1、XXXXXXX学院 毕业设计论文 1 摘要 本毕业设计的课题 是板材焊缝超声波探伤测试。 主要任务是 在掌握过程设备制造流程和焊接缺陷及其产生原因的基础上，研究超声波探伤技术在钢制压力容器对接焊接接头探伤检测中的应用，并给出焊缝返修的具体方案。本文详述了国内外超声检测技术的发展和现状，并在简述过程设备制造、焊接及无损探伤的基础上详细介绍了超声波探伤技术及其在焊缝无损探伤中的应用及评定等级和注意事项。针对给定的 板材焊缝，通过实验检测该焊缝的缺陷，本文详细介绍了试块选用，设备调试，现场探伤中的常见问题及解决方法。同时给出了现场探伤、缺陷定位和长度 测量的具体方法，并通过GB11345-89 标准
2、 对试验中检测到的缺陷进行了等级评定并得出了检测工艺卡。 关键词 ：焊缝；超声波探伤。 XXXXXXX学院 毕业设计论文 2 Abstract The task of the graduation design is the plate weld ultrasonic testing. The main task is to master the process equipment manufacturing and welding defects and its causes, study of ultrasonic flaw detection technology in steel pr
3、essure vessel butt welded joint flaw detection, and gives the concrete plan of the weld repairing. This paper describes the domestic and foreign development and present situation of ultrasonic detection technology, and in the process equipment manufacturing, welding and nondestructive testing based
4、on detailed introduces the ultrasonic detection technology and its application in weld NDE and rating and matters needing attention. For a given plate welding, the weld defects detection by experiment, this paper introduces the test block selection, equipment commissioning, on-site inspection of the
5、 common problems and solutions. At the same time provides on-site testing, defect location and length measurement methods, and through the GB11345-89 standard to test the detected defects were rating and the detection process card. Key words: Weld; ultrasonic testing XXXXXXX学院 毕业设计论文 3 目录 摘要 . 1 1.1
6、 选题的背景及意义 . 5 1.2 超声检测技术的发展历程和现状 . 6 1.2.1 国际超声检测技术的发展历程和现状 . 6 1.2.2 我国超声无损检测发展现状 . 6 2.0 过程设备制造及焊接缺陷 . 7 2.1过程设备制造工艺流程 . 7 2.1.1.选材及下料 . 7 2.1.2 焊接 . 8 2.1.3 压 力容器的热处理 . 9 2.1.4压力试验和气密性试验 . 10 2.2 常见焊接缺陷及产生原因 .11 2.2.1 焊缝中常见的焊接缺陷 . 12 2.2.2 焊缝缺陷产生的可能因素 . 13 3.超声探伤技术 . 14 3.1无损探伤 .14 3.1.1无损探伤种类及特点
7、 . 14 3.1.2焊缝探伤方法的选择 . 15 3.2 超声探伤 .16 3.2.1超声波探伤方法 . 16 3.2.2 超声探伤的设备与器材 . 17 3.3 横波斜探头探伤技术 .20 3.3.1 横波斜探头探伤原理 . 20 3.3.2斜探头的扫查方式 . 21 4.焊缝的超声波探伤及缺陷评定 . 22 4.1 焊缝超声波探伤 .22 4.2 超声检测中缺陷测量 .29 4.2.1小于晶片直径的缺陷定量 . 29 4.2.2大于晶片直径的缺陷定量 . 30 XXXXXXX学院 毕业设计论文 4 5.钢板焊缝超声探伤实验 . 31 5.1 超声波探伤实验仪器调校 .31 5.1.1 超
8、声波探伤实验设备 . 31 5.2 现场探伤 .38 5.3 超声探伤缺陷评定 . 42 结论 . 43 文献 . 44 谢辞 . 45 XXXXXXX学院 毕业设计论文 5 1.1 选题的背景及意义 过程设备是各个工业部门不可缺少的重要生产设备，用于供热、供电和储存各种工业原料及产品，完成工业生产过程必需的各种物理过程和化学反应。因此它成为石油、化工、电站、核能和军工等工业部门的重要生产装备。其制造工艺以焊接为主，质量要求比较高。焊缝质量直接决定着压力容器的使用安全和使用寿命，因此在 制造和使用过程中的焊缝检测显得尤为重要。因此，迫切需要寻找一种高效、经济、简便可行的无损检测技术及缺陷评定方
9、法。无损检测技术主要包括射线探伤、超声波探伤、磁粉探伤、渗透探伤、声发射等方法其中超声波探伤和射线探伤是检测压力容器焊缝内部缺陷的主要手段。超声波探伤以其探伤距离大、探伤装置体积小、重量轻、便于携带、检测速度快、检测费用低等优势，在过程设备制造和在役检测工作中得到越来越多的应用。 由于历史的原因，在用过程设备的检验、检测及缺陷评定仍存在很大的问题。具体表现在：在役过程设备 (其中包括国外进口设备 )由于 设计、制造与安装等所采用的标准不统一，其检验、检测要求难以统一，制造质量难以保证，给设备的维护和在用管理带来很大难度。过去对过程设备的验收管理不严，导致了现今在役设备焊缝中存着大量超标缺陷。焊
10、接缺陷的类型主要包括未焊透、未熔合、裂纹、气孔及夹渣等。国内外关于缺陷评定的标准不统一。这些缺陷如不进行定期检查及有效的安全评定而盲目使用势必会造成重大恶性事故，给企业带来重大的经济损失。因此，怎样实现对焊缝内部缺陷的精确定位、定量和定性分析及缺陷评定，是需迫切解决的课题。在焊缝缺陷检测中，超声检测是目前公认的最有 效的常规无损检测方法之一，与其它常规检测相比具有明显的优势。焊缝超声检测一方面以其较为经济、操作轻便灵活而在质量控制和在役设备安全性能检查中得到广泛的应用，而在另一方面由于焊缝超声检测的不直观性，以及检测人员、检测对象、仪器探头等诸多因素，可能产生漏检或误判。因此，针对超声检测技术
11、 显示不直观，探伤技术难度大以及探伤结果不便保存等 技术难点，深入学习和掌握超声检测技术，在搞清原理、掌握使用的同时发挥创新精神探索超声检测过程中的出现的问题并加以解决。针对焊缝内部缺陷的超声波检测及安全评定过程中所涉及的关键性问题进 行系统的分析，并依据缺陷检测所得到的结果进行缺陷评定具有重要意义 。 基于以上原因，本文重点研究过程设备制造工艺、焊接缺陷的成因及焊缝内部缺陷的超声波检测方法，并选用 GB11345-89 标准进行缺陷评定和质量分级，从而对焊接缺陷进行有效的安全评定。 XXXXXXX学院 毕业设计论文 6 1.2 超声检测技术的发展历程和现状 无损探伤技术是检测压力容器焊缝内部
12、缺陷的主要手段。 无损探伤是指利用声、光、磁和电等特性，在不损害或不影响被检对象使用性能的前提下，检测被检对象中是否存在缺陷或不均匀性，给出缺陷的大小、位置、性质和数量等信息，进而判定被检对象所 处技术状态的所有技术手段的总称。工业生产中常用的无损检测方法有射线检验 (RT)、超声检测 (UT)、磁粉检测 (MT)和液体渗透检测 (PT) 四种。其中 射线探伤和超声波探伤是检测压力容器焊缝内部缺陷的主要手段。 1.2.1 国际 超声检测技术的发展历程和现状 无损检测技术历经一个世纪，尽管无损检测技术本身并非一种生产技术，但其技术水平却能反映该部门、该行业、该地区甚至该国的工业技术水平。超声无损
13、检测技术(UT)作为四大常规检测技术之一，由于其与其它常规无损检测技术相比，它具有被测对象范围广，检测深度大；缺陷定位准 确，检测灵敏度高；成本低，使用方便，速度快，对人体无害以及便于现场使用等特点，因而世界各国都对超声无损检测给予了高度的重视。目前，国外工业发达国家的无损检测技术已逐步从 NDI 和 NDT 向 NDE 过渡。无损探伤 (NDI)、无损检测 (NDT)和无损评价 (NDE)是无损检测发展的三个阶段。超声波无损探伤是初级阶段，它的作用仅仅是在不损害零部件的前提下，发现其人眼不可见的内部缺陷，以满足工业设计中的强度求。超声无损检测是近 20 年来应用最广泛的术语，它不仅要检测最终
14、产品，而且还要对生产过程的有关参数进行监测。超声无损评价 是超声检测发展的最高界，不但要探测缺陷的有无，还要给出材质的定量评价，也包括对材料和缺陷的物理和力学性能的检测及其评价。本文建立在 NDI 的基础上，在过程装备制造与维护过程中，对焊缝进行有效检测，并进行缺陷分析和计算，从而对过程装备进行有效的安全评估。 1.2.2 我国超声无损检测发展现状 近年来我国超声无损检测事业取得了巨大进步和发展。超声无损检测已经应用到了几乎所有工业部门，其用途正日趋扩大。超声无损检测的相关理论和方法及应用的基础性研究正在逐步深入，已经取得了许多突破性进展。比如，用户友好界面操作系统软件 ；各种扫描成象技术；多
15、坐标、多通道的自动超声检查系统；超声机器人检测系统等。无损检测的标准化和规范化，检测仪器的数字化、智能化、图象化、小型化和系列化工作也都取得了较大发展。我国已经制订了一系列国标、部标及行业标准，而且引进了 ISO， ATSM 等一百多个国外标准。无损检测人员的培训也逐渐与国际接轨。但是，我国超声无损检测事业从整体水平而言，与发达国家之间仍存在很大差距。具体表现在以下几个方面： XXXXXXX学院 毕业设计论文 7 1）检测专业队伍中高级技术人员和高级操作人员所占比例较小，极大阻碍了超声无损检测技术向自动化、智能化、图象化的进展。 由于经验丰富的老一辈检测工作者缺乏把实践经验转化为理论总结，而年
16、轻的检测人员缺乏切实的实践经验，这有可能导致现有的超声检测软件系统不同程度的缺陷，降低了检测的可靠性。 2）专业无损检测人员相对较少，现有无损检测设备有待改进。从而导致目前我国产品的质量普遍存在较大问题。更严重的后果是产品的竞争能力差，焊缝的超声波检测技术研究影响产品进入国际市场。 3）对无损检测技术领域的信息技术应用重视不够。我国对无损检测信息技术的建设工作还处在相当薄弱的阶段。 4）无损检测的标准和规范多而杂。 我们相信，随着超声检测的广泛 应用和对超声检测重视程度的不断提高，我国的超声检测将获得更加快速的发展和进步。 2.0 过程设备制造及焊接缺陷 本章主要介绍过程设备制造过程、产生的常
17、见的焊接缺陷，以及产生这些缺陷的原因。 2.1 过程设备制造工艺流程 过程设备的生产工艺流程大致为下料、成型、焊接、无损检测、组对焊接、无损检测、热处理、压力试验几个阶段。下面分别简要介绍个流程的注意事项。 2.1.1.选材及下料 过程设备的选材主要依据设计文件、合同约定及相关的国家标准及行业标准。压力容器材料的种类有碳钢、低合金钢、不锈钢、特殊材料（复合材料、钢 镍合金、超级双相不锈钢、哈氏合金）其中最常用材料为 16MnR， 20R 等压力容器专用钢。分举如下： 碳素钢： 20 号钢、 20R、 Q235； 低合金钢： 16MnR、 16MnDR、 09MnNiDR、 15CrMoR、 1
18、6Mn； 高合金钢： 0Cr13、 0Cr18Ni9、 0Cr18Ni10Ti； 尿素级材料： X2CrNiMo18.143mol （尿素合成塔中使用，有较高耐腐蚀性）。 (一 ) 下料工具与下料要求 气割多用于碳钢下料，等离子切割多用于合金钢、不锈钢下料剪扳机多用于8 L 2500 板材下料其切边为直边 ，锯管机多用于接管下料。 XXXXXXX学院 毕业设计论文 8 (二 ) 椭圆度要求： 为了保证加工精度内压容器要求椭圆度 1%D；且 25 ，换热器要求DN 1200 椭圆度 0.5%DN 且 5 ， DN 1200 时要求椭圆度 0.5%DN 且 7 塔器椭圆度要求如表 2 1所示。对于
19、多层包扎内筒要求椭圆度 0.5%D，且 6 。 表 2 1 塔器椭圆度对照表 DN （ 500， 1000） （ 1000， 2000） （ 2000， 4000） （ 4000， +） 椭圆度 5 10 15 20 (三 ) 直线度要求： 一般容器当 L 30000 时直线度 L/1000 ， L 30000 时直线度按塔器要求取值。 对于塔器 L 15000 时直线度 L/1000 ， L 15000 直线度 0.5L/1000 +8 。 换热器 L 6000 时 直线度L/1000 且 4.5 ， L 6000 时直线度 L/1000 且 8 。 2.1.2 焊接 (一 ) 焊前准备与焊
20、接环境 为了保证过程设备焊接质量，焊条、焊剂 及其他焊接材料的贮存库应保持干燥，相对湿度不得大于 60% 。当施焊环境出现下列任一情况，且无有效防护措施时，禁止施焊： a.手工焊时风速大于 10m/s b.气体保护焊时风速大于 2m/s c.相对湿度大于 90% d.雨、雪环境 (二 ) 焊接工艺 a.容器施焊前的焊接工艺评定，按 JB4708 进行 b.A、 B 类焊接焊缝的余高不得超过 GB150 的有关规定 c.焊缝表面不得有裂纹、气孔、弧坑和飞溅物 (三 ) 焊缝返修 焊逢的同一部位的返修次数不宜超过两次。如超过两次，返修前均应经制造单 位技术总负责人批准，返修次数、部位和返修情况应记
21、入容器的质量证明书。 对于要求焊后热处理的容器，一般应在热处理前进行返修。如在热处理后返修时，补焊后应做必要的热处理 XXXXXXX学院 毕业设计论文 9 2.1.3 压力容器的热处理 (一 ) 正火： a. 目的：细化晶粒，提高母材及常化处理焊缝的综合机械性能，消除冷作硬化，便于切削加工。 b. 方法：把要正火的零件放入加热炉中加热到一定温度按每毫米 1.5 分 2.5 分保温出炉空冷，风冷或雾冷。 c. 应用： 16MnR 高温保温时间过长，使奥氏体晶粒大（正火） 35锻件（正 火）封头，筒体（正火）。 (二 ) 调质处理： a.目的：提高零件的综合机械性能。 b. 方法：淬火 +高温回火
22、（ 500以上）。得到索氏体。 c. 应用：封头，筒体，法兰，管板等。 20MnMo 20MnMoNb 13MnNiMoNb 900 950 2分 3.5 分 /mm 水冷 +空冷。 螺栓螺母： 35CrMoA 25Cr2MoVA 35CrMoVA。 30Mn 40Mn 35CrMoA。 硬度 HB=187 229 用亚温淬火。 (三 ) 固溶处理：（针对奥氏体不锈钢 ）即在室温条件下保留奥氏体。 a.目的：将零件加热使碳化物溶到奥氏体中，再以足够快的冷却速度将碳化物固定在奥氏体中。具有最低的强度、最高塑性、最好的耐蚀性。 b.应用：封头。 c.方法：加热到 1000 1150，以 2分到 4
23、分 /保温后快冷，然后水冷，再进行空冷。 (四 ) 焊后热处理： 一般热处理： SR ISR 。 目的： A.改善焊接接头及热影响区的组织和性能。 B.消除焊接和冷作硬化的应力。 C.防止产生焊接裂纹。 方法： A.优先采用炉内整体消除应力方法（另一法：把容器视为加热 炉，在设备内部加热外壳保温）， 99 版压力容器规则：（高压容器、中压反应器、储存容器、石油液化器储罐）不能用内部加热法。 B.分段热处理：一端在炉内，采取适当保温措施以防有害的温度梯度（重复加热的长度 1.5m） 3.6m 加氢反应器，长 26m 。 C.对环缝进行局部消除应力处理加热宽度：焊缝中心线每侧 2倍板厚。 c 焊后
24、热处理工艺 : XXXXXXX学院 毕业设计论文 10 A.炉温 400以下装炉。 B.升温速率 5000 /T（有效厚度） /h 且 200 /h 。 C.保温时间 T 50mm， 25mm/h T 50mm 保温时间 =（ 150+T） /100。 D.降温速率： 400以上， 6500/T /h 且 260 /h 。 d.过程设备焊后热处理的注意事项 : A容器整体消应力处理须在整体制造完经检验合格后，水压试验之前进行。 B.严禁火焰直射工作产生过热或过烧。 C.产品试板（含母材试板）挂片试样等应与容器同炉 PWHT 2.1.4 压力试验和气密性试验 (1) 压力试验 压力试验按试验介质
25、不同分为液压试验及气压试验。 a.液压试验 液压实验一般采用水，需要时也可采用不会导致发生危险的其他液体。试验时液体的温度应低于其闪点或沸点。奥氏体不锈钢制压力容器用水进行液压试验后应将水渍清楚干净。当无法达到这一要求时，应控制水的氯离子含量不超过 25mg/L。 液压试验方法： 1）试验时容器顶部应设排气口，充液时应将容器内的空气排尽。试验过程中，应保持容器观察表面的干燥； 2）试验时压力应缓慢上升，达到规定试验压力后，保压时间一般不少于 30min。然后将压力降至规定试验压力的 80%，并保持足够长时间对所有焊接接头和连接部位进行检查。如有渗漏，修补后重新试验； 3）对于夹套容器，先进行内
26、筒液压试验，合格后再焊夹套，然后进行夹套内的液压试验； 4） 液压试验完毕后，应将液体排尽并用压缩空气将内部吹干。 b.气压试验 气压试验应有安全措施。该安全措施需经试验单位技术总负责人批准，并经本单位安全部门监督检查。试验所用气体为干燥、洁净的空气、氮气或其他惰性气体。 气压试验时压力应缓慢上升，至规定试验压力的 10%，且不超过 0.05MPa时，保 压5min，然后对所有焊接接头和连接部位进行初次泄漏检查，如有泄漏，修补后重新试验。初次泄漏检查合格后，再继续缓慢升压至规定试验压力的 50%，其后按每级为规定压力的 10%的级差逐级增至规定试验压力。保压 10min后将压力降至规定试验压力的 87%，并保持足够长的时间后再次进行泄漏检查。如有泄漏，修补后再按上述规定
