壓力容器母材夾層的缺陷危害及檢驗方法研究

張郡郡

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗研究院太倉分院，江蘇太倉215400）

壓力容器母材夾層的缺陷危害及檢驗方法研究

張郡郡

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗研究院太倉分院，江蘇太倉215400）

分析了夾層缺陷的種類與形成原因，討論了壓力容器母材中夾層存在的缺陷和危害，并提出了有效的缺陷檢驗方法和解決措施，旨在提高壓力容器的使用壽命、降低壓力容器安全隱患提供合理的對策建議。

壓力容器；母材夾層；缺陷危害；檢驗方法；對策

壓力容器是存儲具有一定壓力的氣體、液體的封閉容器，被廣泛應(yīng)用于石油化工行業(yè)、軍工行業(yè)、科研等領(lǐng)域。由于壓力容器長期處于密封的環(huán)境中，存在爆炸、腐蝕等安全隱患，其安全問題不可忽視。如若不予以重視，將造成人員傷亡、財產(chǎn)損失和環(huán)境污染。因此，各國將壓力容器的缺陷檢測納入到產(chǎn)品的質(zhì)檢項目中，由國家相關(guān)機構(gòu)按照相應(yīng)的法律法規(guī)進行嚴格的審查和管理，如若在檢測中發(fā)現(xiàn)有安全隱患，必須立即停止使用。此外，相關(guān)質(zhì)檢部門還要在壓力容器的日常使用中進行監(jiān)管，排除安全隱患，將事故發(fā)生概率降到最低。本文分析了夾層缺陷的類型、成因及危害，探討了夾層缺陷檢測的主要方法，由此提出了降低夾層缺陷發(fā)生的有效措施，旨在為降低夾層缺陷的發(fā)生幾率，最大限度地提高壓力容器的使用壽命提供建設(shè)性意見。

1　夾層缺陷形成原因

夾層也稱分層，是壓力容器鋼板中經(jīng)常出現(xiàn)的一種缺陷。由于鋼板內(nèi)部未熔合面的存在，使得鋼板在成型過程中產(chǎn)生界面，也即出現(xiàn)夾層缺陷。母材夾層主要有開口型和封閉型兩種，開口型夾層一直延伸至鋼板表面，呈溝紋狀，在鋼板斷口處即可看到。封閉型夾層將鋼板的表面和內(nèi)部分開，在鋼板斷口處無法看法夾層缺陷，需用專用的缺陷檢測儀才能檢測出[1]。封閉型夾層位于鋼板的內(nèi)部，形狀多為不規(guī)劃且面積分布較大的塊狀，只能由超聲波探傷儀檢測出來。

夾層缺陷的形成主要有以下兩種原因：一種是由于鋼板內(nèi)存著雜質(zhì)，在鋼板成型時雜質(zhì)發(fā)生了一定的塑性變形，由圓形變成片狀，并與基體相脫離。隨著鋼板基體的不斷延伸，雜質(zhì)周圍的孔洞逐漸變大，最終形成了鋼板夾層；另一種是由于鋼板內(nèi)硫化物的存在，使得在成型時，硫化物與鋼板基體一同發(fā)生塑性變形，導(dǎo)致夾層的出現(xiàn)。

2　缺陷類型及危害

壓力容器夾層常見的缺陷主要有三種：一種是使壓力容器產(chǎn)生裂縫。由于夾層中存在著氫原子，其直徑比較小，極易涌入到鋼板的夾層中。當(dāng)氫原子積累到一定程度時，將在一定情況下會產(chǎn)生氫氣，而鋼板中的氫氣滲入量達到鋼板難以承受時，鋼板的夾層中將會產(chǎn)生裂縫，為壓力容器埋下了安全隱患；第二種缺陷是易使焊接過程產(chǎn)生裂縫。如果壓力容器的坡口位置處有夾層，那么在焊接過程中就較容易產(chǎn)生裂縫。焊接裂縫現(xiàn)象將會造成更為嚴重的后果；第三種缺陷是使壓力容器的安全性能降低。母材夾層中任何異常的出現(xiàn)，都將直接影響壓力容器的安全性能和使用壽命[2]。

夾層缺陷的存在使得鋼板的強度、抗疲勞性和沖擊韌性降低[3]。強度、抗疲勞性和沖擊韌性的降低將直接影響鋼板的力學(xué)性能，降低壓力容器的使用壽命。如果夾層面積較大，夾層分布較為集中，則夾層缺陷就會影響鋼板的使用性能。如果夾層面積較小且分布距離遠，夾層缺陷就不會對鋼板的使用性能產(chǎn)生影響。

3　缺陷的檢驗方法

3.1超聲波檢驗

目前，超聲波探傷檢測是針對壓力容器夾層中缺陷探測的最有效的方法。壓力容器使用過程中如若發(fā)現(xiàn)有任何異?？梢杂贸暡ㄌ絺麅x對異常發(fā)生的部位進行探傷檢測。在檢測中，當(dāng)壓力容器夾層與母材的自由面之間的夾角大于超聲波探測儀的探頭半擴散角時，說明夾層沒有缺陷，此時應(yīng)使用直徑更小的、晶片頻率更低的超聲波探頭進行深入探測，如果反射波無波底，則說明容器存在夾層缺陷。

利用超聲波探傷儀檢驗夾層缺陷時，如果在其熒光屏上能明顯地看到反射波的水平刻度線不相等，則表明壓力容器夾層與母材的自由面不平等，兩者角度的大小可以由以下方法測定：首先，將母材的自由面上劃定若干個距離相等的點，將這些點用一條直線連接起來；其次，在這條直線上找到并標(biāo)記夾層的兩端點，并在這條線上做一條垂直線；最后，求得母材自由面的兩個端點的深度與母材夾層之間的夾角。

如果夾層缺陷的反射波的水平刻度線不相等時，則表明壓力容器夾層與母材的自由面有夾角。夾角小于10°時的缺陷為二級或三級缺陷，大于10°時的壓力容器存在著夾層缺陷隱患，不能投入使用。

3.2測厚儀檢驗

測厚儀的檢驗原理是利用測厚儀對壓力容器的壁厚進行連續(xù)的測量。在使用湍儀測量壁厚時，如發(fā)現(xiàn)壁厚出現(xiàn)驟變，應(yīng)立刻記錄測量出的數(shù)據(jù)，并找到壁厚驟變區(qū)域，將驟變區(qū)域進行細分并測量，以確定驟變發(fā)生的具體位置。如果驟變區(qū)域小，可能是由于母材夾層中有小氣孔的存在。小氣孔的存在并不會造成安全隱患。如果驟變區(qū)域較大，則應(yīng)對驟變區(qū)域探測出的數(shù)值進行記錄和分析，并采取必要的補救措施。

4　有效的解決措施

4.1夾層缺陷發(fā)生的預(yù)防

為防止壓力容器中常見的缺陷，日常壓力容器的防護工作應(yīng)做到以下兩點：其一，要定期對壓力容器進行安全檢查，要著重確定夾層的壁厚，觀察是否有壁厚不均和鼓包等異常情況的發(fā)生，若發(fā)現(xiàn)壁厚異常，應(yīng)立即采取必要的措施給予預(yù)防；其二，在壓力容器的選材上，要確保生產(chǎn)廠家嚴格參照國家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選材，嚴禁為節(jié)約成本而選用質(zhì)量不合格、不達標(biāo)的材料生產(chǎn)壓力容器。相關(guān)的監(jiān)管部門應(yīng)對壓力容器生產(chǎn)商的原材料進行定期的檢查，確保材料滿足國家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，降低壓力容器不安全事故發(fā)生的概率。

4.2夾層缺陷發(fā)生后的處理

當(dāng)夾層缺陷發(fā)生后，應(yīng)采取以下兩種措施加以解決。

（1）采用挖補的方法進行補救。挖補方法中的關(guān)鍵步驟的是要對夾層的缺陷部位進行精準(zhǔn)定位，確定缺陷發(fā)生的具體位置，便于后續(xù)對缺陷進行修補；

（2）要采用缺陷修復(fù)方法對缺陷進行修復(fù)。缺陷修復(fù)工作主要采用焊接的方法，利用超聲波探傷儀確定缺陷的深度以及缺陷的具體范圍進行準(zhǔn)確的測定，再利用碳弧氣刨對較淺的夾層缺陷進行刨除處理，直到缺陷從夾層中刨除。

5　結(jié)束語

壓力容器的類型多、數(shù)量大，盛裝物體的種類也多種多樣，事故發(fā)生后的危害性也不盡相同。壓力容器發(fā)生的事故多數(shù)是由于夾層缺陷而導(dǎo)致的，因此，為確保壓力容器運行的安全性，需對其母材夾層缺陷產(chǎn)生的原因以及缺陷的危害性進行分析，并采取有效的措施，防止事故的發(fā)生。科學(xué)、高效的探測方法是避免事故發(fā)生的前提。一方面，要利用高效的檢驗方法，對缺陷位置精準(zhǔn)定位，確定缺陷發(fā)生的大致范圍；另一方面，要對夾層缺陷及時地進行處理。只有對夾層缺陷及時檢測、有效處理，才可以最大限度地增加壓力容器的壽命，避免事故的發(fā)生。

[1]顧晨陽，張棟慶.壓力容器中母材夾層的缺陷其危害性以及檢驗方法[J].化工管理，2014，（3）：36-36.

[2]沈功田，張萬嶺，王勇.壓力容器無損檢測——低溫壓力容器的無損檢測技術(shù)[J].無損檢測，2005，27（11）：592-595.

[3]李光海.常壓儲罐檢驗檢測技術(shù)[J].無損檢測，2010，32（7）：509-512.

Study on the Hazards and Inspection Methods of the Parent Metal Laminated Defect of Pressure Vessel

ZHANG Jun-jun
（Special Equipment Safety Supervision Inspection Institute of Jiangsu Province Taicang Branch，Taicang Jiangsu 215400，China）

In this paper，the laminated defect types and forming reasons are analyzed，laminated defects and hazards of pressure vessel are discussed，effective defect inspection methods and measures are proposed，aim to provide reasonable suggestion on improving service life and reducing the pressure vessel safety risks of pressure vessels.

pressure vessel；parent material laminate；defect hazard；inspection method；countermeasures

TH49

A

1672-545X（2016）10-0200-02

2016-07-09

張郡郡（1990-），女，安徽亳州人，碩士，工程師，研究方向：壓力容器檢驗檢測。