压力容器检验师培训压力容器检验测试技术课件

1、压力容器检测试验技术 杭州市特种设备检测院 夏福勇 高级工程师 高级检验师 压力容器检验最重要的内容是对容器的整体和局部进行一系列检测和试验，这些检测和试验中，有些属于应会项目，即由压力容器检验人员亲手操作或亲自主持完成的项目，例如 宏观检查、几何尺寸测量、测厚、现场硬度测定、耐压试验、气密试验等； 有些属于应知项目，即委托有关专业技术人员来完成的项目，例如 金相试验、硬度试验、化学元素分析、力学性能试验、无损检测等。对于前者，压力容器检验人员应熟练掌握应用。而对于后者，则要求了解其基本原理、实施方法、工艺要点、适用范围与不适用场合、优点和局限性。这样才能在压力容器检验中，针对压力容器状况、现

2、场条件、可能产生缺陷的性质来正确地选择检测项目和方法，综合各种的检测和试验结果，最终对压力容器安全性能作出全面、准确的评价。6.1 压力容器宏观检查与测量技术 宏观检查的方法简单易行，可以直接发现容器内、外表面比较明显的缺陷，快速获得容器的总体质量印象，从而为下一步其他检验内容，包括检测项目、方法、比例、部位的选择和实施提供依据。 宏观检查包括目视检查和几何尺寸测量。容器的几何尺寸测量包括容器本体和受压元件的结构尺寸、形状尺寸、缺陷尺寸、以及厚度尺寸等。其中厚度测定需要使用超声波仪器，其余项目则是根据需要使用各种不同的手工量具进行检查，所以又称量具检查。 几何尺寸测量又可分为整体几何尺寸测量和

3、局部几何尺寸测量两类。前者对容器的主要几何尺寸进行检测，通常是在容器组装过程中或制造接近完工阶段的规定验收项目；而后者则是在目视检查的基础上进行的定量测量，目视检查是一种定性检测，对目视检查发现的弯曲、变形、凹陷、鼓包、腐蚀、沟槽、焊缝表面气孔、弧坑、咬边、裂纹等缺陷需要进行定量，以确定缺陷的严重程度。简单的量具检查方法包括用平直尺检查直线度、用弧形样板检查弧度、用游标卡尺或塞尺测量沟槽或腐蚀坑的深度、鼓包的高度、用卷尺测量圆周长计算筒体直径等等。6.1.1目视检查 目视检查是指检验人员用肉眼对容器的结构和内、外表面状态进行检查，通常在其他检验方法之前进行。目视检查包括判断容器结构与焊缝布置是

4、否合理；有无成形组装缺陷；容器有无整体变形或凹陷、鼓包等局部变形；容器表面有无腐蚀、裂纹及损伤；焊缝是否有表面气孔、弧坑、咬边、裂纹等缺陷；容器内、外壁的防腐层、保温层、衬里等是否完好，等等。 肉眼能迅速扫视大面积范围，获得直观印象，并且能够察觉细微的颜色和状态的变化，是其它检查方法无法替代的。目视检查时，一般采用先看结构后看表面，从整体到局部，从宏观到微观的检查次序。 对肉眼检查有怀疑的部位，可用510倍放大镜进一步观察。 为了能有效地观察到器壁表面变形、腐蚀凹坑等缺陷，可用手电筒贴着容器表面平行照射，此时容器表面的微浅坑槽能清楚地显示出来，鼓包和变形的凹凸不平现象也能够看得更加清楚。 对无

5、法进入的容器，无法接近或无法直接观察的狭窄部位，可以利用反光镜或内窥镜进行检查。 锤击检查也是一种常用的辅助方法，根据锤击时所发出的声响和小锤弹跳程度的手感来判断该查部位是否存在缺陷。6.1.2 筒体几何尺寸测量1. 错边量与棱角度的测量 通常可采用焊规、焊缝检测尺、样板尺、取形规等工具测量错边量与棱角度。 焊规测量时，将焊规的基准面靠平在被测焊缝的一侧，滑动尺靠上检测焊缝的另一侧，读出滑动尺的数据。如果检测环向焊缝，焊规必须与容器的轴向平行，垂直于容器的环向中心切线，如图6.1-1。如果检测的是纵向焊缝，焊规必须与容器的环向切线平行，垂直于容器的轴向中心切线，如图6.1-2。需要注意，检测纵

6、向焊缝时，由于焊规基准面为一平面，在曲面上很难或不太好靠平，特别是容器直径较小的焊缝对接缝，有经验的检验员一般采用左右两边测量，测得的两个数据进行对比，来判定其错边量数值。不难看出，焊规测量纵向焊缝错边量的测量误差较大。 图6.1-1 焊规检测环向焊缝 图6.1-2 焊规检测纵向焊缝图6.1-3 焊缝检查尺检测纵向焊缝 图6.1-4 样板尺检测纵向焊缝采用焊缝检测尺来测量错边量与棱角度的精确度要高一些。如图6.1-3。 焊缝检测尺测量时先将焊缝尺的两基准点（支脚）调整到所需的容器直径刻度上，将检测尺平行于容器的环向切线，垂直于容器轴向中心线，检测尺滑动时，在对接焊缝的两边各测一点，测得的两次数

7、据之差，为该纵向对接焊缝的错边量数值。图6.1-5 样板R检测完工的纵焊缝样板尺测量错边量与棱角度见图6.1-4。图6.1-5为样板尺测量完工的纵向对接焊缝。 图6.1-5 样板R检测完工的纵焊缝2. 直线度的测量 直线度控制对立式塔器特别重要。容器制造时直线度的控制分两部分进行： 一是容器筒体组对后焊接前，对筒体的直线度进行第一次检测。 二是在容器筒体组焊之后，进行校核检测以保证容器直线度在标准允许的范围之内，通常的检测方法如下： 在筒体上确定个对称检测基准点，一般选在是0、90、180270需要注意的是测量数据的准确性与基准点的选位有关，设备筒节组对后时，直线度不规则，母线不容易找准，因此

8、对组对之后的筒体通常需要使用校核模板来确定基准点，找出母线，。母线端点图6.1-6 模板确定筒体轴线 对筒体的长度超过20M的超长型容器，用纲丝测量直线度有一定困难，钢丝拉紧之后存在一定挠度，挠度越大，测量精度越差。检测超长型设备应采用较为先进的水准仪和经纬仪。检测基准点与纲丝绳测量法相同，只是增加了数据换算过程。 另提请注意的是，GB15089规定测量点位置应离A类焊缝中心线100mm，但同样，离B类焊缝也应100mm，以免将错边量和棱角度数据叠加在不直度数据之中。有经验的检验员通常把检测点定在每一节筒体的1/2长度处，这样较为合理和准确。 GB150标准规定压力容器壳体的直线度允差为壳体长

9、度的1，当直立容器长度超过30M时，其筒体的直线度允差应符合JB4710的规定。 JB4710是钢制塔式容器专用标准，该标准对直线度允差为：任意3000mm长圆筒段偏差不得大于3mm，圆筒长度L小于等于1500mm时，偏差不大于L/1000，长度L大于1500mm时，偏差不大于0.5L/1000+8。根据JB4710要求，检测时，每3000mm必须测量一点，否则满足不了标准要求。3. 最大最小直径差测量 测量筒体平均直径最简便的方法是使用卷尺量出筒体周长，然后除以。 需要测定筒体最大或最小直径,对单节筒体的直径测量可使用卷尺，通常情况下是测量筒节两端面。检测时将卷尺的端点靠紧筒体一侧，另一侧的

10、测量者将卷尺在圆弧方向左右滑动，读出卷尺与筒体切线的最大值，检测点越多，越能真实反映筒体的圆度。 组对之后及开孔组焊接管的筒体，检测时则采用内径千分尺和内径套筒尺来测量。内径千分尺检测手法很重要，如果掌握不好，会产生数据失真，具体方法如图6.1-8：首先将内径千分尺的基点定位，不可位移，测量端靠上筒体的另一面，不要锁住定位器，沿着筒体的圆弧方向，左右滑动如图6.1-8（a），读出最大数值时，内径千分尺延着筒体的轴向方向左右滑动，如图6.1-8（b），读出这时的最小值，这就是该检测点的实际尺寸，以此方法测量若干点，算出同一截面最大、最小差值。 GB150标准对最大内径与最小内径差e的规定是：Dm

11、axDmin（同一截面）不大于内径（Di）的1%，且不大于25mm（对锻焊容器1）。 当被检断面位于孔中心一倍开孔内径范围内时，则该断面应Dmax-Dmin应不大于内径（Di）的1%（对锻焊容器为1）与开孔内径的2%之和，且不大于25mm。 GB15151规定，同一断面上最大直径与最小直径之e0.5%DN，且DN1200mm时其值不大于5mm,且DN1200mm时其值不大于7mm图6-1.8 筒体直径的测量 需要注意的是，最大直径与最小直径的检测，必须避开焊缝边缘至少100mm。因为纵、环焊缝焊接产生的棱角度会影响最大直径与最小直径的数据精度。有经验的检验人员通常把重点检测部位选在人孔和大接管

12、截面，因为大接管与筒体组焊之后产生较大的焊接变形。6.1.3 封头形状的检测 实际压力容器封头存在与设计形状之间的偏差，由于这些偏差的存在，在整个封头直径范围内将会使封头生产附加弯曲应力，它将导致封头的局部区域产生屈服。封头的形状偏差控制，也是压力容器检验中的重要环节。 1. 封头最大直径与最小直径测量测量 封头的直径差DmaxDmin可使用卷尺和盘尺，有条件的工厂可以使用内径千分尺和内径套筒尺。正确的方法，将卷尺或内径千分基点、靠紧封头内壁或外壁的一端，测量端延着园弧方向左右滑动，读出最大切点数值，标准中没有确定测量点数、一般情况应测量4-8个点。一般封头直径差不超过为封头内径1%，最大不大

13、于封头内径的1.25%。2. 封头几何形状（曲率）的检测 一般使用内样板检查椭圆形、碟形、球形封头内表面的形状偏差。按GB150-98规定，样板弦长应等于封头内径的3/4Di。检测前标好各测量点沿直径方向位置，样板放入封头内时，可用粉线校正，位置如图6.1-9，样板必须垂直于被检测表面，而后用直尺或塞尺读出最大间隙数值，以此方法反复测量几点，读出最大间隙数值。 碟形及折边锥形封头，过渡区转角半径不得小于图样的规定值（样板检查），封头直边部分的纵向皱折深度应不大于1.5mm（用圆弧样板靠后，塞尺检查）。 图6.1-9 用样板测量封头几何形状偏差6.1.4 压力容器的组对装配检验 压力容器的组对、

14、装配指将该容器的全部组成零部件通过下料、成型、组对、组装、焊接、机加工、螺栓连接等方法形成一个符合图纸要求的整体压力容器全过程。1. 塔式压力容器的组对装配检验 由于塔式压力容器的特殊性，一般组装顺序如下：容器筒节成型、组对接管方位的划线、开孔组对、组装接管、人孔等裙座的组对、端盖的装配塔盘及内件组装。 容器筒体组对的一般作法是：根据塔式容器的长度尺寸及工厂厂房和起吊设备的条件，将筒体分为24段分段组对。每一段组对时，采用立式组对最为合理和方便（也可采用卧式组对方法）。将最上一节筒节（或封头、端盖）吊起与第二节筒节组对，以此类推，直至该段筒体组对完毕。立式组对整体设备的直线度、错边量、组对间隙

15、的调整较为容易和方便，工人的操作条件也比卧式组对好。 组对时，相邻筒体的纵缝（A类焊缝）应错开筒体厚度的3倍，且不小于100mm。 注意筒体筒节0。、90。、180。、270。四个轴线应在组对之前画出。筒体分组焊后进行整体合拢。整体合拢通常采用卧式组对法,一般情况下，先控制上下两个基准线的直线度，固定好两点，再调整两侧基准线的直线度。 合拢缝的组对间隙很难保证处处相等。由于间隙大小不一焊接收缩不一样，有可能影响直线度。 在组对焊接之后的整体设备上划线开孔，只能在最下一节筒体上设定基准线用于标高，有经验的检验员在筒体组对之前就已经将基准线划好，通常距端面100mm为宜，不管是裙座组对还是设备接管

16、孔开孔都只能以此为基准。对于接管开孔，可以四条基准线为起点按夹角度数和筒体的实际周长计算出弧长为避免孔开在焊缝上而造成无损探伤量增加，每一节筒体的焊缝布置在远离焊缝的位置上。2. 卧式压力容器的组对装配检验 卧式压力容器的组装检验与前面的立式压力容器大致相同，所要注意的是筒体的环缝尽量避开被支座及支座护板所覆盖的范围，也就是说避免筒体纵缝置于设备下部140范围以内，以免被覆盖，引起额外的无损探伤的要求。同样，焊缝避开支座及接管位置也应在组对之前考虑，通过焊缝排版妥善安排。 卧式压力容器鞍座组对时，一定要注意固定支座与滑动支座关系，测量基准只能以固定支座为准。固定支座与滑动支座的几何尺寸超差（或

17、搞反方向）是卧式容器制造中时常发生的问题。3. 换热器的组对装配检验 换热器组对装配的顺序大致如下：筒体组对筒体与容器法兰对或筒体与管板组对管束组装管束与筒体组装等工序。 筒体的组对次序与前述同，关键是管束的装配。通常的组装方法是首先将一端的管板加以固定，可以采用吊垂线的办法将管板放正，调整好中垂线，而后按图样要求，组装隔板，通常隔板钻孔时是采用一台设备的所有隔板重叠固定后一次性划线钻孔，所以组装隔板时，必须依照重叠的原方向，层数顺序依次组装，不得改变方向和层数顺序，否则换热管难以顺利穿入，严重时可能造成换热管的外壁损伤。换热管穿好后，在组装另一端的管板时，两管板的中垂线必须一致，最有效的方法

18、是吊垂线。6.1.5 压力容器焊缝外形尺寸测量 焊缝的外观质量包括焊缝表面缺陷、成形形状和尺寸。通常需要检验员测量的缺陷和形状尺寸有以下几种。（1）焊缝的咬边（2）焊缝的余高（3）表面弧坑和飞溅物，一般采用目测的方法检验，对于要求较高，例如尿素级筒体焊缝，对于飞溅的检测有时采用手摸，用手感来找出飞溅处，加以消除。 焊缝的咬边和余高一般采用焊规和焊缝检测尺和深浅尺来测量，测量方法如下：采用焊规则量时，将焊规的基准面靠在焊缝边缘的筒体一侧，滑动尺伸进咬边外，直接读出数值，深浅尺的操作方法与焊规相同。 值得提醒注意的是，筒体纵向焊缝咬边和余高检测时，由于筒体基准面为一圆弧形，焊规及深浅尺的基准面又是

19、一个平面，这就造成了检测时的不准确，这时可采用焊缝错边量棱角度检测尺来测量，这时读出的数据较为准确，检测时，检测工具必须与筒体的环向或轴向垂直才能够测量准确。 咬边不仅削弱了焊缝的承载截面积，更重要的是产生结构不连续而引起应力集中。高强度钢容器、承受交变载荷的容器、厚度较大的容器和低温下使用的容器都必须对焊缝的咬边严加控制。GB159-98有明确的规定，用于标准抗拉强度下限时值b540 Mpa的钢材及Cr-Mo低合金钢和不锈钢材制造的压力容器及焊接接头系数取为1的容器，其焊缝表面不得有咬边，其它容器焊缝表面的咬边深度不得大于0.5mm，咬边连续长度不得大于100mm，焊缝两边咬边的总长不得超过

20、该焊缝长度的10%。：焊缝的余高虽然不会减少承载截面积，但它明显构成了结构的不连续，在焊趾处产生应力集中。在交变载荷下，可能产生疲劳裂纹。低温压力容器也会因余高导致脆性开裂。 C、D类接头的焊脚在图样无规定时取焊件中较薄者之厚度，补强圈的焊脚，当补强圈的厚度不少于8mm时，其焊脚等于补强厚度的70%且不小于8mm，焊脚高度测量见图6.1-10。 图6.1-10 焊脚高度的测量6.1.6 测厚 厚度测量是压力容器检验中最常见的检测项目。由于容器是闭合壳体，测厚只能从一面进行，所以需要采用特殊的物理方法，最常用的是超声波。 目前压力容器检验中使用的测厚仪都是脉冲反射式超声波测厚仪，其测厚原理如下：

21、式中 c工件中的波速； t超声波在工件中往返一次传播的时间。1. 脉冲反射式测量仪发展非常快，由于采用集成电路，体积重量大大减小，精度也明显提高，可达0.01mm。2. 测厚仪使用的一般程序（1）测厚仪的校准 每一次测厚前,必须对测厚仪应进行校准。钢中的纵波声速为5900mn/s，仪器中的声速一般按钢的声速设定。校准时，用仪器配置的标准试块测试，调节旋钮使仪器读数与试块厚度一致。然后再对钢铁材料进行测厚。 当对非钢铁材料测厚前，必须进行声速和仪器线性的校准。（2）测厚操作 要求工件表面光洁平整，达不到要求时，要进行打磨。测试时要施加一定的耦合剂。常用的耦合剂有甘油、机油、水玻璃等。测厚时，探头

22、放置要平稳、压力适当。每个测试位置应稍加移动测量两次。当管道中有沉积物，且沉积物声阻抗与工件相差不大时，要先用小锤敲击几下管壁后再测，以免误判。3. 测厚注意事项 （1）声速调节和仪器线性 对配有“声速调节”和“延迟调节”的测厚仪，应注意仪器设定的声速值应与试件中传输的声速一致，这样才能保证测厚数据准确。（2）材料晶粒对测厚的影响 晶粒粗大的材料，例如铸钢或铸铁，对超声波衰减很大，普通测厚仪无法使用，得不到读数。解决方法有：使用频率较低、功率较大的专门用于粗晶材料的测厚仪；或使用功率更大的超声波探伤仪来测厚。（3）表面涂层对测厚的影响 表面涂层会影响测厚结果，使测厚读数变大，所以测厚前应将表面

23、涂层去除。如实际情况不允许去除表面涂层，则应作对比试验，以确定涂层引起的厚度增加值。（4）特殊条件下的测厚 压力容器检验中的特殊条件下的测厚包括：特殊试件，例如复合材料；特殊尺寸，例如大厚度工件；特殊条件，例如高温下的测厚。 对复合材料测厚，需要制做与复合材料的材质、结构相同的专用试块，用超声波探伤仪进行测厚，无论是堆焊复合还是爆炸复合，均可获得满意的结果普通测厚仪最大量程为199mm，对厚度超过200mm 的工件无法测量，这时候可用超声波探伤仪进行测厚。 当温度在80度以下时，使用普通测厚仪没有问题；温度在80度以上，100度以下时，如果是短时间操作，测量少数点，仍可用普通测厚仪。长时间工作

24、或更高温度，应采用专用高温探头和高温耦合剂。6.2 压力容器理化测试6.2.1 压力容器检验中的硬度检测1. 压力容器检验中常用硬度试验方法（1）布氏硬度 HB 布氏硬度试验方法是把规定直径的淬火钢球（或硬质合金球）以一定的试验力F压入所测材料表面,保持规定时间后,测量表面压痕直径d，由d计算出压痕表面积A，布氏硬度值 HB = F / A。 按照压头种类，布氏硬度值有两种不同表示符号。淬火钢球作压头测得的硬度值用HBS表示，硬质合金作压头测得的硬度值用HBW表示。 布氏硬度试验方法主要用于硬度较低的一些材料，例如经退火，正火，调质处理的钢材，以及铸铁，非铁金属等。 布氏硬度压痕较大，对薄工件

25、或精密制成品表面，这种损伤可能是不允许的，但对压力容器表面则没有什么妨碍。压痕大的一个优点是消除微观组织不均匀造成的影响，测试数据离散性小，测试结果是受压区域的平均值，比较可靠。 布氏硬度试验机型式有台式和便携式两种。台式试验机精度高。便携式锤击布氏硬度计价格低、体积不大、可携带至现场使用，由于是人工操作，检测速度较慢。（2）洛氏硬度 HR 洛氏硬度是采用测量压痕深度来确定硬度值的试验方法。为了满足从软到硬各种材料的硬度测定,按照压头种类和总试验力的大小组成三种洛氏硬度标度，分别用HRA，HRB，HRC表示。其中HRB使用的是钢球压头，用于测量非铁金属，退火或正火钢等；HRA和HRC使用120

26、金刚石圆锥体压头，用于测量淬火钢，硬质合金，渗碳层等。 洛氏硬度试验适用范围广，操作简便迅速，而且压痕较小，故在钢铁热处理质量检查中应用最多。 洛氏硬度试验在室内试验机上进行，无法在现场使用。由于压痕小，当材料组织不均匀时，测得的数值起伏大，缺乏代表性。（3）维氏硬度HV 维氏硬度主要用于测量金属的表面硬度。它采用正棱角锥体金刚石压头，在一定试验力下在试件表面压出正方形压痕，测量压痕两对角线平均长度来确定硬度值。 维氏硬度适用的硬度范围宽，试验的压痕非常小，可以测出很小一点区域的硬度值，甚至可以测出金相组织中不同相的硬度。主要用于实验室内的显微硬度测量，焊接性能试验中的最高硬度试验就是用维氏硬

27、度计来测定焊缝，熔合线和热影响区硬度的。（4）肖氏硬度HS 肖氏硬度是一种动力试验法。用一个标准冲头（钢球或镶金刚石锥体）从一定高度自由落下，落到被检试样表面，借助试样的弹性回跳起来，根据冲头回跳高度来确定试样的硬度。试样厚度应不小于2mm，表面应平整光洁。测试时硬度计必须垂直放置，应取多次测量平均值作为试样硬度值。 肖氏硬度计体积小，重量轻，操作简便迅速，可用于现场检测。但试验结果精度较低，重复性差，并且受人为因素影响较大；当对试验结果有较精确的要求时，应选用其他硬度试验法。（5）里氏硬度HL 里氏硬度的测量原理是：当材料被一个小冲击体撞击时，较硬的材料使冲击产生的反弹速度大于较软者。里氏硬

28、度计采用一个装有碳化钨球的冲击测头，在一定的试验力作用下冲击试样表面，利用电磁感应原理中速度与电压成正比的关系，测量出冲击测头距试样表面1mm处的冲击速度和回跳速度。里氏硬度值HL以冲击测头回跳速度VB与冲击速度VA之比来表示：HL1000VB/VA。 里氏硬度计体积小，重量轻，操作简便，在任何方向上均可测试，所以特别适合现场使用；由于测量获得的信号是电压值，电脑处理十分方便，测量后可立即读出硬度值，并能即时换算为布、洛、维等各种硬度值。2. 压力容器检验中硬度检测的应用 材料硬度值与其强度存在着一定的比例关系，对钢铁材料来说，其抗拉强度近似等于三分之一的布氏硬度值；材料化学成分中，大多数合金

29、元素都会使材料的硬度升高，其中碳对材料硬度的影响最直接，材料中的碳含量越大，其硬度越高，因此硬度试验有时用来判断材料强度等级或鉴别材质；材料中不同金相组织具有不同硬度，一般来说，马氏体硬度高于珠光体，珠光体的硬度高于铁素体，铁素体的硬度高于奥氏体，故通过硬度值可大致了解材料的金相组织、以及材料在加工过程中的组织变化和热处理效果。加工残余应力与焊接残应力的存在对材料的硬度也会产生影响，加工残余应力与焊接残余应力值越大，硬度越高。正因为影响材料硬度的因素较多，工程上硬度检测的应用也较多，压力容器检验中硬度检测的应用概括如下：（1）对于一般的碳素钢、低合金钢制压力容器，当材质不清或有疑问时，可通过测

30、定硬度，并根据硬度与强度的关系，近似求出材料的强度值。常用的一个换算公式：=3.28HV-221（适用于母材）；另一公式为=3.55HB（适用于HB175的材料）（2）压力容器焊接性试验中检测焊接接头断面的母材、焊缝和热影响区的硬度，据此判断材料的焊接性和工艺的适用性的方法称最高硬度试验法。例如用最高硬度法评价材料的焊接性和工艺的适用性时，要求16MnR的HV390；15MnVR的HV400（3）现场经常通过检测母材、焊缝和热影响区的硬度，判断焊接工艺执行情况和焊接接头质量。（4）压力容器进行局部或整体热处理后，通过对焊缝金属、热影响区及母材进行硬度测定，检查热处理效果，判断焊缝接头的消除应力

31、情况。例如现场组焊的压力容器，整体热处理后焊缝金属和热影响区的硬度值要求不大于母材的120%（碳素钢）或125%（合金钢）（5）低合金钢制压力容器焊接返修时，对返修部位进行硬度测定，检查返修补焊工艺的可行性及焊接质量。（6）压力容器使用过程中，由于压力、温度、介质等工况条件的影响，在用检验中，当怀疑有脱碳时，应对可疑部位进行硬度测定。（7）压力容器在高温下长期使用后，有可能引起渗碳、渗氮、硫化、钒化及石墨化等现象。使材料的硬度改变。在用检验时，应选择适当部位进行硬度测定。（8）高强度钢压力容器在用检验中，应进行硬度检测，了解焊接接头是否有淬硬组织。（9）在应力腐蚀环境中使用的压力容器，在制造或

32、在用检验中应进行硬度检测，以判断应力腐蚀倾向。例如，要求湿硫化氢应力腐蚀环境中的碳钢HB200；合金钢HB235；液氨储罐材料临界硬度为HV210。（10）压力容器的主要附件，例如螺栓、螺母等，当材质不清或热处理状态不明时，可通过测定硬度加以判断。3. 在用压力容器检验中的现场硬度检测（1）影响测试精度的因素： 试件的预处理。试件的被测表面必须露出金属光泽，平整、表面粗糙度Ra值应达到2um。 被测表面应清洁、不得有油污。 曲面工件测试。曲率半径R小于30mm的试件在测试时应使用小支承环。 小试件测试时的支承。重量大于5kg的试件，不需要支承。对小于5kg的试件，由于冲击力会使试件移动而导致测

33、试值不准，一般不宜应用。 试件的厚度应大于5mm。当试件为大面积板材时，应在测试点的背面加固或支撑，否则即使厚度较大仍可能因试件变形导致测试值不准。试件本身不得带磁。（2）测试操作要求 测试点选位：两测试点间距应3mm。 放置：应将冲击装置支承环压紧在被测表面， 按动冲击装置释放钮的测试瞬间，应保持工件、冲击装置、操作员身体均处于稳定状态。 （3）工作环境温度：1045。（4）校验：测试前最好先使用标准块对仪器进行校验。（5）数值处理：测试结果应取35次或更多次测试的平均值。（6）检定：每年至少检定一次，检定合格才能继续使用。6.2.2 压力容器材料元素分析1. 材料元素分析目的与方法通常以下

34、几种情况需要对压力容器材料进行元素分析：（1）压力容器制造中的材料复验：为防止材料用错，对材料牌号进行的验证性分析；（2）在用压力容器主体材料不明，检验中欲查清材料种类，对材料的元素种类和的含量进行分析。（3）在用压力容器修理需要补焊，查明材料的成分，以便选用合适的焊材和焊接工艺。 （4）在用压力容器检验中，怀疑材料在运行环境下其内表层成分发生变化，需要分析内表层化学成分，确定是否发生损伤。（5）在用压力容器检验中，有时需要对腐蚀产物进行分析，以确定腐蚀的性质、原因、发展速率，以及对压力容器运行安全的影响。以上前三种是宏观材料材料元素分析，后两种是微区和微量物质的元素分析 钢铁材料元素分析的常

35、用方法有原子发射光谱分析法和化学分析法两种。此外，可用于微区和微量物质的元素分析方法还有扫描电镜、电子探针、离子探针、俄歇能谱仪等。2. 原子发射光谱分析法 目前用于原子发射光谱分析的仪器有三类，一类是看谱分析，使用的仪器是看谱镜，一般用于材料中某项合金元素有无的鉴别；另一类是光电式光谱分析，使用的仪器是数字式光谱分析仪，可进行材料成份的定性定量分析；第三种是荧光光谱分析，也可进行材料成份的定性定量分析。 原子发射光谱分析法原理：利用电弧（或X射线或射线）激发被分析物质的原子，处于激发态的原子的核外电子会发生跃迁而发光，不同的元素的原子结构不同，核外的能级轨道和电子数也不相同，在受外来能源激发

36、后，各自电子发生跃迁的轨道及轨道间的能级差不同，发射的光子波长也就不同，所以各种元素在一定条件下，都具有自身特征的线状谱（也称标识谱）。因此，根据被分析物质所发射光谱的谱线构成和强度，就可以鉴别出该物质所包含的原子种类和数量。（1）看谱分析 看谱分析利用的是可见光范围特征谱，波长大致为390700nm.其优点如下： 应用范围广：对钢、铁、铜、铝及合金等金属材料都能进行分析； 灵敏度高：对大多数元素来说，只要有极少的含量（0.1-10ppm）就可以发现该元素的存在； 不需取样，用便携式看谱镜可以到现场进行分析操作； 不损坏被分析试样，可直接在压力容器半成品或成品上进行检测； 分析费用低，看谱分析

37、不需要大量的贵重化学试剂和其它辅助材料。 最适用于根据某一元素鉴别材料种类的工作，检测速度很快。其缺点如下： 分析有局限性：只能鉴定材料中是否含有特定的某一两种元素，无法对材料中全部元素进行检测分析； 只能鉴定金属元素，不能检测非金属元素； 分析结果受环境条件、操作技术、人眼睛感光灵敏度等因素的影响大； 不能定量分析。只能就某一元素与标准试样比对含量高低，且准确性不高； 对仪器调节操作有一定要求，必须由熟练人员操作。（2）光电式光谱分析 光电式光谱分析是建立在电脑技术和数字电子技术基础上的先进分析方法。光电式光谱分析仪一次激发即可获得全部元素的谱线信息，检测利用紫外-蓝紫光谱范围，波长大致为1

38、70560nm。光信号通过分光、色散、光电转换，变为电信号送入计算机，处理后自动给出被检试样各项元素的含量。比看谱镜更多的优点列举如下： 可获得被分析物质的全部元素的谱线信息，因此能分析各种金属材料， 数十种合金中的全部元素； 光学系统有效波长包括了紫外范围，能检测非金属元素碳、硫、磷等； 采用电脑控制检测分析过程，自动化程度高，检测结果基本不受环境条件、操作技术等因素的影响； 定量分析具有较高的精度。保证每一种元素的每一次分析都采用最佳分析线和最佳参考线，从而获得高精度， 操作简单方便，每次检测前无须对仪器进行调校；检测速度极快（10秒-30秒内完成）； 仪器电脑可存储相当数量的各种元素的谱

39、线构成，可配置多种定量分析模式软件和牌号分级、混料识别模式软件，简化操作，提高工作效率； 电脑可内存几千个测试结果，可打印或输出存储；（3）荧光光谱分析 荧光光谱分析用X射线或射线来激发被分析物质的原子发出荧光X射线，通过识别荧光光谱来鉴别元素种类和数量。由于射线剂量很小，能量也低，对人体没有什么伤害。仪器体积小，重量轻，操作比光谱分析仪更简单方便，对工件形状和表面要求不高。缺点是只能分析原子序数大于钛的元素，因此碳、硅、硫、磷等元素均无法识别。3. 化学分析 化学分析能十分精确地分析出材料中元素含量。缺点是速度较光谱分析法慢。化学分析法在试验室进行。压力容器化学分析需要取样。 材料牌号鉴别的

40、分析试样采集，应注意对取样部位彻底清理，取样方法可采用钻取法:用钻头钻一排浅孔，深度一般不超过23mm。所采取的金属屑量视所分析的元素而异，通常测定碳含量至少需37g。测定锰含量至少需要0.250.5g，测定硅含量至少需要0.54.0g。测定硫含量需要10g，并且要制备2份。测定磷含量最少需要1g ，也需要制备2份。碳素钢一般如需测定以上5种元素，共需试样量20g左右。如果分析的元素增加，试样量也要随之增加。 材料性能劣化鉴定的分析试样采集，应选择最能反映问题的部位，最好切割取样，如不允许破坏工件，则只有钻取或刮取表层物质，收集碎屑送检。 腐蚀性质原因鉴别的试样采集，最好切割取样，同时进行腐蚀

41、产物分析和腐蚀部位形态扫描；如不允许破坏工件，则只需刮取少量物质。 化学分析方法有比色（光度）法、滴定法、重量法、萃取法、燃烧法、气体容量法、电导法、红外线吸收法等等，方法很多。6.2.3 金相检验1. 金相检验目的金相检验是通过观察到金属材料微观金相组织来对材料进行检验的，其应用目的主要有：（1）判断不明材料类别；（2）检验材料质量和热处理状态；（3）检查焊接质量，例如是否有淬硬的马氏体、过热的魏氏组织；（4）检验热处理效果；（5）检测材料晶粒度；（6）检测材料中的微观缺陷，如晶间裂纹、疏松、过烧等；（7）检查长期高温环境下可能发生的材质劣化，例如珠光体球化、石墨化；（8）腐蚀环境下可能产生

42、的晶间腐蚀或应力腐蚀裂纹；（9）高温高压临氢环境下的氢损伤，例如脱碳，氢腐蚀裂纹；（10）在用压力容器的断口金相检验，可以帮助判定腐蚀或断裂的类型，分析容器失效的原因。2. 金相检验的程序和方法 在用压力容器现场金相检验的主要程序是：根据检验的目的选择有代表性的检验点；在检验部位用砂轮打磨出平整的金属磨面，并按顺序用从粗到细不同号的砂布或研磨膏打磨金属磨面；用抛光液或抛光膏将磨面抛光成镜面；根据不同钢种，采用合适的试剂对观测面进行浸蚀，使金相组织显露更清楚。 压力容器的现场金相检验需要采用便携式仪器，包括手提式微型电动抛光器、电解抛光（浸蚀）装置及小的磨光砂轮、可在容器上安放的便携式显微镜等。

43、早期的金相除了直接观察外，还可以采用间接观察方法，即复膜金相来进行检验，通常采用醋酸纤维素膜（即AC纸）制做复型，观察的效果直接取决于复型的好坏，而复型效果在很大程度上又取决于检验点的制样水平，这种观察方法优于直接观察法的地方是观察条件好、观察时间、人员不受限制，可用透射电子显微镜观察并且可以拍摄金相检验照片存档。目前更先进的方法是便携式显微镜与数码相机配合使用，图像存储、复制、观察都比较方便。焊接接头组织的金相图谱过热区（粗晶粒区）正火区（重结晶区）部分相变区母材6.2.4 应力应变测试1、概述 压力容器的应力分析通常采用两种方法，一种是通过理论分析方法，运用材料力学和弹性理论求得应力的理论

44、值，另一种是就采用实验方法，测出构件受载后表面的或内部各点的真实应力状态。 常温下对压力容器加载（通常采用耐压试验）测试器壁的应力称为静态应力-应变测试，可用电阻应变测量法(简称“电测法”)、光弹性方法、应变脆性涂层法和密栅云纹法等方法进行。测试压力容器残余应力可采用X射线衍射法或小孔松弛法。例如测试焊接残余应力通常采用小孔松弛法(盲孔法)，它是根据弹性理论的应力场中局部应变松弛而测得残余应力值，测试时需要在构件表面钻制一个直径与深度相等的盲孔，一般为23mm。2、电阻应变测量法简介电测法是将作为传感元件的电阻应变片粘贴在被测的压力容器表面上，并接入测量电路，当容器受载变形时，应变片的敏感栅相

45、应变形并将应变转换成电阻改变量，再通过电阻应变仪直接得到所测量的应变值。根据应力与应变关系的物理方程，即可将测得的应变值换算成被测点的实际应力值。电测法可以进行大规模的多点应变测量，准确测定压力容器构件表面上任一点的静态到5020千赫的动态应变，还可以利用应变花测得平面应力状态下某些点的主应力大小和方向。但是，此法只能测试容器表面的应力，不能显示容器表面整体应力场中应力梯度的情况。（1）电阻应变片 电阻应变片是一种电阻式传感器，一般由敏感元件、基底、引线、 层和粘结剂组成，其结构如图6.2-1所示。 敏感元件是应变片的核心部分，金属丝式(或金属箔式)应变片由直径0.0120.05mm的金属丝(

46、或厚度0.0020.005mm的金属箔)栅组成敏感栅，多为康铜(即铜镍合金)制成，适用于250以下的静态应变测量。应变片有多种型式，例如在一个基底上只安置一个敏感栅的单轴式和在同一基底按一定角度安置了几个敏感栅的多轴式等。将应变片粘贴在容器表面，贴片处应除去油污、锈斑、涂料、氧化膜、电镀层等，并打磨至粗糙，打磨面积约为应变片面积的35倍。粘贴前还需用丙酮、四氯化碳进行表面脱脂处理，粘贴时应使应变片上的定位十字线与测点处用划针划出的坐标十字线重合。粘合后应进行加温固化或自然干燥固化，并采用100伏以下的高阻表(或万用表)，检查其绝缘电阻，一般应大于100M。应变片与应变仪间的连接导线多用钎焊连接

47、。（2）电阻应变仪 静态电阻应变仪可测量不随时间而变化或变化极缓慢的应变，一般正常工作的压力容器多属此类型。一般静态电阻应变仪都采用零读法。测量时，相敏检波器的输出电流接入检流计，引起指针偏转；调整读数电桥上的可变电阻，使电桥失去平衡，当调整到读数桥输出电压的大小与测量桥的输出电压相同，读数电桥放大器相敏检波器平衡指示器测量电桥振荡器稳压电器相位相反时，则无信号输入放大器，检流计的指针回零，应变仪就将这一调整值刻度为应变值。 一台静态电阻应变仪只有一个测量电桥和读数电桥，仅能进行一点应变测量。如果需要在同一载荷 下进行多点测量，则须配用预调平衡箱或多台预调平衡箱并联组合使用，以便逐点切换进行读

48、数测量。由于各应变片的初始电阻值不同；测量连接导线的长短参差不齐；连接点的接触电阻很难保证一致；高频交流电源分布电容的影响相当显著等因素；很难使测量电桥在工作前保持平衡，且不平衡度有可能大于测量应变的最大值，从而使仪器无法正常工作，所以，必须在加载前利用预调平衡箱将各测点的测量电桥预调平衡。（3）压力容器应变测量的一般步骤拟订测量方案。包括布片方案、加载方案等；实验室准备工作。包括被测容器材料的力学性能，如弹性、泊松系数和强度指标或等；测试仪器、应变片、粘结剂和连接导线的选用、配置，性能检查和调整等；现场准备工作。包括加载条件准备，贴片、导线接入、预调平衡箱和加载前预调平衡检查等；按拟定的方案

49、加载、测量、纪录；测量数据的处理、应力值计算、作应力分布曲线图。6.3 耐压试验6.3.1 耐压试验的作用 压力容器的耐压试验是一种采用静态超载方法验证容器整体强度的，对容器质量进行综合性考核的试验。耐压试验可以防止带有严重质量问题或缺陷的容器投入使用。在容器设计或制造过程中有可能出现错误，例如结构设计错误、强度计算错误、材料使用错误、焊接、组装、热处理等工序出现失误等等，虽然在设计或制造过程有各种审查、检查和试验，但由于检验的局限性，难免有漏检情况。如果容器存在比较严重而又未被发现的质量问题或缺陷，通过耐压试验可使其暴露出来。因此，耐压试验是压力容器产品竣工验收必需的和最重要的试验项目，只有

50、耐压试验合格，产品才能出厂。 耐压试验也是在用压力容器定期检验的重要项目，在多年使用后，容器状况可能发生变化（材质劣化、壁厚减薄、原有缺陷扩展或新缺陷产生）此时需要判断压力容器在工艺要求的工作压力下运行是否安全。虽然在容器定期检验中所进行的各项检验结果可以作为判断依据，但有很多因素限制检验不能充分进行，同时检验也可能出现疏漏。而耐压试验可以使容器存在的某些缺陷因过载而暴露，在试验压力下产生明显的塑性变形或破裂。可以说压力容器的耐压试验的作用是其它检验方法难以替代的。耐压试验的作用 耐压试验的另一作用是改变容器的应力分布和改善缺陷处的应力状况。由于结构或工艺方面的原因，容器局部区域可能存在较大的

51、残余拉伸应力，试验时，它们与试验载荷应力相叠加，有可能使材料局部屈服而产生应力再分布，从而消除或减小原有的残余拉伸应力。较高的试验压力，可以使裂纹尖端产生较大的塑性变形，裂纹尖端的曲率半径将增大，从而使裂纹尖端处材料的应力集中系数减小，降低了尖端附近的局部应力。在卸压后，裂纹尖端的塑性变形区会受到周围弹性材料的收缩的影响，使此区域出现残余压缩应力，从而可以部分抵消容器所承受的拉伸应力。因此容器存在的裂纹经受过载应力后，在恒定低载荷下，裂纹扩展速度可能明显延缓。6.3.2 耐压试验介质 耐压试验可使用的介质种类包括液体（水、油）和气体（空气、氮气及其它气体） 由于耐压试验压力比容器的工作压力高，

52、因此容器在试验压力下发生破裂的可能性也大。为了防止容器在耐压试验时破裂而造成严重事故，所采取的措施中最重要的是采用卸压时释放能量较小的介质作为试验介质。在相同的试验压力下，气体的爆炸能量比水大数百倍至数万倍，因此，容器耐压试验时通常采用液体作为试验介质。所以耐压试验经常被称为水压试验。 以水为介质进行液压试验，其所用的水必须是洁净的。奥氏体不锈钢压力容器用水进行液压试验后，应立即将水渍去除干净，以防止氯离子造成晶间腐蚀。如无法达到这一要求时，则应控制水中的氯离子含量不超过50ppm。若水中氯离子含量过高，可加硝酸钠溶液处理。 如果由于某种特殊原因不能用水试验时，可采用试验时不会导致危险的其它种

53、类液体。耐压试验应在低于液体介质沸点的温度下进行。当采用可燃性液体进行液压试验时，试验温度必须低于可燃性液体的闪点，试验场地附近不得有火源，且应配备适用的消防器材。以油为试验介质的常见的例子是超高压容器耐压试验。由于试验压力高，水的压缩性比油大，不适合用作试验介质，特别是在试验压力在200MPa以上时，水会雾化导致难以升压，所以要用煤油和变压器油作试验介质。有些情况下可能无法采用液体作为试验介质，而需要采用气体作为试验介质，例如：（1）由于结构或支承原因，向压力容器充灌液体不能保证容器能安全地承受荷重；（2）运行条件不允许残留试验液体的压力容器，例如低温条件下运行且结构不能保证排尽试验液体的系

54、统就不能用水试压，因为残留水会结冰导致系统堵塞，同样的情况在高温导热油系统中也不允许，因为系统残留水会导致运行中压力不正常升高；（3）超洁净系统法采用液体作为试验介质可能会造成污染。气压试验所用气体应为干燥、洁净的空气、氮气或其它惰性气体。对介质具有易燃特性的在用压力容器，必须进行彻底的清洗和置换，否则严禁用空气作为试验介质。由于气压试验比液压试验危险，所以设计采用气压试验的压力容器,其对接焊接接头要求100%射线或超声波探伤。试验压力、温度、升压程序等规定均不同于液压试验，现场安全措施也更多。6.3.3 耐压试验温度 规定试验时的介质温度是为了防止因试验温度过低而造成压力容器在试验过程中发生

55、低应力脆性破坏。 金属材料随温度下降其韧性降低，脆性增大。压力容器安全技术监察规程和GB150均规定，碳素钢、16MnR和正火15MnVR制压力容器液压试验时，液体温度不得低于5；其他低合金钢制压力容器，液体温度不得低于15，如果由于板厚等因素造成材料无延性转变温度升高，则需相应提高液体温度。其它材料制压力容器液压试验温度按设计图样规定。铁素体钢制低温压力容器液压试验时，液体温度不得低于受压元件及焊接接头进行夏比冲击试验的温度再加20。 由于气压试验时的危险性更大，因此，对碳素钢和低合金制压力容器的试验用气体温度不得低于15；其它材料制压力容器，其试验用气体温度应符合设计图样规定。 另一方面，

56、试验时还必须注意其温度不能超过试验介质的沸点而使介质产生气化。 在往容器进水的过程中，可能由于空气湿度太大以及水温与气温相差太多，致使容器外壁因空气中水分凝结而结露。此时，为了不影响对容器的检查，可以通入水蒸气或采用其它方法来提高水温，减小水温与气温的温差。 6.3.4 耐压试验压力1. 内压容器内压容器耐压试验的压力应符合设计图样要求，且不小于表6.3-1的规定；注：钢制低压压力容器耐压试验压力取1.25P和P+0.1二者中较大值。（2）对不是按内压强度计算公式决定壁厚的压力容器,应适当提高耐压试验压力。（3）对设计温度（壁温）大于等于200的钢制压力容器或大于等于150的有色金属制压力容器

57、，耐压试验压力按下式计算：式中：p压力容器的设计压力，MPa（对在用压力容器为最高工作压力）； 设计温度下的耐压试验压力，MPa； 试验温度下的耐压试验压力，MPa； n 耐压试验压力系数（按表6.3-1）； 试验温度下材料的许用应力，MPa； 设计温度下材料的许用应力，MPa。表6.3-1 耐压试验的试验压力压力容器型式 压力容器材料 压力等级 耐压试验压力MPa 液（水压) 气压固 定 式 钢和有色金属 低 压1.25P 1.15P中 压1.25P 1.15P高 压1.25P 铸 铁2.0P搪 玻 璃1.25P1.15P移动式 中低压 1.5P1.15P2. 外压容器和真空容器（1）液压试

58、验压力：外压容器和真空容器按内压容器进行液压试验，试验压力按下式确定：式中：P设计外压力，MPa（2）气压试验压力：外压容器和真空容器按内压容器进行气压试验，试验压力按下式确定：,Mpa 式中： P设计外压力，MPa3. 夹套容器液压试验压力对于带夹套的容器，应在图样上分别注明内筒和夹套的试验压力。（1）内筒当内筒设计压力为正值时，按内压容器确定试验压力。当内筒设计压力为负值时，按外压容器规定进行液压试验。（2）夹套 夹套内的试验压力按内压容器计算公式确定，在确定了试验压力后，必须校核内筒在该试验外压力作用下的稳定性。如不能满足稳定要求，则应规定在作夹套的液压试验时，必须同时在内筒内保持一定压

59、力，以使整个试验过程（包括升压、保压和卸压）中的任一时间内，夹套和内筒的压力差不超过设计压差。图样上应注明这一要求，以及试验压力和允许压差。4. 立式容器 因为立式容器在进行液压试验时，其底部除承受液压试验时的压力载荷外，还要承受整个容器充满液体时的重量载荷，二者的共同作用，有可能使容器底部所产生的应力超过应力校核的允许值，此时，则应适当增加底部的器壁厚度。如果立式容器卧置进行液压试验，为了使与立置试验时底部承受的载荷相同，因此，其试验压力值应为立置时的试验压力加上液柱静压力。6.3.5 压力试验时的应力校核压力试验时，圆筒的薄膜应力按下式计算：式中： 圆筒的内直径，mm； 试验压力，MPa；

60、 圆筒的有效厚度，mm； 圆筒的焊缝系数。 在液压试验时，圆筒的薄膜应力不得超过试验温度下材料屈服点的90%；在气压试验时，此应力不得超过试验温度下材料屈服点的80%。 校核耐压试验应力时，所取的壁厚应扣除壁厚附加量，对液压试验所取的压力还应计入液柱静压力。对壳程压力低于管程压力的列管式热交换器，可不扣除腐蚀裕度。6.3.6 耐压试验要求与注意事项1. 一般要求（1）试验前，容器须经单项检查和总装检查合格，并将内部的残留物清除干净。外部有保温层或其它复盖层的容器，为了不影响对容器壁渗漏情况的检查，最好将这些遮盖层拆除。有衬里的容器，经检查后确认衬里良好无损、无腐蚀或开裂现象，可不拆除衬里。（2