高壓球形氣瓶的聲發(fā)射檢測

高壓球形氣瓶的聲發(fā)射檢測

摘 要：針對1.4m3高壓球形氣瓶，開(kāi)展了結構完整性聲發(fā)射檢測和典型危害性超標缺陷活度聲發(fā)射監測，獲得了中高壓氣瓶缺陷安全狀況的基礎實(shí)驗數據。并通過(guò)綜合分析，得出了有意義的檢驗檢測結論。
關(guān)鍵詞：聲發(fā)射（AE）；無(wú)損檢測；評定 超聲波液位計 超聲波物位計 超聲波清洗機 超聲波測厚儀 洗片機
0 前言
針對我部1.4m3高壓球形氣瓶存在使用時(shí)間長(cháng)、存在制造缺陷、材料特殊等問(wèn)題，開(kāi)展了聲發(fā)射缺陷活度監測和結構完整性評價(jià)工作。其目的是：在實(shí)際工作狀況和超過(guò)正常的受載狀態(tài)下，評價(jià)常規NDT方法確定的典型危害性超標缺陷的擴展變化趨勢和安全裕度，評價(jià)可能的整體結構薄弱環(huán)節、材料組織性能異常狀況缺陷以及常規NDT方法的漏檢狀況。
1 檢測對象及常規檢驗狀況
容積為1.4m3、設計壓力35MPa、工作壓力32MPa、材質(zhì)為15MnMoVN的高壓球形氣瓶，由哈爾濱鍋爐廠(chǎng)七十年代制造并投入使用。其公稱(chēng)壁厚為66 mm，介質(zhì)為惰性氣體，設計壓力35MPa，工作壓力32MPa，其結構如圖1所示。該種類(lèi)型的高壓球形氣瓶在國內仍然有批量使用[1]。編號為7B、8A 118A、119A 的4臺高壓球形氣瓶經(jīng)多次定期檢驗，外表面主環(huán)對接焊縫和軸頸加強圈焊縫200% UT檢測、外表面角焊縫進(jìn)行了100%MT，發(fā)現存在部分未熔合、夾渣、氣孔等類(lèi)型的超標缺陷，其安全狀況等級定為3級。檢驗前半年的最高工作壓力為30MPa[2]。
2 檢測條件
按照GB/T18182-2000《金屬壓力容器聲發(fā)射檢測及結果評價(jià)方法》及檢測方案工藝進(jìn)行了AET：儀器采用北京科海恒生公司的CFAE-2001、探頭為AE-98/R15諧振式窄頻帶傳感器、磁夾具真空脂耦合、頻響范圍100~300kHz、中心頻率150kHz、前置放大器為CAE-150、采集軟件為AE98，采用5個(gè)探頭以三角定位對球罐進(jìn)行整體的檢測，首探頭位于產(chǎn)品銘牌上部主環(huán)焊縫下部、末探頭位于底部。在檢前、檢后對所有探頭采用L2.5mm、Ф0.5mm、30°、HB鉛芯折斷的模擬源進(jìn)行了靈敏度標定。對4個(gè)有代表性的三角形區域進(jìn)行了定位校準，有一一定位結果。在兩次加壓、保壓過(guò)程中均進(jìn)行了聲發(fā)射數據采集。
3 檢測結果
按照上述條件開(kāi)展的AET結果如表1所示。其中，118A、119A為在役檢測，在焊縫等部位未發(fā)現任何聲發(fā)射活動(dòng)源，高壓球形氣瓶經(jīng)聲發(fā)射檢測合格。7B、8A其聲發(fā)射活動(dòng)源部位經(jīng)復驗發(fā)現存在UT超標缺陷。
表1 高壓球形氣瓶AE檢測結果一覽表
氣罐編號 118A 119A 7B 8A
試驗壓力(MPa) 33 33 40.5 40.5
活動(dòng)源數量 0 0 1 1
源活度 / / 強活性 強活性
源強度 / / 弱強度 弱強度
評定等級 / / D D
檢測結果 合格 合格 不合格 不合格
復檢/解剖結果 / / UT不合格 UT不合格
綜合評定結果 合格 合格 不合格 不合格
處理意見(jiàn) 繼續使用 繼續使用 監護使用 監護使用
備注 / / 有超標缺陷 有超標缺陷
4 特征參數分布狀況分析
在有代表性的加載狀態(tài)下，AE活動(dòng)源的特征參數分布可以在一定程度上反映AE活動(dòng)源的性質(zhì)、特點(diǎn)、狀況。典型高壓球形氣瓶保壓階段AE源的部分特征參數分布如圖2~3所示。
圖2 高壓球形氣瓶（7B）主要特征參數－Hits分布圖
圖3 高壓球形氣瓶（8A）主要特征參數－Hits分布圖
其主要特征參數與撞擊（Hits）的分布規律為：振幅分布于30～60db，也有極少量分布于60～100db；持續時(shí)間分布于具有不大的取值范圍1000～10000，呈均勻分布；能量大多數可以認為具有很小的取值，分布于0～200；計數大體分布于0～100，也有極少量分布于具有較大的取值范圍；上升時(shí)間較小，分布于0～1000附近。
5 AE適應性的分析
按照CVDA-1984對高壓球形氣瓶進(jìn)行斷裂力學(xué)脆斷安全評定：取應力集中系數Kt=1.0；作為薄壁容器忽略彎曲應力；殘余應力取0~0.6sS（與熔合線(xiàn)平行的縱向埋藏及穿透裂紋取為0；填角焊縫、表面裂紋、與熔合線(xiàn)垂直的縱向埋藏及穿透裂紋取為0.6sS）；材料性能參數取平均值；可簡(jiǎn)化計算得出在退火熱處理狀態(tài)下、高壓球形氣瓶環(huán)向焊縫不同方向允許的當量裂紋尺寸am達29.5mm[2]。
顯然，高壓球形氣瓶在定期檢驗中所發(fā)現、消除、處理的超標缺陷，均遠遠小于29.5mm，即均安全評定合格。故定期檢驗所發(fā)現的超標缺陷均具有相當大的安全裕度，這一與高壓球形氣瓶爆破試驗時(shí)爆破壓力大大高于設計壓力（達到100MPa以上）的結果也是相符的。
而為可靠地進(jìn)行AE，可利用全面屈服斷裂力學(xué)L參量表達式給予評定計算[3]，即：
當 時(shí)，AE可有效發(fā)現缺陷活動(dòng)，據前式可計算出按 參量評判的可有效AE的當量裂紋尺寸最小值 為8.4mm，則：
am/a=29.5/8.4=3.5
對比分析上述計算結果可知：即便是通過(guò)AET發(fā)現了由超標缺陷引起的有效聲發(fā)射活動(dòng)源，其仍然可能按照CVDA-1984等安全評定規范評定是合格安全的，仍然可能有達3.5倍以上的安全裕度。
6 結論
綜上所述，通過(guò)高壓球形氣瓶的AET，可以有以下結論：
AET證實(shí)，在耐壓試驗壓力范圍內，經(jīng)常規檢驗確定的絕大部分危害性缺陷均未發(fā)現有擴展變化活動(dòng)趨勢，也未發(fā)現整體或局部結構存在不穩定、應力集中等問(wèn)題。通過(guò)定期監護，高壓球形氣瓶能夠繼續安全使用。
高壓球形氣瓶在定期檢驗中所發(fā)現、消除、處理的超標缺陷，均安全評定合格，AET所發(fā)現的活動(dòng)源所對應的超標缺陷仍然具有相當大的安全裕度。
AET應與常規無(wú)損檢測相互補充，重點(diǎn)應放在：裂紋類(lèi)漏檢缺陷、可能材料性能不良部位、結構應力集中部位、異常變形部位、漏檢部位的有開(kāi)裂趨向的危害性缺陷上。
由于A(yíng)ET時(shí)干擾因素眾多，AE活動(dòng)源必須通過(guò)其它有效常規無(wú)損檢測復查。