压力容器安全技术实验

1. 压力容器安全技术实验 环境与安全工程学院

2. 实验一：超声波检测实验

3. —、实验目的 • 1、了解和掌握超声波探伤仪的简单工作原理。 • 2、了解和掌握超声波探伤仪的使用方法。 • 3、掌握仪器主要性能：水平线性、垂直线性和动态范围的测试方法。 • 4、掌握仪器和探头主要综合性能：盲区、分辨力余量的测试方法。

4. 二、探伤仪的工作原理 • 1.A型脉冲反射式探伤仪工作原理如下图所示。

5. 2.仪器的主要工作部分极其作用 • （1）同步电路 • 同步电路双称触发电路，它每秒钟产生数十至数千个脉冲（触发脉冲），用来触发探伤仪其它电路（扫描电路、发射电路等），使之步调一致、有条不紊地工作。因此，同步电路是整个探伤仪的“中枢”，同步电路出个故障，整个探伤仪便无法工作。

6. （2）扫描电路 • 扫描电路又称时基电路，用来产生锯齿波电压，加在示波管水平偏转板上，使示波管荧光屏上的光点沿水平方向作等速移动，产生一条水平扫描线（即时基线）。探伤仪面板上的深度粗调。微调、扫描延迟旋钮都 是扫描电路的控制旋钮。探伤时，应根据被探工件的探测尝试范围选择适当的尝试档级，并配合微调旋钮调整，使刻度板水平轴上每一格代表一定的距离。扫描电路的方框图及其波型。

7. 三、实验用品及器材 • 软件系统各模块按功能可主要分为两类： • （1)探伤参量设定模块 • （2）探伤功能模块 1.仪器：EPOCH4第四代数字式超声波探伤仪

8. 2.探头：2.5P20Z或2.5P14Z

9. 3.试块：CSK-IA、CSK-IIIA试块

10. 4、仪器的主要性能 • 1.水平线性 • 仪器荧光屏上时基水平刻度值与实际声程成正比的程度，称为仪器的水平线性或时基线性。水平线性主要取决于扫描锯齿波的线性。仪器水平线性的好坏直接影响测距离精度，进而影响缺陷定位。

11. 2.垂直线性 • 仪器荧光屏上的波高与输入信号幅度成正比的程度称为垂直线性或放大线性。垂直线性主要取决于放大器的性能。垂直线性的好坏影响应用面板曲线对缺陷定量的精度。

12. 3.动态范围 • 仪器的动态范围是指反射信号从垂直极限衰减到消失时所需要的衰减量，也就是仪器荧光屏容纳信号的能力。影响动态范围的主要因素是仪器的线性范围和荧光屏的大小。

13. 四、实验步骤 • （一）距离-波幅曲线的测试 • 1、调节仪器,使时基扫描线清晰明亮，并与水平刻度线重合，[抑制]至“0”。

14. 2、测定探头的入射点和K值。 • 探头置于CSK-ⅠA试块上，对准R100圆弧面，平移探头，找到最高回波，试块上R100圆心正对的楔块底面上的点就是入射点，用铅笔作好标记，并量出探头的前沿长度L。然后将探头对φ50(或φ1.5),找到最高回波，这时入射点正对的试块上的刻度值就是探头的K值。

15. 3、按深度1:1调节扫描速度。 • （1）用[水平]将示波屏上的始脉冲左移约10mm。 • （2）探头置于CSK-ⅢA试块上，选定两个深度相差一倍的孔，如d=30和60mm的横孔，先将探头对准d=30mm的横孔φ1×6，找到最高回波,用[微调]将其前沿调至水平刻度30处。 • （3）后移探头，找到d=60mmφ1×6的最高回波，若此回波前所对的水平刻度值为y，应求出60-y=x.当x为0时，正好是深度1:1.当x为正时，用[微调]将回波向大读数移动到y+2|x|，当x为负时，用[微调]将回波向小读数移动到y-2|x|。 • （4）用[水平]将回波前沿调至水平刻度60处,这是深度1:1的扫描速度就调好了,d=30mmφ1×6的最高回波也正对30处。

16. 4、绘距离-波幅曲线 • 根据厚板T=30mm和数据： • 评定线:φ1×6-9dB，定量线：φ1×6-3dB，判废线：φ1×6+5dB • 以探头d为横坐标，以dB值为纵坐标，在显示屏上描点绘制距离-波幅曲线。记下所用探头、试块。 • 用探头对准d=10mm处找出最高反射波，用[衰减器]调至显示屏满刻度(不能超出)，彩笔作上标记。此时，在所有旋钮固定不动情况下，作孔深为20、30、40mm的最高反射波，画到示波屏上。

17. 5、校验距离-波幅曲线 • 探头置于CSK-A试块上，分别对准d=20和50mm，找到最高回波，先看回波是否对准水平刻度20和50处，然后再看最高回波达基准高时，[衰减器]读数是否和前面测试的结果相同。若二者有一条不符，且误差较大，则应重新测试曲线。

18. （二）焊缝探伤 • 1、清理打磨探测面： • P=2KT+50=2×2×30+50=170(mm),焊缝两侧清理打磨170mm宽。 • 2、测探头的入射点和K值(测曲线后立即探伤此项可省)。 • 3、按深度1:1调节扫描速度(测曲线后立即探伤此项可省)。 • 4、校正距离-波幅曲线，不少于两点。

19. 5、测耦合与材质损失。 • 6、调节探伤灵敏度(二次波探伤)。 • 由d=2T=2×30=60mm，查距离-波幅曲线的测长线对应的dB值N，设N=14dB。又设耦合与材质损失为△N=4dB，则探伤灵敏度应为N-△N=14-4=10dB，即将[衰减器]读数调制10dB，这时探伤灵敏度就调好了。

20. 7、扫查探测 • 探头分别置于焊缝的两侧作锯齿行扫查，齿距不大于晶片尺寸，保持探头与焊逢中心线垂直的同时作10°~15°的摆动。为了发现横向缺陷，可使探头与焊逢成10°~45°作平行扫查.为了确定缺陷的位置、方向、形状，还可采用前后、左右、转角和环绕等方式进行扫查。

21. 8、缺陷定位 • 在扫查过程中发现缺陷后，要根据扫描速度和缺陷波所对的水平刻度值来确定缺陷在焊缝中的位置。 • 9、缺陷测长 • 在测定缺陷位置的同时，还要测定缺陷的波幅的指示长度，采用半波高度法测长。

22. 10、缺陷定级 • 并根据JB4730—2005标准评定焊缝的级别。 • 11、记录 • 将缺陷的位置、波幅、长度等记录在探伤报告中。

23. 五、实验报告 • 1.简述实验目的和原理； • 2.将所有测数据填入表中； • 3.标明缺陷的位置和大小，并对焊缝进行定级； • 4.注明探伤条件画出探伤简略。

24. 实验二：声发射检测实验

25. 一、实验目的 • 1、了解声发射信号衰减的特性。 • 2、掌握声发射信号波速v的测试方法。 • 3、掌握声发射源直线定位的原理与计算方法。

26. 二、实验原理 1、声发射检测的原理 图1-1声发射检测技术原理图

27. 声发射是物体在受到形变或外界作用时，因迅速释放能量而产生瞬态应力波的一种物理现象。声发射检测的基本原理就是用灵敏的仪器来接收和处理这些声发射信号，通过对声发射源特征参数的分析和研究，推断出材料的结构内部活动缺陷的位置、状态变化程度和发展趋势。

28. 2、声波的衰减 • 声波在传播过程中由于几何扩散，结构边界的散射以及吸收作用会发生衰减，声发射测试实验是利用断铅信号模拟声发射源，根据与断铅信号距离不同的传感器收到的信号大小的不同，观察声波的衰减现象。

29. 3、计算声速 • 根据两传感器的间距和收到同一信号的时间间隔利用下列公式计算波速。 • L=V△t • 式中: • L——两传感器间距，m • V——波速，m/s • △t——两传感器接收到信号的时间差，s

30. 4、声发射源的线定位 图1-2声源线定位图

31. 在S1和S2所连成直线上的任意一点处断铅，并记录信号到达两传感器的时间，计算时间差，设此点距S1和S2的距离分别为x1，x2，已知，根据公式和，计算断点的位置，对声发射信号的线定位进行验证。

32. 三、实验装置 • PCI-2（美国，PAC）、R15传感器、前置放大器、电缆线等。 • 为了感觉到声发射波，使用了压电晶体传感器。当受到挤压（变形）时，压电材料会产生一个电压值和一个相应的分离电荷。在声发射传感器中，变形是由振动引起的。当压电晶体受到进入的应力波撞击时的弹性反应。压电元件被固定在传感器壳内。电压是由元件材料本身产生的。元件不需要额外的电源。

33. 声发射传感器结构示意图如图所示。

34. 四、实验准备 • 1、准备好实验所用的试样(试样材料)。 • 2、排除噪声源。 • 3、在仪器运输前，对声发射仪、传感器、前置放大器、电源/信号电缆、传感器电缆组成的测试系统进行灵敏度测试或标定，确保仪器满足检测要求。

35. 五、实验步骤 • 1、在被检试样的相应位置处打磨出见金属光泽的φ20mm的圆形区域，作为安装传感器的位置。 • 2、将两个传感器S1、S2耦合在铁板上，采用适宜的耦合剂（真空脂或凡士林）及固定装置（磁座），以确保具有良好的声耦合效果。 • 3、测量两个传感器的间距L。

36. 4、将声发射仪、计算机、前置放大器和传感器正确连接。4、将声发射仪、计算机、前置放大器和传感器正确连接。 • 5、开机。 • 6、标定。 • 7、测衰减 • 在距离传感器S1由近及远的位置分别断铅，观察收到的声发射信号，填写声发射信号衰减数据表，验证声波的衰减情况。

37. 8、测波速 • 在S1、S2连成的直线上断铅，记录S1和S2收到声发射信号的时间T1，T2，计算T1和T2的绝对值。根据公式计算波速。 • 9、线定位 • 对两个传感器的间距n等分，标注n等分点，在每个点处断铅，验证声发射仪的线定位功能。 • 10、关机。 • 11、拆卸传感器和前置放大器。

38. 六、数据处理 • 1、衰减数据表

39. 2、计算波速 • 记录S1、S2收到信号的时间，计算，根据公式计算波速。