压力容器母材夹层的缺陷危害及检验方法研究

张郡郡

（江苏省特种设备安全监督检验研究院太仓分院，江苏太仓215400）

压力容器母材夹层的缺陷危害及检验方法研究

张郡郡

（江苏省特种设备安全监督检验研究院太仓分院，江苏太仓215400）

分析了夹层缺陷的种类与形成原因，讨论了压力容器母材中夹层存在的缺陷和危害，并提出了有效的缺陷检验方法和解决措施，旨在提高压力容器的使用寿命、降低压力容器安全隐患提供合理的对策建议。

压力容器；母材夹层；缺陷危害；检验方法；对策

压力容器是存储具有一定压力的气体、液体的封闭容器，被广泛应用于石油化工行业、军工行业、科研等领域。由于压力容器长期处于密封的环境中，存在爆炸、腐蚀等安全隐患，其安全问题不可忽视。如若不予以重视，将造成人员伤亡、财产损失和环境污染。因此，各国将压力容器的缺陷检测纳入到产品的质检项目中，由国家相关机构按照相应的法律法规进行严格的审查和管理，如若在检测中发现有安全隐患，必须立即停止使用。此外，相关质检部门还要在压力容器的日常使用中进行监管，排除安全隐患，将事故发生概率降到最低。本文分析了夹层缺陷的类型、成因及危害，探讨了夹层缺陷检测的主要方法，由此提出了降低夹层缺陷发生的有效措施，旨在为降低夹层缺陷的发生几率，最大限度地提高压力容器的使用寿命提供建设性意见。

1　夹层缺陷形成原因

夹层也称分层，是压力容器钢板中经常出现的一种缺陷。由于钢板内部未熔合面的存在，使得钢板在成型过程中产生界面，也即出现夹层缺陷。母材夹层主要有开口型和封闭型两种，开口型夹层一直延伸至钢板表面，呈沟纹状，在钢板断口处即可看到。封闭型夹层将钢板的表面和内部分开，在钢板断口处无法看法夹层缺陷，需用专用的缺陷检测仪才能检测出[1]。封闭型夹层位于钢板的内部，形状多为不规划且面积分布较大的块状，只能由超声波探伤仪检测出来。

夹层缺陷的形成主要有以下两种原因：一种是由于钢板内存着杂质，在钢板成型时杂质发生了一定的塑性变形，由圆形变成片状，并与基体相脱离。随着钢板基体的不断延伸，杂质周围的孔洞逐渐变大，最终形成了钢板夹层；另一种是由于钢板内硫化物的存在，使得在成型时，硫化物与钢板基体一同发生塑性变形，导致夹层的出现。

2　缺陷类型及危害

压力容器夹层常见的缺陷主要有三种：一种是使压力容器产生裂缝。由于夹层中存在着氢原子，其直径比较小，极易涌入到钢板的夹层中。当氢原子积累到一定程度时，将在一定情况下会产生氢气，而钢板中的氢气渗入量达到钢板难以承受时，钢板的夹层中将会产生裂缝，为压力容器埋下了安全隐患；第二种缺陷是易使焊接过程产生裂缝。如果压力容器的坡口位置处有夹层，那么在焊接过程中就较容易产生裂缝。焊接裂缝现象将会造成更为严重的后果；第三种缺陷是使压力容器的安全性能降低。母材夹层中任何异常的出现，都将直接影响压力容器的安全性能和使用寿命[2]。

夹层缺陷的存在使得钢板的强度、抗疲劳性和冲击韧性降低[3]。强度、抗疲劳性和冲击韧性的降低将直接影响钢板的力学性能，降低压力容器的使用寿命。如果夹层面积较大，夹层分布较为集中，则夹层缺陷就会影响钢板的使用性能。如果夹层面积较小且分布距离远，夹层缺陷就不会对钢板的使用性能产生影响。

3　缺陷的检验方法

3.1超声波检验

目前，超声波探伤检测是针对压力容器夹层中缺陷探测的最有效的方法。压力容器使用过程中如若发现有任何异常可以用超声波探伤仪对异常发生的部位进行探伤检测。在检测中，当压力容器夹层与母材的自由面之间的夹角大于超声波探测仪的探头半扩散角时，说明夹层没有缺陷，此时应使用直径更小的、晶片频率更低的超声波探头进行深入探测，如果反射波无波底，则说明容器存在夹层缺陷。

利用超声波探伤仪检验夹层缺陷时，如果在其荧光屏上能明显地看到反射波的水平刻度线不相等，则表明压力容器夹层与母材的自由面不平等，两者角度的大小可以由以下方法测定：首先，将母材的自由面上划定若干个距离相等的点，将这些点用一条直线连接起来；其次，在这条直线上找到并标记夹层的两端点，并在这条线上做一条垂直线；最后，求得母材自由面的两个端点的深度与母材夹层之间的夹角。

如果夹层缺陷的反射波的水平刻度线不相等时，则表明压力容器夹层与母材的自由面有夹角。夹角小于10°时的缺陷为二级或三级缺陷，大于10°时的压力容器存在着夹层缺陷隐患，不能投入使用。

3.2测厚仪检验

测厚仪的检验原理是利用测厚仪对压力容器的壁厚进行连续的测量。在使用湍仪测量壁厚时，如发现壁厚出现骤变，应立刻记录测量出的数据，并找到壁厚骤变区域，将骤变区域进行细分并测量，以确定骤变发生的具体位置。如果骤变区域小，可能是由于母材夹层中有小气孔的存在。小气孔的存在并不会造成安全隐患。如果骤变区域较大，则应对骤变区域探测出的数值进行记录和分析，并采取必要的补救措施。

4　有效的解决措施

4.1夹层缺陷发生的预防

为防止压力容器中常见的缺陷，日常压力容器的防护工作应做到以下两点：其一，要定期对压力容器进行安全检查，要着重确定夹层的壁厚，观察是否有壁厚不均和鼓包等异常情况的发生，若发现壁厚异常，应立即采取必要的措施给予预防；其二，在压力容器的选材上，要确保生产厂家严格参照国家的相关标准选材，严禁为节约成本而选用质量不合格、不达标的材料生产压力容器。相关的监管部门应对压力容器生产商的原材料进行定期的检查，确保材料满足国家的相关标准，降低压力容器不安全事故发生的概率。

4.2夹层缺陷发生后的处理

当夹层缺陷发生后，应采取以下两种措施加以解决。

（1）采用挖补的方法进行补救。挖补方法中的关键步骤的是要对夹层的缺陷部位进行精准定位，确定缺陷发生的具体位置，便于后续对缺陷进行修补；

（2）要采用缺陷修复方法对缺陷进行修复。缺陷修复工作主要采用焊接的方法，利用超声波探伤仪确定缺陷的深度以及缺陷的具体范围进行准确的测定，再利用碳弧气刨对较浅的夹层缺陷进行刨除处理，直到缺陷从夹层中刨除。

5　结束语

压力容器的类型多、数量大，盛装物体的种类也多种多样，事故发生后的危害性也不尽相同。压力容器发生的事故多数是由于夹层缺陷而导致的，因此，为确保压力容器运行的安全性，需对其母材夹层缺陷产生的原因以及缺陷的危害性进行分析，并采取有效的措施，防止事故的发生。科学、高效的探测方法是避免事故发生的前提。一方面，要利用高效的检验方法，对缺陷位置精准定位，确定缺陷发生的大致范围；另一方面，要对夹层缺陷及时地进行处理。只有对夹层缺陷及时检测、有效处理，才可以最大限度地增加压力容器的寿命，避免事故的发生。

[1]顾晨阳，张栋庆.压力容器中母材夹层的缺陷其危害性以及检验方法[J].化工管理，2014，（3）：36-36.

[2]沈功田，张万岭，王勇.压力容器无损检测——低温压力容器的无损检测技术[J].无损检测，2005，27（11）：592-595.

[3]李光海.常压储罐检验检测技术[J].无损检测，2010，32（7）：509-512.

Study on the Hazards and Inspection Methods of the Parent Metal Laminated Defect of Pressure Vessel

ZHANG Jun-jun
（Special Equipment Safety Supervision Inspection Institute of Jiangsu Province Taicang Branch，Taicang Jiangsu 215400，China）

In this paper，the laminated defect types and forming reasons are analyzed，laminated defects and hazards of pressure vessel are discussed，effective defect inspection methods and measures are proposed，aim to provide reasonable suggestion on improving service life and reducing the pressure vessel safety risks of pressure vessels.

pressure vessel；parent material laminate；defect hazard；inspection method；countermeasures

TH49

A

1672-545X（2016）10-0200-02

2016-07-09

张郡郡（1990-），女，安徽亳州人，硕士，工程师，研究方向：压力容器检验检测。