凯塞效应在压力容器缺陷评定中的应用

?必威动态 ????|???? ?2019-07-11 12:00


  试验研究无损检测(检查并测试)凯塞效应在压力容器缺陷评定中的应用利用凯塞效应原理对被检出缺陷是漏检原始缺陷还是使用后形成缺陷进行判定,为基于断裂力学理论的安全评定提供可靠保证。压力容器并对每个类别的压力容器在设计、制造过程,以及检验项目、内容和方式做出了不同的规定。压力容器已实施进口商品安全质量许可制度,未取得进口安全质量许可证书的商品不准进口。
  出现声发射现象,这一现象被称为不可逆效应,也称为凯塞效应11.目前材料的声发射凯塞效应已被广泛用于岩土的历史受力分析,但在压力容器的缺陷评定上应用较少。
  其实声发射的凯塞效应只是近似的。材料第一次受力为卸载后第二次加载至02时才产生声发射现象,将*称为不可逆效应比。一些材料的不可逆效应比小于或接近于
  1. 0,但试验表明对低碳(Low carbon)钢和a铁在  根据断裂力学的理论,当结构中含有缺陷且在平面应力条件下承载时,缺陷尖端会形图i缺陷尖端的成一个如所示的塑性塑性区示意图材料受外力或内力作用而产生变形或断裂时,以弹性波形式释放出应变能的现象称为声发射。
  近年来,声发射技术在各方面都得到了很大发展,包括声发射的源机理和波的传播研究以及检测(检查并测试)系统的研制和应用范围的扩展等12.在用压力容器经无损检测发现新缺陷后,因各种原因不宜更换设备时,对新检出缺陷进行安全评定就有着重要意义,而弄清缺陷的来历又是安全评定的重要内容。因此提出一种利用声发射技术判定新检出缺陷来历的方法。
  1凯塞效应声发射现象与材料的塑性变形和断裂是紧密相连的,由于材料塑性变形和断裂的不可逆性。声发射现象也是不可逆的。试样第一次受力后,再以同样的方式受力时,在达到以前受力的最大载荷前不cts*材料屈服强度(strength),MPa显然,该塑性区的大小随该处应力强度因子的加而加,而该处应力强度因子又随结构承受载荷的加而加。根据凯塞效应原理,当所加载荷小于缺陷承受的历史最高载荷时,由于不会形成新的塑性区,此时缺陷部位不会产生声发射现象;反之,当所加载荷超过缺陷承受的历史最高载荷时,即使缺陷不扩展,但由于塑性区扩展,此时缺陷部位仍产生声发射现象。
  对经无损检测发现新缺陷的在用压力容器进行水压试验,试验压力与上一次水压试验相同,同时对缺陷处进行声发射监测,如在由最高工作压力加压至水压试验压力过程(guò chéng)中无明显声发射现象,根据凯塞效应的原理,则表明此处缺陷在上一次水压试验前形成;如在由最高工作压力加压至水压试验压力过程中出现明显声发射现象,则表明此处缺陷在上一次水压试验后形成,应寻找其形成原因并据其进行安全评定。
  2实际应用某厂有一台储罐,设计压力为
  3. 0MPa温度为常温,盛装介质为氮气,设备采用标准椭圆形(由圆形变成的长圆形)封头,筒体及封头材质均为16MnR,名义厚度均为26mm,腐蚀裕量为1mm,公称直径为2经20%局部射线检测焊接接头系数为0.85.设备投入使用三年后做定期检验,经超声检测发现筒体与封头的焊接环缝处存在一处缺陷,该缺陷沿环缝方向长约30mm,深约4mm,距外表面约17mm,不能判定缺陷为未焊透还是裂纹或其它缺陷。
  2.1缺陷评定在不能判定缺陷性质情况下对该缺陷按椭圆片状裂纹进行评定。根据,压力容器中埋藏裂纹的应力强度因子为M*圆筒形容器中的环向裂纹鼓胀效应系数Di筒体内径§*筒体壁厚*=-G§*实测壁厚C2 *腐蚀裕量a*当地名义应力a*周向应力P*设计压力a材料屈服极限Y*第二类椭圆积分2c*裂纹深度2a*裂纹长度将以上数值代入式,得到该缺陷处在设计压力下的应力强度因子Ki=411N.mm-+,由查得16MnR材料在焊接处的临界应力强度因子Kic虽然依据K  2.2声发射分析由设备的历史档案知道该设备自出厂前经水压试验后一直在低于或等于设计压力工况下工作,在服役期内未做水压试验。
  在该种情况下,通过对其进行水压试验时的声发射监测(Food Monitor)可以判断该缺陷的来历。
  对该设备(shèbèi)进行水压试验并对缺陷处进行声发射监测,如在由设计压力加压至水压试验压力过程中无明显声发射现象,则表明此处缺陷在出厂时的水压试验前形成,属于漏检的原始制造缺陷;如在加压至水压试验压力过程中出现明显声发射现象,则表明此处缺陷在使用中形成,应寻找其形成原因并重亲新进行安全评定。分气缸锅炉的主要配套设备,用于把锅炉运行时所产生的蒸汽分配到各路管道中去,分汽缸系承压设备,属压力容器,其承压能力,容量应与配套锅炉相对应。分汽缸主要受压元件为:封头,壳体材料等。
  2.3水压(特指:压强)试验及声发射监测监测用仪器为AE21C型四通道声发射仪。检测参数益为20dB,门槛值20dB,带通滤波器带宽为100~200kHz以排除噪音等干扰。
  对设备(shèbèi)进行水压试验的加载程序按《压力容器安全技术监察规程》15制定,设备灌满水后缓缓加压至设计压力3.0MPa并保压10min;观察无异常情况后缓缓加压至水压试验压力Pt=压30min.在该过程中,升压阶段偶尔出现幅值在20~25dB的声发射信号。压力容器并对每个类别的压力容器在设计、制造过程,以及检验项目、内容和方式做出了不同的规定。压力容器已实施进口商品安全质量许可制度,未取得进口安全质量许可证书的商品不准进口。由于具有这种幅值的声发射信号基本可以忽略,即该过程无明显声发射现象,故可初步判断该缺陷为原始制造缺陷,加压过程中出现的少量信号可能为干扰信号。为进一步判断缺陷性质,决定将试验压力继续提高至Pmax=4.0MPa并保压10min(根据断裂力学的理论,在PT   2.4声发射评定结论18182*2000标准171,一次加压循环时在升压过程中有声发射源,保压过程中无声发射源,表明该源属于弱活性源;声发射信号幅值在47~52dM60dB,属于弱强度源,综合评定属于B级声发射源,且信号在超水压试验压力下产生,可判定此缺陷属于稳定性缺陷,在正常工作状态下不会扩展。
  该设备经水压试验及声发射检测安全评定,认为可以继续在设计条件下正常服役,但需加强监管。
  该设备服役至今己有近半年,运转正常。
  3结语当在用压力容器经无损检测发现新缺陷后,通过水压试验时的声发射监测,根据凯塞效应原理能对新发现的缺陷是漏检的原始缺陷还是使用后形成缺陷进行判定,保证基于断裂力学理论的安全评定的可靠性。