压力容器检验中关于母材夹层的讨论

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我们在检验压力容器作壁厚测定时，有时会出现测厚值突然变小的情况，然而所测部位又没有明显的腐蚀，那么很可能母材存在着夹层缺陷，因为由于夹层缺陷的存在，随着使用时间的加大，以及一些特殊介质的作用，将会为鼓包以及鼓包裂纹的发生埋下重大的安全隐患，这就需要我们进一步的检测，以确定是不是夹层缺陷。

在TSG R7001-2004《压力容器定期检验规则》中的规定，第二十五条第（四）项壁厚测定中第2点要求：壁厚测定时，如果遇母材存在夹层缺陷，应当增加测定点或者用超声检测，查明夹层分布情况以及与母材表面的倾斜度，同时作图记录；第四十六条规定：有夹层的，其安全状况等级划分如下：（一）与自由表面平行的夹层，不影响定级，（二）与自由表面夹角小于10º的夹层，可以定为2级或者3级，（三）与自由表面夹角大于或者等于10º的夹层，检验人员可以采用其他检测或者分析方法综合判定，确认夹层不影响容器安全使用的，可以定为3级，否则定为4级或者5级。

由《压力容器定期检验规则》我们可以得出，当发现夹层时，应查明夹层分布情况和面积大小以及与母材表面的倾斜度，重点放在下述几个方面： ①倾斜度，特别是靠近焊缝附近的倾斜度。与母材表面的夹角超过10º时，会危及使用安全。②靠近坡口两侧50mm范围内应重点进行超声波探伤，长形夹层应严加控制。

一、夹层缺陷的危害。

1. 首先，夹层的存在大大降低了钢板的强度指标，影响其安全性。2.美国ASME第11篇原子能容器作了此规定。当母材夹层处于坡口处，焊接时产生裂纹，出现翘尾巴现象时危害更大，国内已有此类事例教训。3.当容器内含有氢气或者其他可能产生氢气的介质时，在钢板表面，由于氢原子非常的小，氢原子很容易沿金属晶格的间隙由钢板表面向钢板内部扩展，进入到钢板的夹层处，并在其中合成氢气分子，随着氢原子的继续渗入，夹层内的压力逐步升高，该压力可以达到几百兆帕，使夹层向较薄侧鼓起，进而形成鼓包，并在鼓包的最薄弱部位顶部开裂，形成鼓包裂纹。

二、夹层缺陷产生的原因。

对压力容器用钢材而言，由于钢板在生产过程中，钢坯内部存在残余缩孔、气泡或非金属夹杂物，或钢材上的氧化皮未消除，在轧制过程中被破碎而压入钢板表面，造成金属的不连续性进而产生局部夹层缺陷，压力容器制造时如果采用了这种钢板，那么就会为容器的使用埋下了安全隐患。

三、夹层缺陷的判定方法。

《压力容器定期检验规则》并没有给出母材夹层存在的检测方法，也没有给出如何来确定夹层与自由表面夹角的测定方法。这给我们实际检测带来了一定的麻烦，很可能由于检验的误判，给使用单位带来不必要的损失。这就需要我们能够正确的判定夹层的实际情况，正确定级。现将实际工作中对这一问题的解决方法提出来供参考。

（一）、利用测厚仪粗略判定。在测厚时遇到壁厚突然减薄时，就要注意了，要在减薄区域逐点的测定，把测得的数值作图记录，此时根据测得数据判定可疑部位的范围，如果很小可能是由于母材其他缺陷（如夹杂、小气孔等）引起的，危害不大；如果范围比较大，那很可能就是夹层缺陷，就要根据所作的图，粗略判定夹层的倾斜度，再根据《压力容器定期检验规则》来定级。这种方法不是非常的准确。

（二）、利用超声波探伤仪测定。使用超声波探伤仪用直探头对可疑部位进行测定，当缺陷波没有底波时，即可确诊为夹层存在（在夹层的边缘处，会同时出现夹层缺陷波和底波）；若夹层与母材的自由表面的夹角较大，超过直探头的半扩散角θ，有可能超声波探伤仪的荧光屏上既无夹层缺陷波，也无底波，此时应选用晶片尺寸较小，频率较低的直探头再探。确定为夹层缺陷之后，就要用超声波探伤仪来确定夹层与母材自由表面的夹角。

1.当夹层缺陷波在超声波探伤仪荧光屏上的水平刻度值都相等，则可确定此夹层为与母材平行的夹层，根据《压力容器定期检验规则》此种夹层不影响压力容器的定级。

2. 当夹层缺陷波在超声波探伤仪荧光屏上的水平刻度值不相等，则可确定此夹层为与母材的自由表面存在一个夹角，此时可以按下述方法来确定夹角的大小：先在夹层范围内找与母材自由表面距离相等的点，连接这些点得到一条直线，然后作此条直线的垂直线，再延此垂直线的方向找到夹层的两个端点，这两个端点在母材自由表面上的距离差（深度差）与这两个端点在母材自由表面上的距离之比的反正切值，就是我们所要求的夹层缺陷与母材自由表面的夹角。如果夹角小于10º可以定为2级或者3级，如果与自由表面夹角大于或者等于10º，检验人员可以采用其他检测或者分析方法综合判定，确认夹层不影响容器安全使用的，可以定为3级，否则定为4级或者5级。

四、夹层缺陷的处理。

当夹层缺陷的存在危及压力容器的安全运行时，就要对夹层缺陷进行有效的处理。

1.用堆焊方法对夹层缺陷修复，首先要用超声波探伤检测，准确查出夹层缺陷的深度和范围，然后根据夹层距母材的哪侧最近，确定内修还是外修。修补时，用碳弧气刨将夹层较浅侧的母材刨除，直至露出夹层。将缺陷处刨成有利于堆焊的形状来进行堆焊，堆焊完成后要对修理部位进行无损检测，要没有缺陷。

2.用挖补的方法，首先也是要用超声波探伤检测，准确查出夹层缺陷的范围，然后挖除缺陷部位，

五、夹层缺陷的预防措施。

1.首先要把材料关，在制造容器时购买的钢板要符合标准要求，必要时应增加超声波探伤复测。

2.认真进行年度检查和定期检验，在进行年度大检修和定期检验时，应对容器的液位频繁波动部位以及其他应力集中部位认真检查，看是否发现鼓包现象，利用测厚的方法简单判定是否具有夹层缺陷。