通常压力容器的破坏主要取决于三个基本要素:应力水平,材料性能和缺陷危害程度。压力容器无损 检测是在容器应力分析和材料性能评价的前提下,确定焊缝中是否存在缺陷、缺陷当量、缺陷性质 和危害程度,以保证压力容器安全运行的一种手段。从这个意义上说,压力容器焊缝无损检测可靠性也就是压力容器安全可靠性的一个关键性组成部分。过去人们常以“能检出的最小缺陷尺寸”来衡量检出缺陷的能力,并以此作为评价无损检测可靠性的 重要参数。这实际上是一种误解,因为该数据既无法保证凡是大于该尺寸的缺陷一定能被检出来, 也不能准确反映缺陷的当量和检测误差。就本质而言,无损检测可靠性有两个含义:一是指不漏掉 危险性缺陷的几率,即缺陷的检出几率;二是指对检出缺陷定性定量结果的可信赖性。多年来,人们对此做了大量工作,并且对检测方法和改进措施进行了一系列的研究分析。CPVT Vol.13 No.4 1996 1影响压力容器焊缝无损检测可靠性的不确定因素 无损检测技术涉及到多方面的因素,如检测人员的技术水平、经验和心理状况;检测仪器设备的水平 和完好程度;各种检测方法的特点和检测方案的适用性;工件的结构设计特点和材料特性;制造工 艺和缺陷本身的特点等等。任何一种因素的变化都将直接影响无损检测可靠性,也就是说同一缺陷 在重复检验时,如果影响因素不同,检测结果将并不总是一个固定的参数,而可能变化很大。这种不确定因素是无损检测的固有特征,对无损检测的可靠性具有很大的影响,增加了无损检测的工作难度。1.1检验体系的不确定性 检验体系一般包括检测人员的技术水平和心理素质、检测手段和检测设备的完好程度以及质量保证体系的安全可靠运转情况几其不确 一333-压力容器焊缝无损检测可靠性的分析定性往往直接影响无损检测可靠性。通常有以下几种表现: (1)人为的误检 在压力容器无损检测中,有时由于质量保证体系运转不灵和检测人员缺乏职业道德,往往会产生一些人为的责任事故和弄虚作假现象。 (2)缺陷评估误差 缺陷检测评定的结果总具有一定程度的不可靠性。即焊缝中具有一定尺寸的缺陷往往被为小于验收尺 寸,而留下隐患;或被误评为大于验收尺寸,造成多余的返修。这就使得对检测结果产生疑问,无 法保证焊缝质量,这个问题在压力容器无损检测中是比较普遍的。即使对于结果评估最为直接的射 线检测来说,也可能出现上述情况。据芬兰技术研究中心(VTT)的试验报道:一共对5~20 mm的对接焊缝拍了51张底片,根据nw的五个等级由一批熟练的评片人员对底片进行评定。评 定结果如下:45张底片被半数以上人员评为同一等级(其中n张底片被所有评定人员评为同一等 级),另外6张底片的评级出现很大分歧,没有一个等级为半数以上人员所共识。至于同一个缺陷 ,由于射线照射方向不同,会产生不同的评价。对于超声检测来说,由于影响因素太多太复杂,缺陷评估误差比人们预想的还要严重。(3)缺陷的漏检 压力容器无损检测中,有些缺陷可能根本未被检出来。究其原因,往往是由于检测人员的技术水平不 高、检测方案不完善或检测方法本身的局限性所致。据英国UKAEA研究小组对压水反应堆压力 壳(壁厚、20omm)的检测研究所归纳的统计曲线表明:‘对于这样厚的容器进行超声检测, 自身高度为6.lmm的缺陷检出儿率为50%;自身高度为27.3mm的缺陷检出几率为95 %。另据芬兰技术研究中心的统计数字表明:壁厚在5~Zomm的对接焊缝若只进行一次超声检测,缺陷检出几率为80%;T型接头焊缝缺陷检出几率为60%;管接头角焊·334·缝缺陷检出几率为50%。这种漏检在射线检测中也是大量存在的。根据对在用球罐、容 器的检测中发现,经100%射线检测合格的焊缝,再用100%的超声检测复验,射线检测漏检率也往往在10%左右(通过解剖验证)。1.2各种无损检浏方法本身的不确定性 从本质上说,无损检测技术的可靠性当然也取决于各种检测方法本身对各类缺陷的检出能力。这具有 一定程度上的不确定性和未知性。据有关资料介绍,七十年代末期美国曾大规模实施一项对各种无 损检测方法可靠性进行评价的研究计划,近30。名空军技术人员采用超声、射线、涡流和渗透等 检测方法对疲劳损伤的飞机零部件上174处裂纹进行2200多次的检测。结果表明,各种无损 检测方法的检测可靠性大大低于通常所假定的95%的置信度和96纬的检测率。也即是说各种检 测方法都存在一定的局限性,都不是万能的。因此,如对各种无损检测方法的特点进行综合分析,掌握其规律,应不失为控制和评价各种无损检测方法不确定性的有效途径之一。1.3检浏方案不正确引起的不确定性 压力容器无损检测的不确定性,在很大程度上还受选择和使用的检测方法的影响。某炼油厂3台l0 00m3球罐(材质为FG39和巧MnvR,.壁厚为38mm)就发生过类似事情。1991 年设备进行全面检测(主要采用射线和磁粉检测)。1993年又委托我所进行100%的超声检 测,共计发现300~400处缺陷。其中9处为裂纹(埋藏),经打磨验发现有三处裂纹已接近 穿透,这些缺陷都是发生在射线检测判定为合格的部位。这表明射线检测对某些缺陷,尤其是冷裂 纹不太敏感。对这类容器(延迟裂纹倾向较严重)仅采用射线检测对于保证可靠性是不够的,还应 采用超声作补充检测。又如某炼油厂两台FG43材料制作的球罐,对超声检测合格的部位进行1 00%射线复验。共计发现100多处缺陷,其中有两条长约40~的横向裂纹(穿过焊缝),检测时首先利用平行或斜平行超压力容器第13卷第4期压力容器声扫查,裂纹反射波幅低于测长线;再将该处焊缝余高磨平,用探 头骑在焊缝上检测,反射波幅才勉强达到定量线,而这在大面积检查中是无法办到的,即对可能产 生横向裂纹的设备,仅靠超声检测是无法保证其可靠性的。再如某炼油厂一台I000m3球罐的 检测中,对射线检测中187张3、4级片的部位进行超声复验,发现仅有51张底片部位的缺陷 反射波幅达到定缝线,如按JBll52一81标准I级要求,仅有30张底片可判为不合格,两种结果相差显著。这就表明检测中检测方法的选择和组合对于保证压力容器可靠性是至关重要的。1.4抽检和抽样的不确定性 在考虑经济性的前提下,若容器采用抽检时,其安全性主要取决于未检验部位存在大缺陷的可能性, 即取决于抽检数量和焊缝中缺陷的统计分布规律,有相当大的随机性。在这种情况下,通常对缺陷 的验收尺寸增加安全系数的考虑。此外对于压力容器焊缝来说,抽检结果的正确性通常还要由其代表性来确定。分析讨论和改进的措施综上所述,压力容器焊缝无损检测可靠性不仅取决于对各种无损检测方法的深入了解,还取决于对各 种不确定因素的控制和掌握程度。近年来国内外对此进行了大量的试验研究及讨论分析,取得了明显的进展。现归纳整理如下:2.1质量保证体系 目前世界各国对产品的质量保证做了大量的工作,国际标准化组织(150)于1987年发布了1 509000《质量管理和质量保证》系列标准,将世界范围内的质量管理和质量保证活动统一在 一个相互认可的技术基础上。在国内,1982年国务院发布了《锅炉压力容器安全监察暂行条例 》,对压力容器制造和使用单位提出用严格的质量管理来保证压力容器安全可靠地使用的要求,并授权劳动部门安全监察机构实施强制性的许可证制度和产品安全质量的第三方CPVT Vol.13 Ne).4 1996监督检验制度,从而大大提高了压力容器产品的质量,同时也有效地提高了压力容器焊缝无损检测的可靠性。 2.2检浏人员 目前世界各国对无损检测人员的素质很重视。例如英国就曾组织过一次规模较大的试验,集中了16 2名专业无损检测人员,对339条由各生产现场挑选的焊缝(其中含有90。个不同形状、不同 性质的缺陷)进行了检测。研究结果表明:操作人员的经验十分重要,此外焊缝形状和缺陷类型都 影响着检测人员作出正确判断。并建议在考核无损检测人员时,应进一步加强对实践能力的要求。 有些研究工作是将人员素质进行分解,绘出反应敏感性、熟练程度,鉴别和判断能力、人的注意力 和大脑兴奋程度在不同时间的变化曲线。并对外部环境因素:热、光、噪声进行分析,将其归纳综 合到一个数学模型中比较,以找出提高人员素质的途径。国内对此也做了不少工作,在标准规范中 对人员素质的要求作了强制性规定,如劳动部文件“锅炉压力容器无损检测人员资格鉴定考核规则”和GB9445一88“无损检测人员技术资格鉴定通则”等。2.3设备仅器 设备和仪器是提高压力容器无损检测可靠性的重要手段。目前世界各国研制和采用了微焦点X光机、 大功率射线机、射线检测专家系统;高性能探头,P型扫描系统、带有计算机处理系统的超声检测设备、频谱分析仪;漏磁检测仪;高渗透力的着色剂等设备。2.4常规无损检测方法的主要特.点及其局限性 压力容器无损检测的主要对象是焊缝中的表面和内部缺陷。通常适合于表面缺陷检测主要有磁粉和渗透两种检测方法,而内部缺陷检测主要有超声和射线两种检测方法。 射线检测对于气孔、夹渣和未焊透等体积状缺陷检测的灵敏度比较高,而对未熔合和裂纹等面积状缺陷则检测灵敏度比较低。通常射 、·335.压力容器焊缝无损检测可靠性的分析线检测灵敏度主要取决于底片对比度(△刀)、不 清晰度和胶片颗粒度等三个主要因素。当某台容器的检测方案确定以后,一般来说这时不清晰度和胶片颗粒度都为常数,决定检测灵敏度高低的则主要是对比度△刀。根据对比度公式:△D一0.434产y叮△己1十n式中△刀—对比度· 产—衰减系数 。—形状系数 n—散射比 “—射线透照方向上的缺陷厚度缺陷平面,不管其厚度叼多薄,都可以获得很高的缺陷回波。因此对 裂纹、未熔合等缺陷的检出率相当高。而对于球形和长条形的体积状缺陷,由于超声波束扩散和声场的局限性,只有在缺陷相当大、较密集或
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