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大型压力容器现场安装过程中的无损检测技术解析

日期:2025-07-29 浏览:4

大型压力容器现场安装过程中的无损检测技术解析

大型压力容器,特别是超长塔器和球形储罐,其制造过程往往是厂内预制、现场组装的模式。塔器的现场作业可能仅涉及一两道对接环焊缝,但球形储罐的现场组装,无论是采用散装法还是球带法,都意味着海量的焊接工作。与制造车间可控的环境相比,现场手工焊接面临着环境条件差、全位置焊接难度高等挑战,这使得焊缝极易产生错边、气孔、夹渣、未熔合、未焊透及裂纹等多种缺陷。因此,无损检测(NDT)便成为保障焊接质量、确保结构安全不可或缺的关键环节。通常,内部缺陷的探查依赖射线或超声波技术,而表面缺陷则采用磁粉或渗透检测。

内部缺陷检测:射线与超声波的双重保障

对于焊缝内部的“隐形杀手”,射线检测(RT)与超声波检测(UT)是目前最主要的两种探查手段。根据国家标准 GB 12337—1998《钢制球形贮罐》的要求,在特定条件下,球壳的对接接头必须进行 100% 的射线或超声波检测。这些条件主要指向高风险应用场景,包括:

  • 厚壁结构: 对于碳素钢和16MnR钢,板厚 δs 大于 30mm;对于15MnVR和15MnVNR钢,板厚 δs 大于 25mm。
  • 高强度材料: 钢材标准抗拉强度下限值 σb > 540 MPa。
  • 特殊工况: 需进行气压试验的球罐,或图样注明盛装介质为易燃、极度或高度危害毒性物料。
  • 设计强制要求: 设计图样中明确规定须进行 100% 检测的球罐。

对于这些需要 100% 检测的焊缝,是否需要采用 RT 和 UT 进行相互复检,以及复检的比例,则由设计方在图样中明确。

对于上述规定之外的焊接接头,标准允许进行局部检测,但检测长度不得少于该条焊缝总长的 20%,且若干关键部位必须实施全面检测:

  1. 焊缝交叉处
  2. 嵌入式接管与球壳的对接接头
  3. 开孔中心 1.5 倍直径范围内的所有焊接接头
  4. 公称直径不小于 250mm 的接管与法兰或接管间的对接焊缝
  5. 被补强圈、支柱、垫板等构件覆盖的焊缝区域

在执行层面,球形储罐的几何特征为射线探伤提供了一种高效的作业方式。将 γ 射线源置于球心,一次曝光便可完成所有焊缝的透照,效率极高。而超声波检测则更适用于母材厚度大于 8mm 的全焊透对接焊缝。通常采用工作频率在 0.5~15 MHz 的 A 型脉冲反射式超声波探伤仪,配合 2~5 MHz 的 K 值探头,通过一次反射法在焊缝单面两侧完成检测。当母材厚度超过 46mm 时,则需采用双面双侧的直射波检测法。为确保最高精度,对要求严苛的焊缝,可将焊缝余高磨平后直接在焊缝上进行扫查。

这些复杂的检测规程和操作细节,对技术人员的专业能力和经验提出了极高要求。如何准确判读缺陷信号、如何根据标准进行合格评定,直接关系到整个设备的安全。这正是专业检测实验室的核心价值所在。

精工博研测试技术(河南)有限公司(原郑州三磨所国家磨料磨具质量检验检测中心),央企,国字头检测机构,专业的权威第三方检测机构,专业检测压力容器无损检测,可靠准确。欢迎沟通交流,电话19939716636

表面缺陷检测:磁粉与渗透的精细排查

现场露天焊接的恶劣条件,使得焊缝表面极易萌生裂纹。针对这一问题,磁粉检测(MT)和渗透检测(PT)便派上了用场。依据 GB 12337—1998 标准,以下关键部位的表面必须进行磁粉或渗透检测:

  • 嵌入式接管与球壳的对接接头表面
  • 所有焊补区域的表面
  • 工装夹具拆除后的焊迹及缺陷修磨区域表面
  • 支柱与球壳连接的角焊缝表面
  • 在已进行 100% RT/UT 检测的球罐上,公称直径小于 250mm 的接管对接接头表面

检测前,必须对受检区域进行打磨,直至露出金属光泽,并确保焊缝与母材平滑过渡,为获得可靠的检测结果创造条件。根据 JB/T 4730.1~6—2005 标准,检测结果达到 I 级方为合格。

整体结构完整性评估:耐压试验中的声发射监测

当所有焊接与安装工作完成后,球形储罐将迎来最终的“大考”——耐压试验。通过水或空气加压,全面考核其安全质量。对于一些高要求的球罐,在水压试验的同时,还会引入声发射检测(AET)技术,进行实时在线监测。这项技术的独特价值在于,它能“听”到材料内部在应力作用下发生的细微变化,从而捕捉到缺陷的开裂、裂纹的萌生与扩展等动态过程,对球罐在承压过程中的结构完整性给出实时评价。

声发射检测通常采用多通道声发射仪,通过在球壳表面布置三角定位的探头阵列,实现对整个结构的实时监控。探头间距一般为 3~5 米。以常见规格为例,一台 400m3 的球罐约需 18 个通道,而 1000m3 的球罐则需 26 个通道。

新安装的球罐在首次加载升压时,焊接和组装过程中产生的残余应力会逐步释放,导致声发射信号异常丰富,定位源在球壳上呈现出较为分散的分布。但在人孔、支柱角焊缝、错边等应力集中区域,或存在缺陷的部位,声发射定位源会呈现出密集的集团现象。

那么,如何区分这些信号是无害的应力释放,还是危险的缺陷活动呢?这里的技术关键在于利用金属材料的“凯泽效应”(Kaiser Effect)。具体操作是:将压力从试验压力降至设计压力,再进行第二次升压。由于凯泽效应,那些由残余应力释放产生的声发射源,在第二次升压时几乎不会再发出信号;而由活性缺陷(如裂纹扩展)产生的声发射源,则会重复出现。

声发射技术能够精准定位活性缺陷的位置,但它无法直接判断缺陷的具体性质。要确定声发射源内部究竟是何种缺陷,还需借助常规的无损检测方法(如 UT、MT)进行复验,最终形成一个完整的诊断闭环。

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