壓力容器定期檢驗體積缺陷高度的簡易檢測

蘭清生（江西省鍋爐壓力容器檢驗檢測研究院 南昌 330029）

壓力容器定期檢驗體積缺陷高度的簡易檢測

蘭清生
（江西省鍋爐壓力容器檢驗檢測研究院 南昌 330029）

利用曝光曲線和膠片特性曲線，推導了焊縫內部體積缺陷高度的計算公式，缺陷高度計算公式適應于焊縫表面比較平滑的體積型缺陷計算。通過測量缺陷處底片黑度、缺陷附近焊縫處底片黑度、缺陷附近母材處底片黑度、缺陷附近焊縫高度，可以用公式計算焊縫內部體積缺陷高度，該公式能夠應用于未焊透和條狀夾渣的高度測定，并在壓力容器定期檢驗時對未焊透和條狀夾渣缺陷安全狀況進行定級。

壓力容器 定期檢驗 缺陷高度 高度計算

1 前言

在用壓力容器定期檢驗時，特別是對制造時采用局部探傷的壓力容器檢驗時，由于焊縫未經100%無損檢測，又由于該類容器一般壁厚較薄，埋藏缺陷檢測時多采用射線探傷，TSG R7001-2013《壓力容器容器定期檢驗規(guī)則》[1](以下簡稱《規(guī)則》)對埋藏缺陷的定級規(guī)定，單個圓形缺陷只要測量長徑可以直接定級，而對非圓形缺陷的安全狀況等級評定，見表1和表2，表中H是指缺陷在板厚方向的尺寸，亦稱缺陷高度；L指缺陷長度?！兑?guī)則》還要求對所有超標非圓形缺陷均應當測定其高度和長度，并且在下次檢驗時對缺陷的尺寸進行復驗。因此壓力容器定期檢驗是測量缺陷高度十分重要。

表1 一般壓力容器非圓形缺陷與相應的安全狀況定級

表2 有特殊要求的壓力容器非圓形缺陷與相應的安全狀況定級

應用曝光曲線和膠片特性曲線的擬合曲線，可以推導平板工件內缺陷高度的計算公式[2]，本文在此基礎上，推導了焊縫內部體積缺陷高度的簡易檢測方法，可以應用于未焊透和條狀夾渣的高度測定。

2 平板工件內缺陷高度的計算

2.1 曝光曲線和膠片特性曲線

曝光曲線和膠片特性曲線是按實際條件制作的，兩曲線的某些制作條件包括射線機、感光膠片、金屬增感屏、顯影條件（配方、溫度、時間）相同。

經典的曝光曲線可用下列方程式表示[3]：式中：

E——曝光量，mA·min;

T——厚度，mm;

a、b——常數，與管電壓有關。

膠片特性曲線也可以用下面的冪函數關系式近似表示[3]：式中：

E——曝光量，mA·min;

D——底片黑度;

α、β——與膠片種類、顯影條件有關的常數。

2.2 黑度測定法計算缺陷高度[2]

假定按某曝光曲線制作規(guī)定的透照工藝，對工件進行射線探傷，得到如圖1所示的底片和缺陷影像，缺陷及其附近的黑度測得為D△T、DT。可以得到缺陷高度△T的計算公式:

公式經實驗驗證，滿足工程精度要求[2]。

圖1 工件透照簡圖及底片影像

上面推導的缺陷高度計算公式適應的范圍：工件缺陷處的厚度和其附近（黑度DT的測定點）的厚度一致。

公式適應于影像尺寸基本上大于黑度計光孔（常用φ1 mm）的缺陷，而且由于是以黑度的大小來計算缺陷高度的大小，所以只適用于一些三維體積型缺陷，而不能用于裂紋類的面積型缺陷。

底片的黑度范圍為1.5～4.0之間，在黑度范圍內，膠片特性曲線近似滿足冪函數關系式。

3 對接焊縫中體積缺陷的高度計算

在實際透照時，若只測量底片在缺陷處和缺陷附近的黑度，用公式（3）計算缺陷高度，需要對曝光曲線和膠片特性曲線先按模型擬合求常數C，但比較復雜。如果焊縫表面比較平滑，用圖2所示位置，測量缺陷處底片黑度D1、缺陷附近焊縫處底片黑度D2、缺陷附近母材處底片黑度D，缺陷附近焊縫高度h（為焊縫內外余高總和），令△T＝－h(huán)，就可以求得

式中： h——缺陷附近焊縫高度; D——試塊附近處母材黑; D1——缺陷部位黑度;

D2——缺陷附近焊縫黑度。

圖2 底片黑度測量位置

由式(4)可知，只要測量缺陷處底片黑度D1、缺陷附近焊縫處底片黑度D2、缺陷附近母材處底片黑度D，缺陷附近焊縫高度h（為焊縫內外余高總和），即可快速測定缺陷高度。

4 應用實例

案例1：某一類容器，筒體壁厚為8mm，全面檢驗時對縱縫射線探傷發(fā)現一超標條狀缺陷，缺陷長10mm，最寬處3mm。測得測量缺陷處底片黑度D1＝2.65、缺陷附近焊縫處底片黑度D2＝1.95、缺陷附近母材處底片黑度D＝2.50，缺陷附近焊縫高度h＝3mm。該條狀缺陷按JB/T4730-2005評定為Ⅳ級，按本文式（4）計算得到缺陷高度為3.7mm，依據TSG R7001-2013《壓力容器定期檢驗規(guī)則》缺陷的安全狀況等級評定為4級。

案例2：某二類容器，筒體壁厚為12mm，全面檢驗時對環(huán)縫射線探傷發(fā)現一超標條狀缺陷，缺陷長8.8mm，最寬處2.5mm。測得測量缺陷處底片黑度D1＝2.40、缺陷附近焊縫處底片黑度D2＝2.22、缺陷附近母材處底片黑度D＝2.52，缺陷附近焊縫高度h＝3.2mm。該條狀缺陷按JB/T4730-2005評定為Ⅳ級，按本文公式（4）計算得到缺陷高度為1.97mm，依據TSGR7001-2013《壓力容器定期檢驗規(guī)則》缺陷的安全狀況等級評定為3級。

案例3：某二類容器，筒體壁厚為16mm，全面檢驗時對環(huán)縫射線探傷發(fā)現一未焊透缺陷，缺陷長50mm，寬2.0mm。測得測量缺陷處底片黑度D1＝2.75、缺陷附近焊縫處底片黑度D2＝2.52、缺陷附近母材處底片黑度D＝2.80，缺陷附近焊縫高度h＝3.5mm。該條狀缺陷按JB/T4730-2005不允許，按本文式（4）計算得到缺陷高度為2.90mm，依據TSG R7001-2013《壓力容器定期檢驗規(guī)則》缺陷的安全狀況等級評定為3級。

5 結論

焊縫內部體積缺陷高度可以用下式計算：

D為缺陷附近處母材黑度，D1為缺陷部位黑度，D2為缺陷附近焊縫黑度，h為缺陷附近焊縫高度（焊縫內外余高總和）。

本文的缺陷高度計算公式適應于焊縫表面比較平滑的體積型缺陷。

公式應用到壓力容器定期檢驗，可以對非圓形缺陷條渣和未焊透進行安全狀況定級定級。

1 TSG R7001-2013 壓力容器容器定期檢驗規(guī)則[S].

2 藍清生,等.黑度法確定射線探傷中缺陷高度的計算公式[J].無損探傷，2001,25（3）：7～10.

3 J.J.L.Caarls.The British Journal of NDT[J] . 1984,26（4）：223～225.

4 王道之,等.基于Matlab的最小三乘法在X射線機曝光曲線制作中的應用[J].中國特種設備安全,2012,28(5):35～36.

5 張修安.X射線機曝光曲線軟件編制[J].中國特種設備安全,2012,28(9):39～40.

6 任國棟，等.在用含凹坑缺陷壓力容器的安全評定[J].中國特種設備安全,2012,28(4):11～13.

7 張興南.高壓容器筒體的疲勞裂紋[J].中國特種設備安全,2013,29(5):59～60.

8 李植中,等.與壓力容器基礎有關的檢驗[J].中國特種設備安全,2013,29(12):55～56.

9 GB 19189-2011 壓力容器用調質高強度鋼板[S]

10 GB/T 222-2006鋼的成品化學成分允許偏差[S]

Simple Detection of the Height of Volume Defects in Pressure Vessels Periodical Inspection

Lan Qingsheng
(Jiangxi Boiler and Pressure Vessel Inspection Institute Nanchang 330029)

Using exposure curve and fi lm characteristic curve, the height formula for internal volume defects in weld was deduced . The formula adapted to the calculation of volume defects in welds with smooth surface. By measuring the fi lm blackness of the defect fi lm blackness of the weld near the defect , fi lm blackness of the base near the defect , and the weld height near the defect , the internal volume defect height can been calculated by the formula . The formula can been applied to determinate the height of lack -penetration and strip-slag, and to grade the defect security conditions for lack -penetration and strip-slag in pressure vessels periodical inspection .

Pressure vessels Regular inspection Defect height Height calculation

X933.4

B

1673－257X(2014)10－42－03

10.3969/j.issn.1673－57X.2014.10.011

蘭清生（1967～),男,碩士,高級工程師、高級檢驗師,主要從事鍋爐壓力容器檢驗檢測和研究和技術質量管理工作。

2014-07-23）