【正文】 I 摘 要 本畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題 是板材焊縫超聲波探傷測(cè)試。 主要任務(wù)是 在掌握過(guò)程設(shè)備制造流程和焊接缺陷及其產(chǎn)生原因的基礎(chǔ)上，研究超聲波探傷技術(shù)在鋼制壓力容器對(duì)接焊接接頭探傷檢測(cè)中的應(yīng)用，并給出焊縫返修的具體方案。 本文詳述了國(guó)內(nèi)外超聲檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀，并在簡(jiǎn)述過(guò)程設(shè)備制造、焊接及無(wú)損探傷的基礎(chǔ)上詳細(xì)介紹了超聲波探傷技術(shù)及其在焊縫無(wú)損探傷中的應(yīng)用及評(píng)定等級(jí)和注意事項(xiàng)。 針對(duì)給定的 板材焊縫，通過(guò)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)該焊縫的缺陷，本文詳細(xì)介紹了試塊選用，設(shè)備調(diào)試，現(xiàn)場(chǎng)探傷中的常見(jiàn)問(wèn)題及解決方法。同時(shí) 給出了現(xiàn)場(chǎng)探傷、缺陷定位和長(zhǎng)度測(cè)量的具體方法，并通過(guò) GB1134589 標(biāo)準(zhǔn) 對(duì)試驗(yàn)中檢測(cè)到的缺陷進(jìn)行了等級(jí)評(píng)定并得出了檢測(cè)工藝卡。 關(guān)鍵詞 ：焊縫；超聲波探傷；試塊；缺陷評(píng)定 II 目 錄 摘要 ...................................................................................................... I ................................................................................................... 1 背景及意義 ........................................ 1 超聲檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀 ............................ 2 ............................................................... 4 .................................... 4 常見(jiàn)焊接缺陷及產(chǎn)生原因 .................................. 8 ................................................................................. 11 ............................................... 11 超聲探傷 ............................................... 13 橫波斜探頭探傷 ......................................... 18 ..................................................... 22 焊縫超聲波探傷的具體實(shí)施過(guò)程 ........................... 22 超聲檢測(cè)中缺陷的定量分析 ............................... 29 ................................................................. 32 超聲波探傷實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器調(diào)校 ........................... 32 現(xiàn)場(chǎng)探傷 ............................................... 39 超聲探傷缺陷評(píng)定 ....................................... 43 結(jié)論 .................................................................................................... 44 參考文獻(xiàn) ............................................................................................ 45 致謝 .................................................................................................... 45 附錄 .................................................................................................... 46 1 選題的背景及意義 過(guò)程設(shè)備是各個(gè)工業(yè)部門不可缺少的重要生產(chǎn)設(shè)備，用于供熱、供電和儲(chǔ)存各種工業(yè)原料及產(chǎn)品，完成工業(yè)生產(chǎn) 過(guò)程必需的各種物理過(guò)程和化學(xué)反應(yīng)。因此它成為石油、化工、電站、核能和軍工等工業(yè)部門的重要生產(chǎn)裝備。其制造工藝以焊接為主，質(zhì)量要求比較高。焊縫質(zhì)量直接決定著壓力容器的使用安全和使用壽命，因此在制造和使用過(guò)程中的焊縫檢測(cè)顯得尤為重要。因此，迫切需要尋找一種高效、經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便可行的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)及缺陷評(píng)定方法。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)主要包括射線探傷、超聲波探傷、磁粉探傷、滲透探傷、聲發(fā)射等方法其中超聲波探傷和射線探傷是檢測(cè)壓力容器焊縫內(nèi)部缺陷的主要手段。超聲波探傷以其探傷距離大、探傷裝置體積小、重量輕、便于攜帶、檢測(cè)速度快、檢 測(cè)費(fèi)用低等優(yōu)勢(shì)，在過(guò)程設(shè)備制造和在役檢測(cè)工作中得到越來(lái)越多的應(yīng)用。 由于歷史的原因，在用過(guò)程設(shè)備的檢驗(yàn)、檢測(cè)及缺陷評(píng)定仍存在很大的問(wèn)題。具體表現(xiàn)在：①在役過(guò)程設(shè)備 (其中包括國(guó)外進(jìn)口設(shè)備 )由于設(shè)計(jì)、制造與安裝等所采用的標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，其檢驗(yàn)、檢測(cè)要求難以統(tǒng)一，制造質(zhì)量難以保證，給設(shè)備的維護(hù)和在用管理帶來(lái)很大難度。②過(guò)去對(duì)過(guò)程設(shè)備的驗(yàn)收管理不嚴(yán)，導(dǎo)致了現(xiàn)今在役設(shè)備焊縫中存著大量超標(biāo)缺陷。焊接缺陷的類型主要包括未焊透、未熔合、裂紋、氣孔及夾渣等。③國(guó)內(nèi)外關(guān)于缺陷評(píng)定的標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。這些缺陷如不進(jìn)行定期檢查及有效的安全評(píng) 定而盲目使用勢(shì)必會(huì)造成重大惡性事故，給企業(yè)帶來(lái)重大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，怎樣實(shí)現(xiàn)對(duì)焊縫內(nèi)部缺陷的精確定位、定量和定性分析及缺陷評(píng)定，是需迫切解決的課題。在焊縫缺陷檢測(cè)中，超聲檢測(cè)是目前公認(rèn)的最有效的常規(guī)無(wú)損檢測(cè)方法之一，與其它常規(guī)檢測(cè)相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)。焊縫超聲檢測(cè)一方面以其較為經(jīng)濟(jì)、操作輕便靈活而在質(zhì)量控制和在役設(shè)備安全性能檢查中得到廣泛的應(yīng)用，而在另一方面由于焊縫超聲檢測(cè)的不直觀性，以及檢測(cè)人員、檢測(cè)對(duì)象、儀器探頭等諸多因素，可能產(chǎn)生漏檢或誤判。因此，針對(duì)超聲檢測(cè)技術(shù) 顯示不直觀，探傷技術(shù)難度大以及探傷結(jié)果不 便保存等 技術(shù)難點(diǎn)，深入學(xué)習(xí)和掌握超聲檢測(cè)技術(shù)，在搞清原理、掌握使用的同時(shí)發(fā)揮創(chuàng)新精神探索超聲檢測(cè)過(guò)程中的出現(xiàn)的問(wèn)題并加以解決。針對(duì)焊縫內(nèi)部缺陷的超聲波檢測(cè)及安全評(píng)定過(guò)程中所涉及的關(guān)鍵性問(wèn)題進(jìn)行系統(tǒng)的分析，并依據(jù)缺陷檢測(cè)所得到的結(jié)果進(jìn)行缺陷評(píng)定具有重要意義 。 2 基于以上原因，本文重點(diǎn)研究過(guò)程設(shè)備制造工藝、焊接缺陷的成因及焊縫內(nèi)部缺陷的超聲波檢測(cè)方法，并選用 GB1134589 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行缺陷評(píng)定和質(zhì)量分級(jí)，從而對(duì)焊接缺陷進(jìn)行有效的安全評(píng)定。 超聲檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀 無(wú)損探傷技術(shù)是檢測(cè)壓力容器焊縫內(nèi)部缺 陷的主要手段。 無(wú)損探傷是指利用聲、光、磁和電等特性，在不損害或不影響被檢對(duì)象使用性能的前提下，檢測(cè)被檢對(duì)象中是否存在缺陷或不均勻性，給出缺陷的大小、位置、性質(zhì)和數(shù)量等信息，進(jìn)而判定被檢對(duì)象所處技術(shù)狀態(tài)的所有技術(shù)手段的總稱。工業(yè)生產(chǎn)中常用的無(wú)損檢測(cè)方法有射線檢驗(yàn) (RT)、超聲檢測(cè) (UT)、磁粉檢測(cè) (MT)和液體滲透檢測(cè) (PT) 四種。其中 射線探傷和超聲波探傷是檢測(cè)壓力容器焊縫內(nèi)部缺陷的主要手段。 國(guó)際 超聲檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)歷經(jīng)一個(gè)世紀(jì)，盡管無(wú)損檢測(cè)技術(shù)本身并非一種生產(chǎn)技術(shù)，但其 技術(shù)水平卻能反映該部門、該行業(yè)、該地區(qū)甚至該國(guó)的工業(yè)技術(shù)水平。超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù) (UT)作為四大常規(guī)檢測(cè)技術(shù)之一，由于其與其它常規(guī)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)相比，它具有被測(cè)對(duì)象范圍廣，檢測(cè)深度大；缺陷定位準(zhǔn)確，檢測(cè)靈敏度高；成本低，使用方便，速度快，對(duì)人體無(wú)害以及便于現(xiàn)場(chǎng)使用等特點(diǎn)，因而世界各國(guó)都對(duì)超聲無(wú)損檢測(cè)給予了高度的重視。目前，國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)已逐步從 NDI 和 NDT 向 NDE 過(guò)渡。無(wú)損探傷(NDI)、無(wú)損檢測(cè) (NDT)和無(wú)損評(píng)價(jià) (NDE)是無(wú)損檢測(cè)發(fā)展的三個(gè)階段。超聲波無(wú)損探傷是初級(jí)階段，它的作用僅僅是在 不損害零部件的前提下，發(fā)現(xiàn)其人眼不可見(jiàn)的內(nèi)部缺陷，以滿足工業(yè)設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度求。超聲無(wú)損檢測(cè)是近 20 年來(lái)應(yīng)用最廣泛的術(shù)語(yǔ)，它不僅要檢測(cè)最終產(chǎn)品，而且還要對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的有關(guān)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。超聲無(wú)損評(píng)價(jià)是超聲檢測(cè)發(fā)展的最高界，不但要探測(cè)缺陷的有無(wú)，還要給出材質(zhì)的定量評(píng)價(jià)，也包括對(duì)材料和缺陷的物理和力學(xué)性能的檢測(cè)及其評(píng)價(jià)。本文建立在 NDI 的基礎(chǔ)上，在過(guò)程裝備制造與維護(hù)過(guò)程中，對(duì)焊縫進(jìn)行有效檢測(cè)，并進(jìn)行缺陷分析和計(jì)算，從而對(duì)過(guò)程裝備進(jìn)行有效的安全評(píng)估。 3 近年來(lái)我國(guó)超聲無(wú)損檢測(cè)事業(yè)取得了巨 大進(jìn)步和發(fā)展。超聲無(wú)損檢測(cè)已經(jīng)應(yīng)用到了幾乎所有工業(yè)部門，其用途正日趨擴(kuò)大。超聲無(wú)損檢測(cè)的相關(guān)理論和方法及應(yīng)用的基礎(chǔ)性研究正在逐步深入，已經(jīng)取得了許多突破性進(jìn)展。比如，用戶友好界面操作系統(tǒng)軟件；各種掃描成象技術(shù)；多坐標(biāo)、多通道的自動(dòng)超聲檢查系統(tǒng)；超聲機(jī)器人檢測(cè)系統(tǒng)等。無(wú)損檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，檢測(cè)儀器的數(shù)字化、智能化、圖象化、小型化和系列化工作也都取得了較大發(fā)展。我國(guó)已經(jīng)制訂了一系列國(guó)標(biāo)、部標(biāo)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，而且引進(jìn)了 ISO， ATSM 等一百多個(gè)國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)。無(wú)損檢測(cè)人員的培訓(xùn)也逐漸與國(guó)際接軌。但是，我國(guó)超聲無(wú)損檢測(cè)事 業(yè)從整體水平而言，與發(fā)達(dá)國(guó)家之間仍存在很大差距。具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 1）檢測(cè)專業(yè)隊(duì)伍中高級(jí)技術(shù)人員和高級(jí)操作人員所占比例較小，極大阻礙了超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)向自動(dòng)化、智能化、圖象化的進(jìn)展。由于經(jīng)驗(yàn)豐富的老一輩檢測(cè)工作者缺乏把實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為理論總結(jié)，而年輕的檢測(cè)人員缺乏切實(shí)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，這有可能導(dǎo)致現(xiàn)有的超聲檢測(cè)軟件系統(tǒng)不同程度的缺陷，降低了檢測(cè)的可靠性。 2）專業(yè)無(wú)損檢測(cè)人員相對(duì)較少，現(xiàn)有無(wú)損檢測(cè)設(shè)備有待改進(jìn)。從而導(dǎo)致目前我國(guó)產(chǎn)品的質(zhì)量普遍存在較大問(wèn)題。更嚴(yán)重的后果是產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力差，焊縫的超聲波檢測(cè)技術(shù)研 究影響產(chǎn)品進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)。 3）對(duì)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域的信息技術(shù)應(yīng)用重視不夠。我國(guó)對(duì)無(wú)損檢測(cè)信息技術(shù)的建設(shè)工作還處在相當(dāng)薄弱的階段。 4）無(wú)損檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范多而雜。 我們相信，隨著超聲檢測(cè)的廣泛應(yīng)用和對(duì)超聲檢測(cè)重視程度的不斷提高，我國(guó)的超聲檢測(cè)將獲得更加快速的發(fā)展和進(jìn)步。 4 本章主要介紹過(guò)程設(shè)備制造過(guò)程、產(chǎn)生的常見(jiàn)的焊接缺陷，以及產(chǎn)生這些缺陷的原因。 過(guò)程設(shè)備制造工藝流程 過(guò)程設(shè)備的生產(chǎn)工藝流程大致為下料、成型、焊接、無(wú)損檢測(cè)、組對(duì)焊接、無(wú)損檢測(cè)、熱處理、壓力試驗(yàn)幾個(gè)階段。下面 分別簡(jiǎn)要介紹個(gè)流程的注意事項(xiàng)。 過(guò)程設(shè)備的選材主要依據(jù)設(shè)計(jì)文件、合同約定及相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。壓力容器材料的種類有碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、特殊材料（復(fù)合材料、鋼鎳合金、超級(jí)雙相不銹鋼、哈氏合金）其中最常用材料為 16MnR， 20R 等壓力容器專用鋼。分舉如下： 碳素鋼： 20 號(hào)鋼、 20R、 Q235； 低合金鋼： 16MnR、 16MnDR、 09MnNiDR、 15CrMoR、 16Mn； 高合金鋼： 0Cr1 0Cr18Ni 0Cr18Ni10Ti； 尿素級(jí)材料： （尿素合成塔中使用，有較高耐腐蝕性）。 (1) 下料工具與下料要求 氣割多用于碳鋼下料，等離子切割多用于合金鋼、不銹鋼下料剪扳機(jī)多用于＆≤ 8㎜ L≤ 2500 ㎜板材下料其切邊為直邊，鋸管機(jī)多用于接管下料。 (2) 橢圓度要求： 為了保證加工精度內(nèi)壓容器要求橢圓度≤ 1%D；且≤ 25 ㎜ ，換熱器要求 DN≤1200 ㎜ 橢圓度≤ %DN 且≤ 5 ㎜ ， DN﹥ 1200 ㎜時(shí)要求橢圓度≤ %DN 且≤ 7 ㎜塔器橢圓度要求如表 2— 1 所示。對(duì)于多 層包扎內(nèi)筒要求橢圓度≤ %D，且≤ 6 ㎜ 。 表 2— 1 塔器橢圓度對(duì)照表 DN （ 500， 1000） （ 1000， 2022） （ 2022， 4000） （ 4000， +∞） 橢圓度 177。 5 ㎜ 177。 10 ㎜ 177。 15 ㎜ 177。 20 ㎜ (3) 直線度要求： 5 一般容器當(dāng) L≤ 30000 ㎜時(shí)直線度≤ L/1000 ㎜ ， L﹥ 30000 ㎜時(shí)直線度按塔器要求取值。 對(duì)于塔器 L≤ 15000 ㎜ 時(shí)直線度≤ L/1000 ㎜ ， L﹥ 15000 ㎜ 直線度≤+8 ㎜ 。 換熱器 L≤ 6000 ㎜時(shí) 直線 度≤ L/1000 且 ≤ ㎜ ， L﹥ 6000 ㎜ 時(shí)直線度≤ L/1000 且≤ 8 ㎜ 。 焊接 (1) 焊前準(zhǔn)備與焊接環(huán)境 為了保證過(guò)程設(shè)備焊接質(zhì)量，焊條、焊劑及其他焊接材料的貯存庫(kù)應(yīng)保持干燥，相對(duì)濕度不得大于 60% 。當(dāng)施焊環(huán)境出現(xiàn)下列任一情況，且無(wú)有效防護(hù)措施時(shí)，禁止施焊： 10m/s 2m/s 90% 、雪環(huán)境 (2) 焊接工藝 ，按 JB4708進(jìn)行 、 B類焊接 焊縫的余高不得超過(guò) GB150的