压力管道的无损检测.ppt

压力管道的无损检测质量控制,江苏省特种设备安全监督检验研究院陈 挺 2008年4月 于溧阳,压力管道的无损检测质量控制,1基本知识1.1 无损检测的定义 无损检测技术是利用物质的某些物理性质因存在缺陷或组织结构上的差异使其物理量发生变化这一现象，在不损伤受检物体的情况下，通过测量这些变化来了解和评价材料、产品和设备构件的性质、状态或内部结构。,压力管道的无损检测质量控制,1基本知识1.1 无损检测的定义 现代无损检测的定义是：在不损坏试件的前提下，以物理(或化学)方法为手段，借助先进的技术和设备器材，对试件的内部及表面的结构，性质，状态进行检查和测试的方法。,压力管道的无损检测质量控制,1无损检测基本知识1.2无损检测的目的 无损检测的目的有三个方面：1.2.1 保证产品质量，为质量管理提供手段；1.2.2 质量鉴定，供求双方的共识；1.2.3 在用检测，保证设备安全运行。,产品的使用性能要求通常在其技术文件中规定，如技术条件、规范及验收标准等，以一定的技术质量指标反映。无损检测的主要目的之一就是对加工工序中的原材料、产品构件提供实时的工序质量控制，尤其是控制产品材料的冶金质量和生产工艺质量（无损检测的特点）像钢板母材分层、焊接缺陷等。在生产制造过程中使用该项技术，一可以及时检出原始或加工过程中出现的各种缺陷并加以控制，防止不符合质量要求的材料、部件流入下一道工序，避免了工时、人力和资源的浪费。二是利用该技术又可以将材料、产品的质量控制在符合标准要求的范围内，避免无限度提高质量要求；或者通过检测确定缺陷的部位，有条件的加以使用，提高材料的利用率。,已制成的产品（包括材料、零部件）在投用前,需要进行最终检验质量鉴定，以确定其是否达到设计性能，判别其是否符合标准的质量要求，即产品是否合格。,1无损检测基本知识,1.3无损检测的原理1.3.1 射线检测 在电磁波谱系列中波长短于紫外线波长的电磁波都属于x射线，它具有可见光的某些特性；如传播速度不受电、磁场作用，使胶片感光等，又具有不同的性质；如不可见、穿透物质、杀伤生命细胞等。,1无损检测基本知识,X射线穿透物质的能力取决于：x射线强度（即能量），波长越短强度越大、穿透力就 越大；被穿透物质对射线的吸收能力越强，则经过单位路程的射线强度衰减越大。衰减规律可由下式（在单一波长时）表示：I0：穿透物质前射线强度 I：穿透物质路程为d时的射线强度 u：物质的线吸收系数,1无损检测基本知识,1.3无损检测的原理 射线束通过受检工件时，其强度被衰减，若工件内存在缺陷，则在缺陷部位的射线衰减情况不同与其他部位，作用于感光胶片（或其他记录载体）上的射线强度不同，使胶片等受到不同程度的感光影响，从而在底片上显示出缺陷投影图象。,1无损检测基本知识,1.3无损检测的原理 射线源 I0 受检工件 d缺陷高度 I 感光胶片 I缺陷引起的射线 强度变化 射线检测原理图,1无损检测基本知识,1.3无损检测的原理 依照产生射线的方式的不同，可以分为x射线、射线及高能x射线三种检测方法。射线产生方式 工业用x射线一般由x射线管产生，其原理为:x射线管内被加热的阴极产生大量电子，电子在管内被在阴极与阳极间施加的高压电场（工业通常采用100420KV）加速而高速与阳极靶撞击，因受靶材料原子阻挡，高速电子的动能大部转为热量而极小部分以x射线形式辐射出来。,1无损检测基本知识,1.3无损检测的原理 射线的产生 前面提到x射线波段范围很大，射线只是其中的一段。在射线检测中使用的射线源，都是有要用人工同位素制造的。某些易激活元素，在原子反应堆中或被中子轰击，使原子核增加一个中子而制成人工同位素如60C0、137Cs，或通过加速器催裂反应，改变原子核内质子与中子间力的平衡，使原子不稳定而形成人工同位素如192Ir。,1无损检测基本知识,1.3无损检测的原理 人工同位素原子处于激活不稳定状态，它的原子不断进行分裂或从激发态跃迁到基态，在这一过程中，原子以带电粒子和电磁辐射的形式不断释放出能力。其中以电磁波辐射形式所释放的能量形成射线。目前，较广泛应用的射线源有60C0、192Ir、75Se等。,1无损检测基本知识,1.3.1 射线检测工艺步骤：,暗室洗片,透照摄片,底片评定,报告签发,工艺要点1 X射线和射线的应用特点X射线主要优点：X射线能量可改变，因此对各种厚度的试件均可获得高灵敏度；X射线机可用开关切断，故较易实施射线防护；曝光时间短，一般为几分钟；X射线局限性：需电源，有些还需有水源。体积较大，成本和维修费用均较大。,工艺要点1 X射线和射线的应用特点射线主要优点：射源尺寸小，可用于X射线机管头无法接近的现场；不需电源或水源；运行费用低；射线局限性：探伤灵敏度低，尤其对薄钢试件（如5mm以下）；曝光时间长。,工艺要点2 胶片应用特点胶片影响成像对比度和颗粒度进而影响灵敏度依据成像特性，胶片分成四类，T1、T2、T3、T4。T1为最高类别，T4为最低类别。标准规定：A级和AB级射线检测技术应采用T3类或更高类别的胶片，B级射线检测技术应采用T2类或更高类别的胶片。标准规定：采用射线对裂纹敏感性大的材料进行射线检测时,应采用T2类或更高类别的胶片。,工艺要点3透照方式选择,工艺要点4透照参数选择,1、焦距影响几何不清晰度，选择焦距必须大于标准规定最小值；2、K值影响横向裂纹检出率，选择K值不得大于标准规定值；3、射线能量影响底片对比度、固有不清晰度、颗粒度；选择射线能量应在标准限定范围；4、曝光量影响底片黑度，选择曝光量应在标准限定范围；,底片质量要求,1、底片上定位和识别标记齐全、影像显示完整、位置正确；2、底片评定范围内的黑度D 应符合下列规定:A 级：1.5D4.0 AB级：2.0D4.0；B 级2.3D4.0 3、底片的像质计灵敏度满足标准要求；4、底片评定范围内不应存在干扰缺陷影像识别的水迹、划痕、斑纹等伪缺陷影像。,射线检测的特点,1、检测结果有直接记录，可以获得缺陷投影的直观图象，缺陷定性定量准确。2、体积型缺陷检出率很高。而面积型缺陷的检出率受到多种因素影响。3、适宜检验较薄的工件而不适宜较厚的工件。4、适宜检测对接焊缝，检测角焊缝效果较差，不适宜检测板材、棒材、锻件。,射线检测的特点,5、对有些试件或结构不适用。6、对缺陷在工件中厚度方向的位置 和高度尺寸的确定比较困难。7、射线照相检测成本高，速度慢。8、射线对人体有伤害。,1无损检测基本知识,1.3无损检测的原理1.3.2 超声波检验的基本原理.1 超声波的一般概念 超声波是一种机械波，人们把能引起听觉的机械波称为声波，频率在2020kHz之间，20kHz以上称为超声波。超声波可以有纵波、横波、表面波等多种波型。当介质中质点的位移与波传播的方向一致时为纵波；质点的位移与波传播的方式垂直时为横波，而表面波只能沿工件表面传播。在固体中，各类声波都可以传播，而在液体及气体中只有纵波可以传播。,1无损检测基本知识,超声波在同一均匀介质中传播时声束不变，传播方向也不变，若在传播过程中遇到另一种介质，就会发生反射、折射透照、绕射或波型转换的现象。超声波在不同介质中传播时，由于介质质点的密度和弹性模量不同，传播的速度也不同。在空气中声速为340M/S，水中声速为1500M/S，在钢中纵波的声束为5900M/S，横波的声波为3200M/S。,1无损检测基本知识,1.3.2.2 超声波的一些基本规律界面的反射和穿透 当超声波传播到异种介质界面或工件中缺陷、底面等不连续部份时，会发出反射、透射和折射。当超声波垂直入射到两种介质 界面时，部份声波波反射，剩余部 份则穿透入另一介质，见右图，两 部份的比率取决于两介质的密度和 其中的声速。,1无损检测基本知识,超声波声束 获得超声波的方法有很多，但在超声检测中主要是利用石英、钛酸钡等晶体的压电效应获得超声波。超声波探头的定向辐射性质波束指向性。波束指向性越好，则超声波检测缺陷的能力超高。,1无损检测基本知识,由于空气与钢的密度和声速相差极大，故超声波从空气中垂直入射至钢界面时几乎100%被反射。所以必须在探头与工件表面间添加耦合剂，使超声波很好的传播。当超声波倾斜入射到界面上时，在界面上会产生的不同方向、不同波型的反射波和折射波。对于两者都是固体的情况，反射波和折射波中都存在纵波和横波，其行为遵守几何声学的反射、折射定律。,1无损检测基本知识,小物体上的超声波反射 当超声波在传播过程中碰到缺陷，就会产生反射和散射现象，而缺陷形状和方法不同时，其反射方式也有所不同，对于缺陷的尺寸小于超声波波长的一半时，由于衍射作用，不能引起反射。故超声波检测中缺陷尺寸的检出极限为超声波波长的一半。反射信号的强弱以声压大小表示，例如：底面反射波声压PB，等于声波未发生底面反射而沿原方向传播到两倍距离处的声压。而圆盘形反射体的反射波声压PF，相当于一个与圆盘尺寸相同且处于同一位置的探头发射的声波一样。,1无损检测基本知识,超声波检验的方法原理 脉冲反射式是当前标准中采用的主要超声波检测方法，基本原理是：仪器探头发出持续时间 很短的超声波，当工件内 有缺陷时，缺陷反射波被 仪器接收并反映出反射波 声压大小等信息，据此判 断缺陷的情况。,1无损检测基本知识,举例，平底孔回波声压Pf为：其中，P0 探头波源的起始声压 Fs 探头波源的面积 Ff 平底孔缺陷面积 波长 x 平底孔至波源的距离,超声检测工艺要素,1、探伤方法的选择；2、仪器、探头的选择（种类、频率、晶片尺 寸折射角）；3、试块的选择；4、探伤灵敏度的选择；5、耦合剂和耦合方法的选择；6、探伤方向和扫查面的选择；7、探伤时机的选择；,超声波检测特点1,面积型缺陷的检出率较高，而体积型缺陷的检出率较低。适宜检验厚度较大的工件，不适宜检验较薄的工件。应用范围广，可用于各种试件。检测成本低、速度快，仪器体积小，重量轻，现场使用较方便。无法得到缺陷直观图象，定性困难，定量精度不高。,超声波检测特点2,6.检测结果无直接见证记录。7.对缺陷在工件厚度方向上的定位较准确。8.材质、晶粒度对探伤有影响。9.工件不规则的外形和一些结构会影响检测。10.不平或粗糙的表面会影响耦合和扫查，从而影响检测精度和可靠性。,射线检测与超声波检测的比较：,1无损检测基本知识,1.3.3.磁粉检测1.3.3.1 基本概念 生活中存在着许多磁的现象，我们把能够吸引铁、钴、镍等物质的性质称为磁性，而具有磁性的和的体称为磁体。使原来的不带磁性的物体具有磁性叫磁化，能被磁化的材料称为磁性材料。,1无损检测基本知识,1.3.3.2 磁性及磁场 每个磁体都有一对磁极即N极和S极，而且即使把磁体分割成无数小磁体，每一个小磁体同样存在N极和S极。磁体周围空间存在有力的作用，我们称磁场，以磁力线形象描述磁场，磁力线密度的大小表示了磁场强度的强弱。1.3.3.3 铁磁性材料的磁化特性,1无损检测基本知识,铁磁性材料的特性 铁磁性的研究表明，铁磁性物质系由极多微小区域构成，在这小区域内，各原子的磁化方向一致，因此，该小区域具有相当的磁性，此种自发磁化区域称为磁畴。当外磁场不存在时，铁磁性材料中磁畴方向紊乱，对外不呈现磁性。而在外磁场作用时，各个磁畴排列趋向一致，从而产生附加磁场，由于附加磁场与磁场的方向一致，故总的磁场强度大大加强。有：B=H（1）,1无损检测基本知识,磁滞回线 描述铁磁性材料常使用B-H曲线，而把循环交变过程的B-H关系曲线称做磁滞回线。,不同的磁性材料其磁滞回线是不相同的，通常很难以磁化，剩磁强而矫顽力高的材料，称为硬磁材料，磁带回线表现为形状肥大，所包围的面积大，磁化时所消耗的功也多。而易于磁化、剩磁低、矫顽力也低的磁性材料称为软磁性材料，其磁滞回线则表现为形状狭窄，包围的面积小，故磁化消耗的功也就少。所以对于不同的磁性材料，由于具有不同的磁学特性，所以应该采用不同的磁化方法进行磁粉检测。,钢铁材料的磁性质，与其结晶结构有很大关系；如面心立体晶格的铁（奥氏体）就没有磁性，而体心立方体晶格的铁则具有磁性。因此磁粉检测不适于奥氏体材料的检测。,1无损检测基本知识,1.3.3.4 磁粉检测原理 缺陷的漏磁场 铁磁性材料的磁导率（）比一般材料大很多，故当铁磁性材料被磁化，其磁感应强度B达到磁饱和。相当于单位面积内穿过的磁力线很多，如果试件里有缺陷存在且缺陷的方向与磁力线近于垂直时，将明显地改变磁力线在试件缺陷附近的分布。这是由于缺陷（如裂纹、非金属杂物等）大都是非磁性物质，其磁导率远小于铁磁性材料的磁导率。,1无损检测基本知识,在外界磁化条件相同的 情况下单位面积上能穿 过磁力线要比铁磁性材 料少得多，而磁力线又 是连续的，所以磁力线 在通过缺陷时发生弯曲，部分磁力线则逸出试件表面，在缺陷的两边分别形成N极和S极，形成漏磁场，见上图所示。,1无损检测基本知识,缺陷漏磁场的检出 漏磁场的检出有许多方法，有磁带、磁记录仪、霍尔元件及磁粉等，简便而有效的常规方法是磁粉法。磁粉通过适当的方法施加到工件受检表面后，在缺陷形成的漏磁场处聚集，形成磁痕，使缺陷被显现、放大。影响漏磁场的因素（工艺要求的解释）a外加磁场强度越大，则形成的漏磁场的磁感 应强度也越大。,1无损检测基本知识,b材料的磁导率越高，工件超易被磁化，因此，在一定条件外加磁场强度下，材料的磁导率越高，漏磁场磁感应强度也越大。c当缺陷的延伸方向与磁力线的方向垂直，缺陷阻挡磁力线穿过的面积最大，形成的漏磁场磁感应强度也最大。漏磁场的磁感应强度随着缺陷的方向与磁力线的方向自垂直逐渐减小（或增大）而明显下降。因此，在磁化操作中，通常需要在两个（相互垂直）或多个方向上进行磁化。d缺陷深度越深（即缺陷自身高度越高）、宽度越大，则漏磁感应强度就越大。e随着缺陷的埋藏深度增加，漏磁场显著变小。,1无损检测基本知识,1.3.4 渗透检测 渗透检测是一种以毛细管作用原理为基础的检查表面开口缺陷的常用检测方法。一般可分为6种方法，即水洗型荧光法（FA），后乳化型荧光法（FB）、溶剂清洗型荧光法（FC）、水洗型着色法（VA）、后乳化型着色法（VB）及溶剂清洗型着色法（VC）。（注：JB/T4730.5已采用了新的代号方法和分级）,1无损检测基本知识,渗透检测可以检查各种表面缺陷，例如裂纹、折叠、气孔、疏松和冷隔等，不仅可检查黑色及有色金属的铸件、焊接件及锻件，还可以检查陶瓷、塑料及玻璃制品等。它不受材料的组织结构和化学成分的限制，也不受缺陷形状和尺寸的影响。但渗透检测也有局限性，如不适于多孔材料，表面太粗糙时，易造成假象，降低检验效果。,1无损检测基本知识,1.3.4.1 毛细现象 当把很细的玻璃管一端插入装着水的容器中，由于水能湿润管壁，所以可以看到水在这根管子里上升，水面呈凹面，并且高出容器的水面。管子的内径越小，它里面的水面也越高。反之，水银不能湿润管壁，液面呈凸面。见图（1）。而插入像水银这种不润湿液体的情况正好相反。,1无损检测基本知识,见图（2）。实际检测中，渗透液对受检工件表面缺陷的渗透作用，本质上就是液体的毛细作用。图（1）图（2）,1无损检测基本知识,1.3.4.2 渗透检测的基本原理 渗透检测的基本原理是：加有染色剂的渗透液在毛细现象的作用下，渗入到表面开口缺陷中；在去除其表面多余渗透液后在将显像剂（主要成分：锌白粉）施加到工件表面，同样是在毛细现象的作用下，缺陷中的渗透液回渗到显像剂形成的膜中，使缺陷显现、放大。,1无损检测基本知识,其在过程可由下图表示。虽然以不同的清洗和显象方式组合出了多种方法，但总是按照：清洗渗透去除干燥显象检验六个步骤进行的。,1无损检测基本知识,1.3.4.3 磁粉与渗透检测特点的比较,1无损检测基本知识,1.3.5 涡流检测 涡流检验是广泛应用于导电材料检验的一种方法。与其他检测方法相比，具有它的独特之处，目前主要应用于钢管、型材以及有色金属领域。1.3.5.1 涡流的产生与检验原理涡流的产生 导体内的电流实质是导体内电子做的定向运动。而电子的定向运动可以由磁场感应产生，导体内的自由电子受到磁场的作用力而发生运动，,1无损检测基本知识,其运动方向受交变磁场的方向变化而不断发生改变，因而，电子不断受交变磁场的作用后发生方向随之改变的运动，这就导致了涡流的产生。这就相当于二级线圈间的电磁感应而将次级线圈由工件代替的情况，因此，可以看出，产生涡流的条件有二点：一是要有一个交变磁场可以由交变电场感应产生；二是受激材料应是电的良导体（即有自由电子）。,1无损检测基本知识,涡流的分布特点 当交流电流通过圆柱体时，横截面各处的电流密度并不一样，表面的电流密度最大，越到圆柱体中心就越小，这种现象称为趋肤效应。同样，试件厚度上涡流的分布也遵守这一规律，越是趋于试件的表面，涡流的密度越大。同时涡流检测的灵敏度与涡流密度有关，密度越大，检测灵敏度就越高，这也就是涡流检测主要适用于导体表面和近表面的道理。,1无损检测基本知识,涡流检验的原理 试件中的涡流是由得到交变电流激励的检测线圈在试件周围形成激励磁场而感应产生的，同时，涡流又产生自己的磁场，其方向正好与激励磁场相反，总是企图削弱和抵消激励磁场的变化。而涡流磁场包含了试件各种参数的信息（形状、尺寸、缺陷等），因此二磁场叠加后，使线圈的阻抗发生了变化，通过测量线圈阻抗的变化，就可以得到试件性能好坏情况。,1无损检测基本知识,1.3.5.2 涡流检验特点 与其他方法相比，有许多不同处，主要有：涡流检验只适于导电材料，这是因为只有导电材料才能产生涡流。由于涡流检验是通过检测导电试件内涡流流动、分布及变化来分析试件，因而，涡流检验的实质是检测由各种因素引起的试件导电情况的变化。由于趋肤效应的影响，涡流只能渗入试件表面有限的深度，所以，涡流检测只适用导电材料的表面及近表面检测。,1无损检测基本知识,涡流检验中，无论是激励电磁场传向试件，还是试件中涡流的变化传向探头线圈，都以电磁波形式传递，所以是非接触检测，无需耦合剂，检测速度也非常快，而且适用于高温检测。由于涡流检验实质上是检测试件导电性能的变化，而试件的尺寸、成份，应力以及试件中裂纹、凹坑等缺陷的情况都会导致电导率的变化，所以，涡流检测不仅适用的材料广，而且可检测的试件参数也多，但同时带来了信号处理复杂的问题。,1.3.5.3.检测方法对不同检测对象的适应性,内部缺陷 检测方法 射线检测 超声检测 分层 疏松 缩孔 裂纹 未熔合 未焊透 夹渣 气孔 白点 很适用，适用，有附加条件适用，不适用,2法规、标准中有关无损检测要求,常用的法规、标准文件有：1.压力管道安全监察规定 2.GB50235工业金属管道工程施工及验收规范 3.GB50236现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范 4.SH3501石油化工有毒、可燃介质管道工程施工及验收规范 5.CJJ28 城镇管网工程施工及验收规范 6.CJJ33 城镇燃气输配工程施工及验收规范,2法规、标准中有关无损检测要求,常用的法规、标准文件有：7.特种设备无损检测人员考核与监督管理规则8.JB/T4730.1 4730.6承压设备无损检测9.GB/T3323钢熔化焊对接接头射线照相及质量分级10.GB 11345 钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果的分级11.在用工业管道定期检验规程12.其它，如：GB/T12605钢管环缝熔化焊对接接头射线及质量分级等。,上述规范、标准表明当前的压力管道体系有如下关系：,长输管道(GA)对应的施工验收规范-SY系列石油天然气、原油管道验收规范，引用的无损检测标准以GB/T3323、GB11345为主；公用管道(GB)对应的施工验收规范CJJ系列城镇燃气输配、管网验收规范，引用的无损检测标准以GB/T3323、GB11345或GB/T12605工业管道(GC)对应的施工验收规范GB、SH系列工业管道验收规范，引用的无损检测标准为GB/T3323、GB11345或GB/T4730。,GB50235管道焊缝无损检测要求,应进行100%检测的管道,GB50236管道焊缝验收要求,GB50236管道焊缝验收要求,GB50236管道焊缝验收要求,2法规、标准中有关无损检测要求,JB/T4730承压设备无损检测简介JB/T4730.14730.62005 承压设备无损检测包括6个正文部分，自2005年11月1日起执行。其中：1 JB/T4730.1 通用要求 2 JB/T4730.2 射线检测 3 JB/T4730.3 超声检测 4 JB/T4730.4 磁粉检测 5 JB/T4730.5 渗透检测 6 JB/T4730.6 涡流检测,JB/T4730承压设备无损检测简介,标准特点：适用范围大，包括锅炉、压力容器及压力管道；适用性强，从原材料管、板，锻件、焊接接头到复合板及堆焊层；包含的材料广，从碳素钢、低合金钢到奥氏体不锈钢；镍、铜、钛、铝及其合金等；对新方法的运用采用案例开放方式；检测技术按照要求不同实行分级：超声检测焊接接头分为A、B、C三个检测级别，射线检测技术等级分为A、AB、B三个检测级别。,JB/T4730承压设备无损检测简介,2 JB/T4730.2 射线检测。满足：A.承压设备熔化焊对接焊接接头射线检测质量分级 适用于2400mm，碳素钢、低合金钢、奥氏体不锈钢等；280mm铜及铜合金；280mm铜及铜合金；250mm钛及钛合金等；B.承压设备管子及压力管道熔化焊环向对接接头射线检测质量分级,JB/T4730承压设备无损检测简介,3 JB/T4730.3 超声检测，满足：A.承压设备用原材料和零部件的超声检测；B.承压设备熔化焊焊接接头超声检测和质量分级；C.承压设备管子和压力管道环向焊接接头超声检测和质量分级；D.在用和质量分级超声检测；,JB/T4730承压设备无损检测简介,4 JB/T4730.4 磁粉检测 适用于碳素钢、低合金钢的铁磁性材料的锻件、焊接接头及元部件等、在用承压设备磁粉检测；5 JB/T4730.5 渗透检测 在用承压设备渗透检测；6 JB/T4730.6 涡流检测 铁磁性钢管涡流检测；非铁磁性金属管材涡流检测；在用铁磁性钢管的远场涡流检测；在用非铁磁性管涡流检测；,3设计、工艺文件要求原则,（1）法规、标准规定的有关无损检测要求在设计工艺文件中应予明确；（2）在设计、工艺文件中应充分考虑无损检测方法的可实施性：材料特性 工艺特性（例：底层焊接）施工特性（例：固定焊口）,3设计、工艺文件要求原则,（3）无损检测方法的选择应充分考虑其适用性：检测方法特点 产生缺陷种类（例：根部未焊透）施工条件及环境（例：x射线）（4）检测成本控制,谢谢大家！,