压力容器检测与检验技术

第三章压力容器检测试验技术3.1宏观检验检验容器的外观、结构与几何尺寸是否满足容器安全使用规定，是最基本检验方法。

3.1.1外观检查用目视或5-10倍放大镜及锤击方法，检验容器本体、对接焊缝及接管焊缝等部位；对内部无法进入的容器，可采用内窥镜检验。

容器在加工完毕及运行一段时间后，主要外观检验如下内容：主要检验内容：有无成型组装缺陷；有无整体变形或凹陷、鼓包等局部缺陷；有无腐蚀、裂纹及损伤；焊缝是否有表面缺陷，如气泡、弧坑、咬边、裂纹等；容器内外壁的防腐层、保温层、衬里是否完好3.1.2 结构检验结构检验包括：筒体或封头的连接结构；焊缝选择与布置是否合理；开孔及补强结构及零部件结构是否合理完好。

3.1.3几何尺寸检验主要检验容器本体和受压元件的结构尺寸、形状尺寸及缺陷尺寸；①采用焊规、焊缝检验尺及样板尺等工具对纵、环焊缝的对口错边量、棱角度进行检验；②对直立容器及球形容器的支柱的直线度焊后进行检验；③用卷尺测量筒体不同部位的周长，确定筒体的最大与最小直径，满足GB150要求。

④封头检验。

用卷尺测量封头直径差，用样板检验封头（椭圆、蝶形、球形）内表面形状偏差。

测量封头表面凹凸量、直边高度及直边部位的纵向折皱量。

⑤检验焊缝余高、角焊缝焊角尺寸。

结构检验和尺寸检验只在出厂时全面检验，以后检验只对在运行中可能。

3.2 理化实验3.2.1 硬度测定硬度——材料抵抗局部塑性变形的能力。

碳钢及合金钢材料——含碳越高，硬度越大。

常用金属材料硬度指标——布氏（HB）、洛氏硬度（HR）和维氏硬度（HV）。

压力容器检验中的硬度检测应用：①对碳钢、低合金钢容器——材质不清时——打硬度近似知道其屈服强度——两者近似关系：R eL=3.28HV-221(适用母材），R eL=3.35HB(适用HB≤175的材料）②焊接性能试验——检测接头断面、焊缝和热影响区的硬度——判断材料焊接性和焊接工艺的适用性。

③现场检验焊接区的硬度——判断焊接工艺的执行情况和焊接接头质量。

④对整体或局部热处理容器的焊缝区硬度检验——检测热处理效果——判断接头应力消除情况。

⑤长期高温使用的容器——硬度可能改变——判断组织如何变化⑥在应力腐蚀环境中的压力容器——进行硬度检验——判断应力腐蚀倾向。

3.2.2 化学元素分析材料复验——容器材料买来入库使用前，为防止材料有误或确认化学成分是否符合要求，必须对材料进行复验。

对在用容器，如果材料不明，也必须进行化学元素分析；当存在腐蚀情况下，如果存在裂纹，为判断裂纹是否与腐蚀有关，则对裂纹处组织进行化学元素分析，确定是否有腐蚀物。

钢铁元素化学分析方法——原子发射光谱分析和化学分析微量元素分析——电子探针、离子探针及俄歇能谱仪等原子发射光谱分析——仪器有三类；一类为看谱线分析，仪器为看谱镜，用于鉴别材料中某种元素有无。

另一类为光电式光谱分析，仪器为数字式光谱分析仪，进行材料成分的定性与定量分析；第三类为荧光光谱分析，利用X射线或γ射线来激发被分析原子发出荧光X射线，通过荧光光谱来鉴别元素种类和数量。

化学元素分析方法——比色法、滴定法、重量法、萃取法、燃烧法、气相容量法、电导法等，可精确分析材料中元素含量。

3.2.3 金相检验检验金属材料微观金相组织，应用目的如下：①检验材料质量及热处理状态和热处理效果；②检验材料晶粒度；③检验焊接质量，判断焊接后组织；④检验材料中微观缺陷，如晶间裂纹、疏松、过烧等⑤检验材料在长期高温环境下发生的劣化，如珠光体化、石墨化⑥腐蚀环境下，可能发生的晶间腐蚀或应力腐蚀裂纹；⑦高温高压临氢环境下的氢腐蚀，如脱碳、氢腐蚀裂纹等⑧在役压力容器的断口金相检验，确定腐蚀或断裂类型，分析失效原因。

金相检验操作程序：选择代表性检验点——用砂轮打磨出金属磨面——用从粗到细的砂纸或研磨膏打磨金属磨面——用抛光液或抛光膏抛成镜面——用合适试剂对光面侵蚀，使金相组织显露。

3.2.4 应力应变试验容器应力分析有两种：一种为理论分析——利用材料力学、弹性力学或有限元法，求应力理论值。

另一种为试验测试方法——通常利用应变片，测量构件受载后表面或内部的真实应力大小。

对容器加载测试容器应力——为静态应力-应变测试，常用电阻应变片测量（电测法）、光弹性方法、应变脆性涂层。

测量容器剩余应力——采用X射线衍射法或小孔松弛法。

测试焊接剩余应力采用小孔松弛法——操作方法为：将焊缝区域打平，然后贴上应变片，在应变片附近钻一个直径与深度相同的盲孔，一般2-3mm，孔区剩余应力松弛孔边变形，应变片变形，测出剩余应力。

3.3 力学性能测试材料力学性能测试使用场合——容器材料复验、焊接工艺评定、产品焊接试板；考察容器材料的强度、塑性、韧性、可弯性及焊接性力学性能测试包括——拉伸试验、弯曲试验和冲击试验；材料拉伸试验——按GB/T228《金属材料室温下拉伸试验方法》材料弯曲试验——按GB/T232《金属弯曲试验方法》冲击试验——按GB/T229《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》焊接工艺评定的力学性能试验——按JB4708《压力容器焊接工艺评定》的要求焊接试板力学性能试验——按JB4744《压力容器产品焊接试板的力学性能试验》要求3.3.1 拉伸试验在一定温度与静载荷下，测定金属材料在单向拉力作用下的抗拉强度(R m)、屈服点(R eL)、延伸率(δ)、截面收缩率(ψ)等力学性能指标。

对原材料——取圆截面拉伸试件，测试标距与直径之比有5和10两种。

对焊接试板——取矩形截面的扁拉伸试件，由于截面影响，对R eL、δ、ψ不能准确测定，只以抗拉强度R m作评价指标。

3.3.2 弯曲试验对原材料弯曲试验——评定金属塑性变形能力；对焊接接头弯曲试验——评定焊接部位塑性变形能力，检验焊接接头的内部缺陷，评定接头的工艺性能和焊工操作水平。

弯曲试件可为圆形、方形、矩形或多边形截面——在弯曲装置上经受弯曲塑性变形，不改变加力方向——直到规定的弯曲角度。

焊接接头弯曲试验分为：——横向正弯和背弯; 横向侧弯；纵向正弯及背弯；横向——指试件轴线与焊接方向垂直。

纵向——指指试件轴线与焊接方向平行。

焊缝正弯或背弯——指受拉面为焊缝正面或背面的弯曲。

焊缝侧弯——指试件受拉面为焊缝侧剖面弯曲评定——弯曲到规定角度，试件拉伸部位出现裂纹及焊接缺陷尺寸，按相应标准和技术条件评定。

3.3.3 冲击试验冲击试验——是用规定高度摆锤对处于简支梁状态有缺口的试件进行一次性打击，测量试件断裂时冲击吸收功。

缺口对冲击功影响大，压力容器规定——冲击试验采用对缺口比较敏感的夏比（charpy)V形缺口试样。

冲击试验目的：①测量原材料与焊接接头韧性；韧性——指规定温度下，材料抵抗冲击载荷吸收能量的能力，即材料从塑性变形到断裂全过程吸收能量的能力。

焊接接头的缺口部位——在焊缝熔合区和热影响区。

②根据冲击韧性评价焊材选择和焊接工艺的合理性。

焊材、焊接工艺、坡口等对冲击韧性影响巨大3.4 耐压试验3.4.1 耐压试验目的与作用采用静态超载方法验证容器整体强度，对容器质量综合考核；综合检验容器在制造中可能存在的缺陷。

通过超压可改变应力分布——局部存在大的拉伸剩余应力，超压引起局部屈服，使应力再分布——消除或减小剩余拉伸应力。

耐压试验可改善缺陷处应力——使裂纹闭合效应——降低尖端局部应力和泄压后尖端处产生压缩应力，抵消承载产生的拉应力3.4.2 耐压试验介质试验介质——液体和气体①不会发生危险的液体，在低于沸点温度下，均可做液压试验介质。

通常用水，采用可燃液体进行液压试验，试验温度必须低于液体闪点。

②水必须洁净；对奥氏体不锈钢液压试验用水，要求水中氯离子含量低于25毫克/升，如无法保证，则可考虑用气体。

③气压试验用气体应干燥、洁净空气、氮气或其他惰性气体气体可压缩——爆破能量比液体大数百倍，为了安全，可优先考虑用液体进行试验。

一些情况无法用液体，必须用气体：机构或支撑原因，容器无法承重；残留液体对系统或设备产生危害；超洁净系统如有液体可能受污染。

3.4.3 耐压试验压力（1）内压容器按设计图纸要求进行压力试验，试验值不低于下式计算：P——容器设计压力，MPa；P T——耐压试验压力，MPa；η——压力系数，按表选取；[σ]——试验温度下材料许用应力，MPa；[σ]t——设计温度下材料许用应力，MPa。

注：当容器各承压元件（筒体、封头、接管法兰及紧固件等）所以材料不同时，计算耐压试验压力取各材料[σ]/ [σ]t比值最小值。

（2）外压容器外压容器按内压容器进行耐压试验①液压试验：P T =1.25P②气压试验：P T =1.1PP——外压容器设计压力（3）夹套容器对夹套容器，应在图纸上分别注明内筒与夹套的试验压力。

①内筒试验压力：按设计压力为正的内压圆筒，或设计压力为负压的外压圆筒；②夹套试验压力：按内压容器压力试验公式计算，必须校核内筒在夹套压力试验时的稳定性，不满足稳定性要求，夹套压力试验时，内筒必须保持一定压力。

（3）立式容器立式容器如果放倒——卧置进行液压试验，试验压力应加上液柱静压力，按下式：ρ——液体密度，kg/m3g——重力加速度，9.81m/s2h——塔体长度或高度，上下两封头之间距离，m。

3.4.4 耐压试验温度Q345R（16MnR）、Q370R（15MnVR)及07MnMoR耐压试验介质（气体或液体）温度不低于5℃。

其他碳钢及低合金钢液体温度不低于15 ℃。

如果板厚等因素引起无塑性转变温度升高，提高试验介质温度。

3.4.5 耐压试验应力校核耐压试验前应对容器进行应力校核，圆筒周向应力满足下式：σT——圆筒周向薄膜应力，MPa;D i——圆筒内径，mm；P T——试验压力，MPa；δe——圆筒有效厚度，mm；φ——焊缝系数。

液压试验时周向薄膜应力σT：σT≤0.9R eLφ气压或气液压力试验时周向薄膜应力σT：σT≤0.8R eLφ对用了一段的容器，再进行液压试验，容器有效厚度δe按实测最小厚度，再减去腐蚀余量。

腐蚀余量按每年腐蚀多少，计划再用多少年计算，或到下一次检验的间隔时间计算。

3.4.6 耐压试验操作程序与方法（1）试验前准备要求耐压试验前紧固件装配齐全；对开孔补强圈应在耐压试验前通入0.4-0.5MPa压缩空气，检查焊接接头质量；容器至少有两块量程相同、经检验合格（在检验期内）的压力表，压力表安装在容器顶部；压力表量程为试验压力的1.5-3倍，表盘直径不小于100mm；低压容器压力表精度不小于2.5级，中高压容器表精度不小于1.6级。

（2）液压试验操作程序①容器先充满液体，必须排净容器内气体，容器外部应保持干燥；②当容器壁温与液体温度接近时，才能缓慢升压至设计压力，确认无泄漏后，再继续升压至规定试验压力，保压不小于30分钟，然后降至设计压力，保压足够时间进行检查；③检查期间，压力应保持不变，严禁采用连续加压来维持试验压力不变，试验中不得带压紧固螺栓或向受压元件施加外力；④液压试验后，使用单位按规定进行试验液体处理，及对容器内表面进行专门技术处理。