探傷技術(shù)在超薄金屬內(nèi)襯輕量化復(fù)合材料壓力容器檢測(cè)中的應(yīng)用研究

孔凡宏

（武威市特種設(shè)備檢驗(yàn)所，甘肅 武威 733000）

超薄金屬內(nèi)襯輕量化復(fù)合材料壓力容器檢測(cè)是確保復(fù)合材料壓力容器質(zhì)量的關(guān)鍵方式，復(fù)合材料壓力容器的質(zhì)量直接影響著超薄金屬內(nèi)襯輕量化復(fù)合材料壓力容器的安全性能[1]。因此，加強(qiáng)對(duì)超薄金屬內(nèi)襯輕量化復(fù)合材料壓力容器檢測(cè)的檢測(cè)是具有十分現(xiàn)實(shí)的意義的，可確保壓力容器的穩(wěn)定可持續(xù)使用。本文通過(guò)將探傷技術(shù)應(yīng)用在超薄金屬內(nèi)襯輕量化復(fù)合材料壓力容器檢測(cè)中，致力于提高壓力容器檢測(cè)的精度。國(guó)內(nèi)已有學(xué)者針對(duì)探傷技術(shù)在超薄金屬內(nèi)襯輕量化復(fù)合材料壓力容器檢測(cè)中的應(yīng)用做出研究，結(jié)果表明利用探傷技術(shù)能夠有效提高受檢物體的質(zhì)量。不僅如此，陳誠(chéng)等人通過(guò)超聲波探傷技術(shù)在金屬內(nèi)襯壓力容器檢測(cè)中的應(yīng)用研究，證明了探傷技術(shù)能夠有效提高受檢物體缺陷檢測(cè)的準(zhǔn)確率和可靠性。因此，本文此次基礎(chǔ)上，提出基于探傷技術(shù)的超薄金屬內(nèi)襯輕量化復(fù)合材料壓力容器檢測(cè)方法，致力于將傳統(tǒng)的檢測(cè)方法和現(xiàn)代探傷技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)無(wú)損檢測(cè)的數(shù)字化以及智能化。

1 基于探傷技術(shù)的超薄金屬內(nèi)襯輕量化復(fù)合材料壓力容器檢測(cè)方法

本文設(shè)計(jì)的基于探傷技術(shù)的復(fù)合材料壓力容器檢測(cè)原理，如圖1所示。

圖1 基于探傷技術(shù)的復(fù)合材料壓力容器檢測(cè)原理圖

結(jié)合圖1所示，下文將針對(duì)超薄金屬內(nèi)襯輕量化復(fù)合材料壓力容器檢測(cè)具體措施，進(jìn)行詳細(xì)闡述。

1.1 復(fù)合材料壓力容器偏振軸檢測(cè)

復(fù)合材料壓力容器偏振軸檢測(cè)作為確定復(fù)合材料壓力容器質(zhì)量的關(guān)鍵依據(jù)，下述將進(jìn)行復(fù)合材料壓力容器中偏振軸的檢測(cè)。首先，圈定復(fù)合材料壓力容器中出現(xiàn)缺陷的缺陷范圍，采用探傷技術(shù)，將缺陷圓心與壓力容器邊緣進(jìn)行連線，自定義該軸為偏振軸，壓力容器正常的發(fā)射矢量與偏振軸之間形成的角度為偏振角[2]。則其計(jì)算公式，如公式（1）所示。

如上述公式所示，為偏振角的計(jì)算公式。公式（1）中γ指的是復(fù)合材料壓力容器檢測(cè)的偏振角度；l指的是偏振軸長(zhǎng)度，取值范圍通常≥1，計(jì)算單位為cm；Rz指的是超聲波探傷儀正常狀態(tài)下的發(fā)射偏振方向；r指的是為圈定缺陷范圍的圓心，通常以坐標(biāo)的形式進(jìn)行表達(dá)。根據(jù)偏振角度的計(jì)算，下述將進(jìn)行偏振軸的檢測(cè)，預(yù)測(cè)復(fù)合材料壓力容器可能出現(xiàn)缺陷的位置，為下述壓力容器缺陷檢測(cè)的評(píng)級(jí)提供依據(jù)。

1.2 基于探傷技術(shù)的壓力容器缺陷檢測(cè)評(píng)級(jí)

結(jié)合《特種設(shè)備安全法》對(duì)超薄金屬內(nèi)襯輕量化復(fù)合材料壓力容器提出的要求，對(duì)復(fù)合材料壓力容器的結(jié)構(gòu)實(shí)體檢測(cè)主要從"小面積破損或無(wú)破損檢測(cè)"和"同條件壓力容器養(yǎng)護(hù)"兩個(gè)方面進(jìn)行。"小面積破損或無(wú)破損檢測(cè)"主要用于不同養(yǎng)護(hù)條件下或壓力容器樣本的抗壓性能較差等方面的檢測(cè)，第一步，要確保壓力容器檢測(cè)表面經(jīng)外觀檢查后合格；第二步，了解被測(cè)壓力容器的基本特征情況；第三步，綜合判定缺陷大小?；谔絺夹g(shù)選擇DAC功能組，將超聲波探傷儀設(shè)置為“開(kāi)啟”狀態(tài)。結(jié)合《安全生產(chǎn)法》等相關(guān)規(guī)定，對(duì)于同條件下養(yǎng)護(hù)的復(fù)合材料壓力容器，采用判斷壓力容器的養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度等方式確保檢測(cè)方法的真實(shí)有效性，可實(shí)現(xiàn)切實(shí)際的反映壓力容器的寬度，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)壓力容器樣本的施壓、取樣等檢測(cè)環(huán)節(jié)的監(jiān)控。合超聲波碧珍貴檢測(cè)的數(shù)字化、圖像化、實(shí)時(shí)化、智能化。

1.3 分析處理檢測(cè)數(shù)據(jù)

將采集到的超薄金屬內(nèi)襯輕量化復(fù)合材料壓力容器檢測(cè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，查找缺陷具體情況[3]。檢測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)探傷技術(shù)中的DAC分析曲線對(duì)缺陷定性做出定量的判斷，其定量判斷原理可以用工程應(yīng)用方程式來(lái)表達(dá)，如公式（2）所示。

在公式（2）中，Lm指的是缺陷定性水平數(shù)值；指的是被測(cè)超聲波的輻射率；L(T1)指的是超聲波輻射相應(yīng)的數(shù)值水平；L(Th)指的是復(fù)合材料壓力容器在背景溫度下的對(duì)應(yīng)數(shù)值水平。通過(guò)公式（1）可以得出復(fù)合材料壓力容器的缺陷定性水平數(shù)值，從而判斷復(fù)合材料壓力容器的缺陷情況。Lm值的準(zhǔn)確程度能夠直接影響壓力復(fù)合材料容器缺陷的定位精度，因此，必須通過(guò)探傷技術(shù)利用超聲波在鋼中折射角的正切值來(lái)獲得。對(duì)于“小面積破損或無(wú)破損”的復(fù)合材料壓力容器的缺陷檢測(cè)，可直接采用局部破損法對(duì)其進(jìn)行缺陷檢測(cè)。

根據(jù)計(jì)算得出的復(fù)合材料壓力容器缺陷情況，建立復(fù)合材料壓力容器檢測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)。復(fù)合材料壓力容器檢測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)可針對(duì)壓力容器的缺陷情況，分為：一般缺陷、嚴(yán)重缺陷以及危急缺陷。壓力容器一般缺陷的判別方法為：Lm數(shù)值低于20，且存在一定溫差，溫度場(chǎng)存在定梯度，但不足以引起事故的發(fā)生。本文針對(duì)一般缺陷的處理要求為：首先對(duì)缺陷情況記錄在案，再通過(guò)密切關(guān)注其發(fā)展趨勢(shì)，有針對(duì)性的安排檢修，最后將缺陷扼殺在搖籃里，防止缺陷進(jìn)一步擴(kuò)大造成的安全隱患。嚴(yán)重缺陷的判別方法為：Lm數(shù)值的范圍在20～60之間，壓力容器存在過(guò)熱現(xiàn)象，且缺陷程度較重，溫度場(chǎng)分布梯度較大，具有較大的溫差。針對(duì)嚴(yán)重缺陷的處理要求為：必須盡快安排處理，在必要時(shí)可以降低負(fù)荷電流，進(jìn)一步確認(rèn)缺陷性質(zhì)，在此基礎(chǔ)上，立即采取相應(yīng)解決措施。危急缺陷的判別方法為：Lm數(shù)值超過(guò)60，壓力容器最高溫度超過(guò)規(guī)定范圍內(nèi)最高允許溫度。針對(duì)危急缺陷的處理要求為：必須立即安排消缺處理，在有必要的情況下，可以結(jié)合其他檢測(cè)手段，以最快的速度對(duì)壓力容器的缺陷進(jìn)行處理，最大程度上避免出現(xiàn)安全事故。通過(guò)長(zhǎng)期的檢測(cè)，按照壓力容器的缺陷情況建立復(fù)合材料壓力容器檢測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)，為不同階段、不同缺陷程度的檢測(cè)提供歷史參考。針對(duì)復(fù)合材料壓力容器檢測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析后，可生成完整的復(fù)合材料壓力容器檢測(cè)報(bào)告，完成對(duì)超薄金屬內(nèi)襯輕量化復(fù)合材料壓力容器的檢測(cè)。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方式證明設(shè)計(jì)檢測(cè)方法的有效性，將其與傳統(tǒng)的檢測(cè)方法對(duì)超薄金屬內(nèi)襯輕量化復(fù)合材料壓力容器的檢測(cè)偏振缺陷數(shù)目進(jìn)行比較。超薄金屬內(nèi)襯輕量化復(fù)合材料壓力容器具體參數(shù)，如表1所示。

表1 超薄金屬內(nèi)襯輕量化復(fù)合材料壓力容器參數(shù)

結(jié)合表1所示，設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)如下：設(shè)置傳統(tǒng)檢測(cè)方法為對(duì)照組，設(shè)置本文設(shè)計(jì)的方法為實(shí)驗(yàn)組，為保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的客觀性，選取20種不同類型的偏振缺陷進(jìn)行分別檢測(cè)，且其它對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響的因素保持一致，收集5組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行記錄，并通過(guò)分析得出對(duì)兩種方法檢測(cè)出的偏振故障數(shù)目。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與結(jié)論

根據(jù)上述設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟，進(jìn)行測(cè)試，將兩種檢測(cè)方法下的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如表2所示：

表2 測(cè)出的偏振缺陷數(shù)目對(duì)比表

從表2中可以看出，實(shí)驗(yàn)組檢測(cè)出的偏振故障數(shù)目明顯高于對(duì)照組檢測(cè)的偏振故障數(shù)目。因此，通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了本文設(shè)計(jì)的檢測(cè)方法具有更高的檢測(cè)能力，更具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值，有理由應(yīng)加大該方法在超薄金屬內(nèi)襯輕量化復(fù)合材料壓力容器檢測(cè)中的應(yīng)用。

3 結(jié)語(yǔ)

超薄金屬內(nèi)襯輕量化復(fù)合材料壓力容器檢測(cè)無(wú)論是對(duì)于國(guó)家還是個(gè)人都很重要，壓力容器一旦出現(xiàn)泄漏問(wèn)題可能造成嚴(yán)重后果，天然氣作為易燃易爆的介質(zhì)一旦泄漏更是可能造成火災(zāi)爆炸等災(zāi)害發(fā)生。因此，做好壓力容器泄漏的突發(fā)應(yīng)對(duì)是安全工作的一項(xiàng)重要內(nèi)容。本文通過(guò)以上研究，提出基于探傷技術(shù)的超薄金屬內(nèi)襯輕量化復(fù)合材料壓力容器檢測(cè)方法，并對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行有針對(duì)性的分析處理，取得了一定的研究成果，希望能夠?yàn)槌〗饘賰?nèi)襯輕量化復(fù)合材料壓力容器檢測(cè)方面的研究提供理論支持。