小锤击检查也是一种常用的辅助方法，根据锤击时所发出的声响和小锤弹跳程度的手感来判断该查部位是否存在缺陷。锤弹跳程度的手感来判断该查部位是否存在缺陷。6.1.2 筒体几何尺寸测量筒体几何尺寸测量v1.错边量与棱角度的测量错边量与棱角度的测量v通常可采用焊规、焊缝检测尺、样板尺、取形规等工通常可采用焊规、焊缝检测尺、样板尺、取形规等工具测量错边量与棱角度。具测量错边量与棱角度。v 焊规测量时，将焊规的基准面靠平在被测焊缝的一侧，焊规测量时，将焊规的基准面靠平在被测焊缝的一侧，滑动尺靠上检测焊缝的另一侧，读出滑动尺的数据。如果滑动尺靠上检
9、测焊缝的另一侧，读出滑动尺的数据。如果检测环向焊缝，焊规必须与容器的轴向平行，垂直于容器检测环向焊缝，焊规必须与容器的轴向平行，垂直于容器的环向中心切线，如图的环向中心切线，如图6.1-1。如果检测的是纵向焊缝，焊。如果检测的是纵向焊缝，焊规必须与容器的环向切线平行，垂直于容器的轴向中心切规必须与容器的环向切线平行，垂直于容器的轴向中心切线，如图线，如图6.1-2。需要注意，检测纵向焊缝时，由于焊规基。需要注意，检测纵向焊缝时，由于焊规基准面为一平面，在曲面上很难或不太好靠平，特别是容器准面为一平面，在曲面上很难或不太好靠平，特别是容器直径较小的焊缝对接缝，有经验的检验员一般采用左右两直径较小
10、的焊缝对接缝，有经验的检验员一般采用左右两边测量，测得的两个数据进行对比，来判定其错边量数值。边测量，测得的两个数据进行对比，来判定其错边量数值。不难看出，焊规测量纵向焊缝错边量的测量误差较大。不难看出，焊规测量纵向焊缝错边量的测量误差较大。vv图6.1-1焊规检测环向焊缝图6.1-2焊规检测纵向焊缝v图6.1-3焊缝检查尺检测纵向焊缝图6.1-4样板尺检测纵向焊缝v采用焊缝检测尺来测量错边量与棱角度的精确度要高一些。如图6.1-3。v焊缝检测尺测量时先将焊缝尺的v两基准点（支脚）调整到所需的v容器直径刻度上，将检测尺平行v于容器的环向切线，垂直于容器v轴向中心线，检测尺滑动时，在v对接焊缝的
11、两边各测一点，测得v的两次数据之差，为该纵向对接焊缝的错边量数值。图6.1-5样板R检测完工的纵焊缝v样板尺测量错边量与棱角度见图6.1-4。图6.1-5为样板尺测量完工的纵向对接焊缝。图6.1-5 样板R检测完工的纵焊缝v2.直线度的测量直线度的测量直线度控制对立式塔器特别重要。直线度控制对立式塔器特别重要。容器制造时直线度的控制分两部分容器制造时直线度的控制分两部分进行：进行：一是容器筒体组对后焊接前，对一是容器筒体组对后焊接前，对筒体的直线度进行第一次检测。筒体的直线度进行第一次检测。二是在容器筒体组焊之后，进行校核检测以保证容器直线度二是在容器筒体组焊之后，进行校核检测以保证容器直线度
12、在标准允许的范围之内，通常的检测方法如下：在标准允许的范围之内，通常的检测方法如下：在筒体上确定个对称检测基准点，一般选在是在筒体上确定个对称检测基准点，一般选在是0、90、180270需要注意的是测量数据的准确性与基准点的选位有需要注意的是测量数据的准确性与基准点的选位有关，设备筒节组对后时，直线度不规则，母线不容易找准，关，设备筒节组对后时，直线度不规则，母线不容易找准，因此对组对之后的筒体通常需要使用校核模板来确定基准点，因此对组对之后的筒体通常需要使用校核模板来确定基准点，找出母线，。找出母线，。母线端点图6.1-6 模板确定筒体轴线 对筒体的长度超过对筒体的长度超过20M20M的超长
13、型容器，用纲丝测量直线度有一定困难，钢的超长型容器，用纲丝测量直线度有一定困难，钢丝拉紧之后存在一定挠度，挠度越大，测量精度越差。检测超长型设备应采丝拉紧之后存在一定挠度，挠度越大，测量精度越差。检测超长型设备应采用较为先进的水准仪和经纬仪。检测基准点与纲丝绳测量法相同，只是增加用较为先进的水准仪和经纬仪。检测基准点与纲丝绳测量法相同，只是增加了数据换算过程。了数据换算过程。另提请注意的是，另提请注意的是，GB15089GB15089规定测量点位置应离规定测量点位置应离A A类焊缝中心线类焊缝中心线100mm100mm，但同样，离，但同样，离B B类焊缝也应类焊缝也应100mm100mm，以免
14、将错边量和棱角度数据叠加在不直以免将错边量和棱角度数据叠加在不直度数据之中。有经验的检验员通常把检测点定在每一节筒体的度数据之中。有经验的检验员通常把检测点定在每一节筒体的1/21/2长度处，这长度处，这样较为合理和准确。样较为合理和准确。GB150 GB150标准规定压力容器壳体的直线度允差为壳体长度的标准规定压力容器壳体的直线度允差为壳体长度的11，当直立容，当直立容器长度超过器长度超过30M30M时，其筒体的直线度允差应符合时，其筒体的直线度允差应符合JB4710JB4710的规定。的规定。JB4710JB4710是钢制塔式容器专用标准，该标准对直线度允差为：任意是钢制塔式容器专用标准，
15、该标准对直线度允差为：任意3000mm3000mm长长圆筒段偏差不得大于圆筒段偏差不得大于3mm3mm，圆筒长度，圆筒长度L L小于等于小于等于1500mm1500mm时，偏差不大于时，偏差不大于L/1000L/1000，长度，长度L L大于大于1500mm1500mm时，偏差不大于时，偏差不大于0.5L/1000+80.5L/1000+8。根据。根据JB4710JB4710要求，检测时，要求，检测时，每每3000mm3000mm必须测量一点，否则满足不了标准要求。必须测量一点，否则满足不了标准要求。v3.最大最小直径差测量最大最小直径差测量v测量筒体平均直径最简便的方法是使用卷尺量出筒体周长
16、，然后除以。v需要测定筒体最大或最小直径,对单节筒体的直径测量可使用卷尺，通常情况下是测量筒节两端面。检测时将卷尺的端点靠紧筒体一侧，另一侧的测量者将卷尺在圆弧方向左右滑动，读出卷尺与筒体切线的最大值，检测点越多，越能真实反映筒体的圆度。v组对之后及开孔组焊接管的筒体，检测时则采用内径千分尺和内径套筒尺来测量。内径千分尺检测手法很重要，如果掌握不好，会产生数据失真，具体方法如图6.1-8：首先将内径千分尺的基点定位，不可位移，测量端靠上筒体的另一面，不要锁住定位器，沿着筒体的圆弧方向，左右滑动如图6.1-8（a），读出最大数值时，内径千分尺延着筒体的轴向方向左右滑动，如图6.1-8（b），读出
17、这时的最小值，这就是该检测点的实际尺寸，以此方法测量若干点，算出同一截面最大、最小差值。GB150标准对最大内径与最小内径差标准对最大内径与最小内径差e的规定是：的规定是：DmaxDmin（同一截面）不大于内径（同一截面）不大于内径（Di）的）的1%，且不大于，且不大于25mm（对锻焊容器（对锻焊容器1）。）。当被检断面位于孔中心一倍开孔内径范围内时，则该断面应当被检断面位于孔中心一倍开孔内径范围内时，则该断面应Dmax-Dmin应应不大于内径（不大于内径（Di）的）的1%（对锻焊容器为（对锻焊容器为1）与开孔内径的）与开孔内径的2%之和，且不之和，且不大于大于25mm。GB15151规定，同
18、一断面上最大直径与最小直径之规定，同一断面上最大直径与最小直径之e0.5%DN，且且DN1200mm时其值不大于时其值不大于5mm,且且DN1200mm时其值不大于时其值不大于7mm图6-1.8 筒体直径的测量 需要注意的是，最大直径与最小直径的检测，必须避开焊缝边缘至少需要注意的是，最大直径与最小直径的检测，必须避开焊缝边缘至少100mm100mm。因为纵、环焊缝焊接产生的棱角度会影响最大直径与最小直径的。因为纵、环焊缝焊接产生的棱角度会影响最大直径与最小直径的数据精度。有经验的检验人员通常把重点检测部位选在人孔和大接管截数据精度。有经验的检验人员通常把重点检测部位选在人孔和大接管截面，因为
19、大接管与筒体组焊之后产生较大的焊接变形。面，因为大接管与筒体组焊之后产生较大的焊接变形。6.1.3 封头形状的检测封头形状的检测实际压力容器封头存在与设计形状之间的偏差，由于这些偏差的存在，在整个封头直径范围内将会使封头生产附加弯曲应力，它将导致封头的局部区域产生屈服。封头的形状偏差控制，也是压力容器检验中的重要环节。1.封头最大直径与最小直径测量测量封头的直径差DmaxDmin可使用卷尺和盘尺，有条件的工厂可以使用内径千分尺和内径套筒尺。正确的方法，将卷尺或内径千分基点、靠紧封头内壁或外壁的一端，测量端延着园弧方向左右滑动，读出最大切点数值，标准中没有确定测量点数、一般情况应测量4-8个点。
20、一般封头直径差不超过为封头内径1%，最大不大于封头内径的1.25%。2.封头几何形状（曲率）的检测封头几何形状（曲率）的检测一般使用内样板检查椭圆形、碟形、球形封头内表面的形状偏差。按GB150-98规定，样板弦长应等于封头内径的3/4Di。检测前标好各测量点沿直径方向位置，样板放入封头内时，可用粉线校正，位置如图6.1-9，样板必须垂直于被检测表面，而后用直尺或塞尺读出最大间隙数值，以此方法反复测量几点，读出最大间隙数值。碟形及折边锥形封头，过渡区转角半径不得小于图样的规定值（样板检查），封头直边部分的纵向皱折深度应不大于1.5mm（用圆弧样板靠后，塞尺检查）。图6.1-9 用样板测量封头几
21、何形状偏差6.1.4 压力容器的组对装配检验压力容器的组对装配检验v压力容器的组对、装配指将该容器的全部组成零部件通过下料、成型、组对、组装、焊接、机加工、螺栓连接等方法形成一个符合图纸要求的整体压力容器全过程。v1.塔式压力容器的组对装配检验塔式压力容器的组对装配检验v由于塔式压力容器的特殊性，一般组装顺序如下：容器筒节成型、组对接管方位的划线、开孔组对、组装接管、人孔等裙座的组对、端盖的装配塔盘及内件组装。v容器筒体组对的一般作法是：根据塔式容器的长度尺寸及工厂厂房和起吊设备的条件，将筒体分为24段分段组对。每一段组对时，采用立式组对最为合理和方便（也可采用卧式组对方法）。将最上一节筒节（
22、或封头、端盖）吊起与第二节筒节组对，以此类推，直至该段筒体组对完毕。立式组对整体设备的直线度、错边量、组对间隙的调整较为容易和方便，工人的操作条件也比卧式组对好。v组对时，相邻筒体的纵缝（组对时，相邻筒体的纵缝（A类焊缝）应错开筒体厚度类焊缝）应错开筒体厚度的的3倍，且不小于倍，且不小于100mm。v 注意筒体筒节注意筒体筒节0。、。、90。、。、180。、。、270。四个轴线应在。四个轴线应在组对之前画出。筒体分组焊后进行整体合拢。整体合拢通常组对之前画出。筒体分组焊后进行整体合拢。整体合拢通常采用卧式组对法采用卧式组对法,一般情况下，先控制上下两个基准线的直一般情况下，先控制上下两个基准线
23、的直线度，固定好两点，再调整两侧基准线的直线度。线度，固定好两点，再调整两侧基准线的直线度。v 合拢缝的组对间隙很难保证处处相等。由于间隙大小不合拢缝的组对间隙很难保证处处相等。由于间隙大小不一焊接收缩不一样，有可能影响直线度。一焊接收缩不一样，有可能影响直线度。v 在组对焊接之后的整体设备上划线开孔，只能在最下一在组对焊接之后的整体设备上划线开孔，只能在最下一节筒体上设定基准线用于标高，有经验的检验员在筒体组对节筒体上设定基准线用于标高，有经验的检验员在筒体组对之前就已经将基准线划好，通常距端面之前就已经将基准线划好，通常距端面100mm为宜，不管为宜，不管是裙座组对还是设备接管孔开孔都只能
24、以此为基准。是裙座组对还是设备接管孔开孔都只能以此为基准。v对于接管开孔，可以四条基准线为起点按夹角度数和筒体的对于接管开孔，可以四条基准线为起点按夹角度数和筒体的实际周长计算出弧长为避免孔开在焊缝上而造成无损探伤量实际周长计算出弧长为避免孔开在焊缝上而造成无损探伤量增加，每一节筒体的焊缝布置在远离焊缝的位置上。增加，每一节筒体的焊缝布置在远离焊缝的位置上。v2.卧式压力容器的组对装配检验v卧式压力容器的组装检验与前面的立式压力容器大致相同，所要注意的是筒体的环缝尽量避开被支座及支座护板所覆盖的范围，也就是说避免筒体纵缝置于设备下部140范围以内，以免被覆盖，引起额外的无损探伤的要求。同样，焊
25、缝避开支座及接管位置也应在组对之前考虑，通过焊缝排版妥善安排。v卧式压力容器鞍座组对时，一定要注意固定支座与滑动支座关系，测量基准只能以固定支座为准。固定支座与滑动支座的几何尺寸超差（或搞反方向）是卧式容器制造中时常发生的问题。3.换热器的组对装配检验换热器的组对装配检验v换热器组对装配的顺序大致如下：筒体组对筒体与容器法兰对或筒体与管板组对管束组装管束与筒体组装等工序。v筒体的组对次序与前述同，关键是管束的装配。通常的组装方法是首先将一端的管板加以固定，可以采用吊垂线的办法将管板放正，调整好中垂线，而后按图样要求，组装隔板，通常隔板钻孔时是采用一台设备的所有隔板重叠固定后一次性划线钻孔，所以
26、组装隔板时，必须依照重叠的原方向，层数顺序依次组装，不得改变方向和层数顺序，否则换热管难以顺利穿入，严重时可能造成换热管的外壁损伤。v换热管穿好后，在组装另一端的管板时，两管板的中垂线必须一致，最有效的方法是吊垂线。6.1.5 压力容器焊缝外形尺寸测量压力容器焊缝外形尺寸测量v焊缝的外观质量包括焊缝表面缺陷、成形形状和尺寸。通常需要检验员测量的缺陷和形状尺寸有以下几种。v（1）焊缝的咬边v（2）焊缝的余高v（3）表面弧坑和飞溅物，一般采用目测的方法检验，对于要求较高，例如尿素级筒体焊缝，对于飞溅的检测有时采用手摸，用手感来找出飞溅处，加以消除。v焊缝的咬边和余高一般采用焊规和焊缝检测尺和深浅尺
27、来测量，测量方法如下：采用焊规则量时，将焊规的基准面靠在焊缝边缘的筒体一侧，滑动尺伸进咬边外，直接读出数值，深浅尺的操作方法与焊规相同。v值得提醒注意的是，筒体纵向焊缝咬边和余高检测时，由于筒体基准面为一圆弧形，焊规及深浅尺的基准面又是一个平面，这就造成了检测时的不准确，这时可采用焊缝错边量棱角度检测尺来测量，这时读出的数据较为准确，检测时，检测工具必须与筒体的环向或轴向垂直才能够测量准确。v咬边不仅削弱了焊缝的承载截面积，更重咬边不仅削弱了焊缝的承载截面积，更重v要的是产生结构不连续而引起应力集中。要的是产生结构不连续而引起应力集中。v高强度钢容器、承受交变载荷的容器、厚高强度钢容器、承受交
28、变载荷的容器、厚v度较大的容器和低温下使用的容器都必须度较大的容器和低温下使用的容器都必须v对焊缝的咬边严加控制。对焊缝的咬边严加控制。GB159-98有明确有明确v的规定，用于标准抗拉强度下限时值的规定，用于标准抗拉强度下限时值bv540 Mpa的钢材及的钢材及Cr-Mo低合金钢和不锈钢低合金钢和不锈钢v材制造的压力容器及焊接接头系数材制造的压力容器及焊接接头系数取为取为1v的容器，其焊缝表面不得有咬边，的容器，其焊缝表面不得有咬边，其它容器焊缝表面的咬边深其它容器焊缝表面的咬边深度不得大于度不得大于0.5mm，咬边连续长度不得大于，咬边连续长度不得大于100mm，焊缝两边，焊缝两边咬边的总
29、长不得超过该焊缝长度的咬边的总长不得超过该焊缝长度的10%。：焊缝的余高虽然不。：焊缝的余高虽然不会减少承载截面积，但它明显构成了结构的不连续，在焊趾处会减少承载截面积，但它明显构成了结构的不连续，在焊趾处产生应力集中。在交变载荷下，可能产生疲劳裂纹。低温压力产生应力集中。在交变载荷下，可能产生疲劳裂纹。低温压力容器也会因余高导致脆性开裂。容器也会因余高导致脆性开裂。v C、D类接头的焊脚在图样无规定时取焊件中较薄者之厚度，类接头的焊脚在图样无规定时取焊件中较薄者之厚度，补强圈的焊脚，当补强圈的厚度不少于补强圈的焊脚，当补强圈的厚度不少于8mm时，其焊脚等于补时，其焊脚等于补强厚度的强厚度的7
30、0%且不小于且不小于8mm，焊脚高度测量见图，焊脚高度测量见图6.1-10。图6.1-10 焊脚高度的测量6.1.6 测厚测厚v厚度测量是压力容器检验中最常见的检测项目。由于容器是闭合壳体，测厚只能从一面进行，所以需要采用特殊的物理方法，最常用的是超声波。v目前压力容器检验中使用的测厚仪都是脉冲反射式超声波测厚仪，其测厚原理如下：v式中c工件中的波速；v t超声波在工件中往返一次传播的时间。v1.脉冲反射式测量仪发展非常快，由于采用集成电路，体积重量大大减小，精度也明显提高，可达0.01mm。v2.测厚仪使用的一般程序v（1）测厚仪的校准v每一次测厚前,必须对测厚仪应进行校准。钢中的纵波声速为
31、5900mn/s，仪器中的声速一般按钢的声速设定。校准时，用仪器配置的标准试块测试，调节旋钮使仪器读数与试块厚度一致。然后再对钢铁材料进行测厚。v当对非钢铁材料测厚前，必须进行声速和仪器线性的校准。v（2）测厚操作v要求工件表面光洁平整，达不到要求时，要进行打磨。测试时要施加一定的耦合剂。常用的耦合剂有甘油、机油、水玻璃等。测厚时，探头放置要平稳、压力适当。每个测试位置应稍加移动测量两次。当管道中有沉积物，且沉积物声阻抗与工件相差不大时，要先用小锤敲击几下管壁后再测，以免误判。v3.测厚注意事项测厚注意事项v（1）声速调节和仪器线性）声速调节和仪器线性v 对配有对配有“声速调节声速调节”和和“
32、延迟调节延迟调节”的测厚仪，应注意仪器设定的声速值应的测厚仪，应注意仪器设定的声速值应与试件中传输的声速一致，这样才能保证测厚数据准确。与试件中传输的声速一致，这样才能保证测厚数据准确。v（2）材料晶粒对测厚的影响）材料晶粒对测厚的影响v 晶粒粗大的材料，例如铸钢或铸铁，对超声波衰减很大，普通测厚仪无法使晶粒粗大的材料，例如铸钢或铸铁，对超声波衰减很大，普通测厚仪无法使用，得不到读数。解决方法有：使用频率较低、功率较大的专门用于粗晶材料用，得不到读数。解决方法有：使用频率较低、功率较大的专门用于粗晶材料的测厚仪；或使用功率更大的超声波探伤仪来测厚。的测厚仪；或使用功率更大的超声波探伤仪来测厚。
33、v（3）表面涂层对测厚的影响）表面涂层对测厚的影响v 表面涂层会影响测厚结果，使测厚读数变大，所以测厚前应将表面涂层去除。表面涂层会影响测厚结果，使测厚读数变大，所以测厚前应将表面涂层去除。如实际情况不允许去除表面涂层，则应作对比试验，以确定涂层引起的厚度增如实际情况不允许去除表面涂层，则应作对比试验，以确定涂层引起的厚度增加值。加值。v（4）特殊条件下的测厚）特殊条件下的测厚v 压力容器检验中的特殊条件下的测厚包括：特殊试件，例如复合材料；特殊压力容器检验中的特殊条件下的测厚包括：特殊试件，例如复合材料；特殊尺寸，例如大厚度工件；特殊条件，例如高温下的测厚。尺寸，例如大厚度工件；特殊条件，例
34、如高温下的测厚。v 对复合材料测厚，需要制做与复合材料的材质、结构相同的专用试块，用超对复合材料测厚，需要制做与复合材料的材质、结构相同的专用试块，用超声波探伤仪进行测厚，无论是堆焊复合还是爆炸复合，均可获得满意的结果声波探伤仪进行测厚，无论是堆焊复合还是爆炸复合，均可获得满意的结果v普通测厚仪最大量程为普通测厚仪最大量程为199mm，对厚度超过，对厚度超过200mm 的工件无法测量，这时候的工件无法测量，这时候可用超声波探伤仪进行测厚。可用超声波探伤仪进行测厚。v 当温度在当温度在80度以下时，使用普通测厚仪没有问题；温度在度以下时，使用普通测厚仪没有问题；温度在80度以上，度以上，100度
35、度以下时，如果是短时间操作，测量少数点，仍可用普通测厚仪。长时间工作或以下时，如果是短时间操作，测量少数点，仍可用普通测厚仪。长时间工作或更高温度，应采用专用高温探头和高温耦合剂。更高温度，应采用专用高温探头和高温耦合剂。6.2 压力容器理化测试压力容器理化测试v6.2.1 压力容器检验中的硬度检测压力容器检验中的硬度检测v1.压力容器检验中常用硬度试验方法v（1）布氏硬度HBv布氏硬度试验方法是把规定直径的淬火钢球（或硬质合金球）以一定的试验力F压入所测材料表面,保持规定时间后,测量表面压痕直径d，由d计算出压痕表面积A，布氏硬度值HB=F/A。v按照压头种类，布氏硬度值有两种不同表示符号。
36、淬火钢球作压头测得的硬度值用HBS表示，硬质合金作压头测得的硬度值用HBW表示。v布氏硬度试验方法主要用于硬度较低的一些材料，例如经退火，正火，调质处理的钢材，以及铸铁，非铁金属等。v布氏硬度压痕较大，对薄工件或精密制成品表面，这种损伤可能是不允许的，但对压力容器表面则没有什么妨碍。压痕大的一个优点是消除微观组织不均匀造成的影响，测试数据离散性小，测试结果是受压区域的平均值，比较可靠。v布氏硬度试验机型式有台式和便携式两种。台式试验机精度高。便携式锤击布氏硬度计价格低、体积不大、可携带至现场使用，由于是人工操作，检测速度较慢。v（2）洛氏硬度）洛氏硬度 HRv洛氏硬度是采用测量压痕深度来确定硬
37、度值的试验方法。为了满足从软到硬各种材料的硬度测定,按照压头种类和总试验力的大小组成三种洛氏硬度标度，分别用HRA，HRB，HRC表示。其中HRB使用的是钢球压头，用于测量非铁金属，退火或正火钢等；HRA和HRC使用120金刚石圆锥体压头，用于测量淬火钢，硬质合金，渗碳层等。v洛氏硬度试验适用范围广，操作简便迅速，而且压痕较小，故在钢铁热处理质量检查中应用最多。v洛氏硬度试验在室内试验机上进行，无法在现场使用。由于压痕小，当材料组织不均匀时，测得的数值起伏大，缺乏代表性。v（3）维氏硬度）维氏硬度HVv维氏硬度主要用于测量金属的表面硬度。它采用正棱角锥体金刚石压头，在一定试验力下在试件表面压出
38、正方形压痕，测量压痕两对角线平均长度来确定硬度值。v维氏硬度适用的硬度范围宽，试验的压痕非常小，可以测出很小一点区域的硬度值，甚至可以测出金相组织中不同相的硬度。主要用于实验室内的显微硬度测量，焊接性能试验中的最高硬度试验就是用维氏硬度计来测定焊缝，熔合线和热影响区硬度的。v（4）肖氏硬度）肖氏硬度HSv肖氏硬度是一种动力试验法。用一个标准冲头（钢球或镶金刚石锥肖氏硬度是一种动力试验法。用一个标准冲头（钢球或镶金刚石锥体）从一定高度自由落下，落到被检试样表面，借助试样的弹性回跳体）从一定高度自由落下，落到被检试样表面，借助试样的弹性回跳起来，根据冲头回跳高度来确定试样的硬度。试样厚度应不小于起
39、来，根据冲头回跳高度来确定试样的硬度。试样厚度应不小于2mm，表面应平整光洁。测试时硬度计必须垂直放置，应取多次测量平均，表面应平整光洁。测试时硬度计必须垂直放置，应取多次测量平均值作为试样硬度值。值作为试样硬度值。v 肖氏硬度计体积小，重量轻，操作简便迅速，可用于现场检测。肖氏硬度计体积小，重量轻，操作简便迅速，可用于现场检测。但试验结果精度较低，重复性差，并且受人为因素影响较大；当对试但试验结果精度较低，重复性差，并且受人为因素影响较大；当对试验结果有较精确的要求时，应选用其他硬度试验法。验结果有较精确的要求时，应选用其他硬度试验法。v（5）里氏硬度）里氏硬度HLv里氏硬度的测量原理是：当
40、材料被一个小冲击体撞击时，较硬的里氏硬度的测量原理是：当材料被一个小冲击体撞击时，较硬的材料使冲击产生的反弹速度大于较软者。里氏硬度计采用一个装有碳材料使冲击产生的反弹速度大于较软者。里氏硬度计采用一个装有碳化钨球的冲击测头，在一定的试验力作用下冲击试样表面，利用电磁化钨球的冲击测头，在一定的试验力作用下冲击试样表面，利用电磁感应原理中速度与电压成正比的关系，测量出冲击测头距试样表面感应原理中速度与电压成正比的关系，测量出冲击测头距试样表面1mm处的冲击速度和回跳速度。里氏硬度值处的冲击速度和回跳速度。里氏硬度值HL以冲击测头回跳速度以冲击测头回跳速度VB与冲击速度与冲击速度VA之比来表示：之
41、比来表示：HL1000VB/VA。v 里氏硬度计体积小，重量轻，操作简便，在任何方向上均可测试，里氏硬度计体积小，重量轻，操作简便，在任何方向上均可测试，所以特别适合现场使用；所以特别适合现场使用；由于测量获得的信号是电压值，电脑处理十由于测量获得的信号是电压值，电脑处理十分方便，测量后可立即读出硬度值，并能即时换算为布、洛、维等各分方便，测量后可立即读出硬度值，并能即时换算为布、洛、维等各种硬度值。种硬度值。2.压力容器检验中硬度检测的应用压力容器检验中硬度检测的应用v材料硬度值与其强度存在着一定的比例关系，对钢铁材料来说，其材料硬度值与其强度存在着一定的比例关系，对钢铁材料来说，其抗拉强度
42、近似等于三分之一的布氏硬度值；材料化学成分中，大多数合抗拉强度近似等于三分之一的布氏硬度值；材料化学成分中，大多数合金元素都会使材料的硬度升高，其中碳对材料硬度的影响最直接，材料金元素都会使材料的硬度升高，其中碳对材料硬度的影响最直接，材料中的碳含量越大，其硬度越高，因此硬度试验有时用来判断材料强度等中的碳含量越大，其硬度越高，因此硬度试验有时用来判断材料强度等级或鉴别材质；材料中不同金相组织具有不同硬度，一般来说，级或鉴别材质；材料中不同金相组织具有不同硬度，一般来说，马氏体马氏体硬度高于珠光体，珠光体的硬度高于铁素体，铁素体的硬度高于奥氏体，硬度高于珠光体，珠光体的硬度高于铁素体，铁素体的
43、硬度高于奥氏体，故通过硬度值可大致了解材料的金相组织、以及材料在加工过程中的组故通过硬度值可大致了解材料的金相组织、以及材料在加工过程中的组织变化和热处理效果。织变化和热处理效果。加工残余应力与焊接残应力的存在对材料的硬度加工残余应力与焊接残应力的存在对材料的硬度也会产生影响，加工残余应力与焊接残余应力值越大，硬度越高。正因也会产生影响，加工残余应力与焊接残余应力值越大，硬度越高。正因为影响材料硬度的因素较多，工程上硬度检测的应用也较多，压力容器为影响材料硬度的因素较多，工程上硬度检测的应用也较多，压力容器检验中硬度检测的应用概括如下：检验中硬度检测的应用概括如下：v（1）对于一般的碳素钢、低
44、合金钢制压力容器，当材质不清或有疑问）对于一般的碳素钢、低合金钢制压力容器，当材质不清或有疑问时，可通过测定硬度，并根据硬度与强度的关系，近似求出材料的强度时，可通过测定硬度，并根据硬度与强度的关系，近似求出材料的强度值。常用的一个换算公式：值。常用的一个换算公式：=3.28HV-221（适用于母材）；另一公式为（适用于母材）；另一公式为=3.55HB（适用于（适用于HB175的材料）的材料）v（2）压力容器焊接性试验中检测焊接接头断面的母材、焊缝和热影响）压力容器焊接性试验中检测焊接接头断面的母材、焊缝和热影响区的硬度，据此判断材料的焊接性和工艺的适用性的方法称最高硬度试区的硬度，据此判断材
45、料的焊接性和工艺的适用性的方法称最高硬度试验法。例如用最高硬度法评价材料的焊接性和工艺的适用性时，要求验法。例如用最高硬度法评价材料的焊接性和工艺的适用性时，要求16MnR的的HV390；15MnVR的的HV400v（3）现场经常通过检测母材、焊缝和热影响区的硬度，判断焊接工艺执）现场经常通过检测母材、焊缝和热影响区的硬度，判断焊接工艺执行情况和焊接接头质量。行情况和焊接接头质量。v（4）压力容器进行局部或整体热处理后，通过对焊缝金属、热影响区及）压力容器进行局部或整体热处理后，通过对焊缝金属、热影响区及母材进行硬度测定，检查热处理效果，判断焊缝接头的消除应力情况。例母材进行硬度测定，检查热处
46、理效果，判断焊缝接头的消除应力情况。例如现场组焊的压力容器，整体热处理后焊缝金属和热影响区的硬度值要求如现场组焊的压力容器，整体热处理后焊缝金属和热影响区的硬度值要求不大于母材的不大于母材的120%（碳素钢）或（碳素钢）或125%（合金钢）（合金钢）v（5）低合金钢制压力容器焊接返修时，对返修部位进行硬度测定，检查）低合金钢制压力容器焊接返修时，对返修部位进行硬度测定，检查返修补焊工艺的可行性及焊接质量。返修补焊工艺的可行性及焊接质量。v（6）压力容器使用过程中，由于压力、温度、介质等工况条件的影响，）压力容器使用过程中，由于压力、温度、介质等工况条件的影响，在用检验中，当怀疑有脱碳时，应对可
47、疑部位进行硬度测定。在用检验中，当怀疑有脱碳时，应对可疑部位进行硬度测定。v（7）压力容器在高温下长期使用后，有可能引起渗碳、渗氮、硫化、钒）压力容器在高温下长期使用后，有可能引起渗碳、渗氮、硫化、钒化及石墨化等现象。使材料的硬度改变。在用检验时，应选择适当部位进化及石墨化等现象。使材料的硬度改变。在用检验时，应选择适当部位进行硬度测定。行硬度测定。v（8）高强度钢压力容器在用检验中，应进行硬度检测，了解焊接接头是）高强度钢压力容器在用检验中，应进行硬度检测，了解焊接接头是否有淬硬组织。否有淬硬组织。v（9）在应力腐蚀环境中使用的压力容器，在制造或在用检验中应进行硬）在应力腐蚀环境中使用的压力
48、容器，在制造或在用检验中应进行硬度检测，以判断应力腐蚀倾向。例如，要求湿硫化氢应力腐蚀环境中的碳度检测，以判断应力腐蚀倾向。例如，要求湿硫化氢应力腐蚀环境中的碳钢钢HB200；合金钢；合金钢HB235；液氨储罐材料临界硬度为；液氨储罐材料临界硬度为HV210。v（10）压力容器的主要附件，例如螺栓、螺母等，当材质不清或热处理状）压力容器的主要附件，例如螺栓、螺母等，当材质不清或热处理状态不明时，可通过测定硬度加以判断。态不明时，可通过测定硬度加以判断。v3.在用压力容器检验中的现场硬度检测在用压力容器检验中的现场硬度检测v（1）影响测试精度的因素：）影响测试精度的因素：v试件的预处理。试件的被
49、测表面必须露出金属光泽，平整、表面粗糙度Ra值应达到2um。v被测表面应清洁、不得有油污。v曲面工件测试。曲率半径R小于30mm的试件在测试时应使用小支承环。v小试件测试时的支承。重量大于5kg的试件，不需要支承。对小于5kg的试件，由于冲击力会使试件移动而导致测试值不准，一般不宜应用。v试件的厚度应大于5mm。当试件为大面积板材时，应在测试点的背面加固或支撑，否则即使厚度较大仍可能因试件变形导致测试值不准。v试件本身不得带磁。v（2）测试操作要求）测试操作要求v测试点选位：两测试点间距应3mm。v放置：应将冲击装置支承环压紧在被测表面，v按动冲击装置释放钮的测试瞬间，应保持工件、冲击装置、操
50、作员身体均处于稳定状态。v（3）工作环境温度：1045。v（4）校验：测试前最好先使用标准块对仪器进行校验。v（5）数值处理：测试结果应取35次或更多次测试的平均值。v（6）检定：每年至少检定一次，检定合格才能继续使用。6.2.2 压力容器材料元素分析压力容器材料元素分析v1.材料元素分析目的与方法材料元素分析目的与方法v通常以下几种情况需要对压力容器材料进行元素分析：通常以下几种情况需要对压力容器材料进行元素分析：v（1）压力容器制造中的材料复验：为防止材料用错，对材料牌号进行的验）压力容器制造中的材料复验：为防止材料用错，对材料牌号进行的验证性分析；证性分析；v（2）在用压力容器主体材料不