对厚壁压力容器超声波周向检测工艺的分析

　　随着现代化工行业的快速发展, 企业大量采用高温高压的厚壁压力容器, 如高压水晶釜、高压蓄能器等。这类厚壁容器长期在高温高压的环境下工作, 很容易产生应力裂纹, 以及原始保留缺陷的扩展。从应力角度分析,一个圆筒压力容器的周向应力为轴向应力的两倍, 所以纵向更容易失效, 故要加大对纵向缺陷的准确检测。本文主要介绍采用超声波方法, 从内、外壁对壁体内部缺陷的准确定位计算, 以及几何尺寸对超声波探头 K 值选择的影响等。

　　1 外圆周向检测

　　如图1所示, 外圆周向探测圆柱曲面时, 缺陷的位置由深度H和弧长来确定, 显然H、与平板中的缺陷深度d和水平距离m是有较大差别的。

　　图1中:

　　AC=d(平板工件中缺陷深度)

　　BC=dtgβ=kd=m(平板工件中的缺陷水平距离)

　　从而可得:

　　通过上述公式, 如果选入一组数值代入计算, 可以看出当探头从圆柱曲面外壁做周向检测时, 弧长 总比水平距离m值大, 但深度H却总比d值小, 而且差值随d值增加而增大。

　　2 内壁周向探测

　　如图2所示, 内壁周向探测圆柱曲面时, 缺陷的位置由深度h和弧长来确定, 这里h和与平板工件中缺陷深度d和水平距离m是有较大差别的。

　　图2中:

　　AC=d(平板工件中缺陷的深度)

　　BC=dtgβ=Kd=m(平板工件中缺陷的水平距离)

　　从而可得:

　　通过上述公式, 如果选入一组数值代入计算, 可以看出当探头从圆柱曲面内壁做周向检测时, 弧长 总比水平距离m小, 但深度H却总比d值大。 

　　3 最大探测壁厚与探头K值的选择

　　如图3所示, 当用横波从外圆周向内探测筒体工件时,对于每一个确定的K值探头, 都有一个对应的最大探测厚度。当波束轴线与筒体内相切时, 对应的壁厚为最大探测厚度Tm。当工件厚度大于Tm时, 波束轴线将扫查不到内壁。不同K值探头最大探测壁厚Tm与工件外径D之比Tm/D可由下述方法导出:

　　如果要对整个壁体进行100%的纯横波检测, 必须满足β≥βmin, 而:

　　所以:

　　上述公式中: Tm为探测的最大壁厚; D为工件外径;K 为探头的K值; βmin为纯横波探伤时的最小折射角;CS2表示钢中横波的声速; CL2表示钢中纵波声速。

　　由上述公式可知, 探头的 K 值愈小, 可探测的最大壁厚就愈大, K 值愈大, 可探测的最大壁厚就愈小。当K值取最小值时, 对应的可探测壁厚最大。从理论上讲,K=0.65时, 可探测的壁厚最大为Tm/D=0.2262, r/R=0.5476。由于这时的横波声压往复透射率低, 容易漏检,因此, 实际探伤中K值往往选得大一些。例如我国一般的焊缝超声波探伤标准规定K值为1.0。可探测的最大壁厚与外径之比Tm/D=0.1465, 内外半径之比r/R=0.7071。但由于随着r/R接近临界值, 将会产生表面波,使声程偏差急剧增大。考虑到缺陷定位、定量的准确性,故一般把筒体可探测的内外半径范围定为r/R≥80%。