多层包扎容器缺陷的声发射确定方法

摘要

本发明涉及含缺陷压力容器安全评定技术领域，尤其是多层包扎容器缺陷的声发射确定方法。是按容器结构特点进行声发射检测确定缺陷，步骤为：(1)超压激活、同步声发射监测容器内部缺陷，并确定激活缺陷时的超压压力和定位被激活缺陷部位；(2)射线或超声相控阵复检无法确定的被激活缺陷，依据声发射事件发展方向，简化被激活缺陷；(3)利用有限元计算或其基础上获得的计算图表获得简化缺陷部位的应力分布，使简化缺陷处于与其垂直的最大应力所在壁面；(4)基于缺陷简化情况、简化缺陷部位应力和材料断裂韧度，按断裂力学理论反推缺陷名义初始尺寸和容限尺寸。该方法所采用检测手段可靠、简化过程合理，为多层包扎容器安全评定提供基础。

主权项

多层包扎容器缺陷的声发射确定方法，在详细审查设备档案资料，进行多层包扎容器内外表面、深环焊缝和接管焊缝等处常规无损检测的基础上，按照多层包扎容器的结构特点进行声发射试验并确定缺陷，其特征为其确定方法的步骤如下：(1)超压试验激活、同步声发射整体监测容器内部缺陷，并确定缺陷被激活时的超压压力和定位被激活缺陷部位；(2)通过射线或超声相控阵方法无法复检确定缺陷性质、位置和几何尺寸的被激活缺陷，依据被激活缺陷声发射事件发展方向，简化被激活缺陷；(3)利用有限元方法计算或基于有限元计算的图表查出简化缺陷部位的应力分布值，置简化被激活缺陷于垂直缺陷面应力最大值所处的容器器壁表面；(4)基于被激活缺陷简化情况、简化缺陷部位应力分布和材料断裂韧度，按照断裂力学理论反推简化缺陷的名义初始尺寸和名义容限尺寸；具体过程为：对于步骤(1)，超压试验压力大于1.0倍容器设计压力乘以容器材料温度修正系数，最大试验压力下容器内的膜应力应不超过试验温度下容器材料屈服强度的0.9倍；试验过程中应剔除声发射源事件中的层板摩擦、试验流体流动和被检容器与支撑间接触的噪音信号，并对声发射信号进行监测，当某一位置声发射源事件的活度、强度和撞击数与所选用的材料平面应变断裂韧度或准静态断裂韧度声发射监测裂纹启裂扩展时的活度、强度和撞击数相当时，则判定此时为活性缺陷出现；记录活性缺陷出现时的超压压力和定位活性缺陷部位，并终止试验，以此超压压力作为确定容器应力和缺陷的依据；检测过程中声发射源事件撞击数随载荷或时间的增加呈快速增加时，除非排查出声发射撞击数增加的原因，否则禁止继续加压；超压试验压力小于1.0倍容器设计压力乘以容器材料温度修正系数时，该容器必须报废或者返修；试验前，应当对无数据积累的多层包扎容器材料进行裂纹启裂扩展的声发射源事件活度、强度和撞击数的标定性实验；对于步骤(2)，如果声发射源事件的活度方向与容器的环向一致时，则将裂纹简化为整圈环向表面裂纹；如果声发射源事件的活度方向与容器的轴向一致时，则将裂纹简化为狭长轴向表面裂纹；如果声发射源事件的活度方向与容器的轴向和环向都不一致时，则当声发射源事件活度方向与环向的夹角小于45°，就将裂纹简化为整圈环向表面裂纹；若夹角大于45°，就将裂纹简化为狭长轴向表面裂纹；环向表面裂纹简化于声发射源事件密集区最近的深环焊缝，轴向表面裂纹简化穿过于发射源事件密集区最近的深环焊缝，该深环焊缝可以是容器筒节与筒节之间的环焊缝，也可以是筒节与封头之间的环焊缝；对于步骤(3)，采用有限元方法包括在其基础上给出的图表解，计算简化缺陷部位的应力分布；有限元建模时应考虑平均层板间隙δ和深环焊缝的焊接接头结构影响；焊接接头结构可以根据制造图纸确定或者焊缝解剖结果确定；对于步骤(4)，反推简化缺陷的名义初始尺寸时，对应超压压力pT下，计算出简化缺陷部位的最大环向或轴向应力σmT、σbT，简化裂纹的名义初始深度为： a 0 = K IC 2 [ f ( L r ) - ρ ] 2 π ( σ mT Y mT + σ bT Y bT ) 2 或 a 0 = K C 2 [ f ( L r ) - ρ ] 2 π ( σ mT Y mT + σ bT Y bT ) 2 - - - ( 3 ) 式中：KIC为材料平面应变断裂韧度，KC为以应力强度因子表示的断裂韧度或者由J积分断裂韧度或CTOD断裂韧度换算的以应力强度因子表示的断裂韧度；YmT、YbT为超压压力下的构形因子；f(Lr)为失效评定曲线函数，ρ为塑性修正因子，f(Lr)和ρ按照容器材料属性，依据我国GB/T 19624、英国BS 7910、欧洲SINTAP、R6等缺陷评定标准或规范确定；Lr为载荷比；反推简化缺陷的名义容限尺寸时，对应设计压力或最大工作压力pw下，计算出简化缺陷部位的最大环向或轴向应力为σmw、σbw，简化裂纹的名义容限深度为： a c = K IC 2 [ f ( L r ) - ρ ] 2 π ( σ mw Y mw + σ bw Y bw ) 2 或 a c = K C 2 [ f ( L r ) - ρ ] 2 π ( σ mw Y mw + σ bw Y bw ) 2 - - - ( 4 ) 式中：Ymw、Ybw为工作压力下的构形因子；计算σmT、σbT和σmw、σbw时要同时考虑一次应力和二次应力；根据解剖规律，应当限制狭长轴向或整圈环向内表面裂纹名义容限深度ac值不超过三层强度层的厚度值；应使反推出来的整圈环向表面裂纹名义容限深度ac值满足其与名义初始深度a0之差小于名义初始深度为a0的简化缺陷深度方向前缘所处层板的剩余厚度。