球形储罐的无损检测技术

球形储罐是储存各种气体和液化气体的常用压力容器之一，在石油、化工、冶金和城市燃气供应等方面得到广泛使用。综述了球形储罐在制造、安装和使用过程中不同阶段可能出现的缺陷和分别采用的各种无损检测方法，包括射线检测、超声检测、磁粉检测、渗透检测、电磁涡流检测、声发射检测和磁记忆检测等技术,此文主要介绍了射线和超声这些无损检测方法的特点。

    1球形储罐制造过程中采用的无损检测技术
　　球形储罐在工厂的制造工艺过程包括球壳钢板的切割及压制成型，人孔、接管和支柱的焊接等；在工厂制造过程中对无损检测的要求为球壳钢板的超声检测，球壳板坡口的磁粉或渗透检测，人孔、接管和支柱焊缝的磁粉或渗透检测；检测标准为JB4730-1994《压力容器无损检测》。
　　对球壳用钢板进行超声检测的主要目的是发现板材在冶炼和轧制过程中产生的白点、裂纹和分层等缺陷。并非所有球壳用钢板都需超声检测，GB12337-1998《钢制球形储罐》规定，凡符合一定条件的球壳用钢板，必需逐张进行超声检测，即①厚度≥30mm的20R和16MnR钢板。②厚度≥25mm的15MnVR和15MnVNR钢板。③厚度≥20mm的16MnDR和09Mn2VDR钢板。④调质状态供货的钢板。⑤上下极板和与支柱连接的赤道板。
    钢板超声检测选用纵波直探头，6～20mm厚的钢板需选用晶片面积≮150mm2的5MHz双晶直探头，检测用试块为台阶标准试块；20～250mm厚的钢板需选用的直径为Ф14～25mm的圆晶片，或面积≮200mm2的方晶片2．5MHz单晶直探头，检测用试块为φ5mm平底孔标准试块。钢板的超声检测按JB 4730的规定，热轧、正火状态供货的钢板质量等级应不低于Ⅲ级，调质状态供货的钢板质量等级应不低于Ⅱ级。
　　钢板在切割好后，球壳板周边＜100mm内应进行100％超声检测，检测工艺与上述要求相同。对于标准抗拉强度下限值σb>540MPa的钢材，气割坡口表面应进行磁粉或渗透检测。另外，还要对人孔、接管和支柱焊缝的表面进行磁粉或渗透检测。

2球形储罐安装过程中采用的无损检测技术
　　球形储罐在现场的组装方法主要有散装法和球带组装法等。散装法是在安装基础上安妥支柱，然后将单块或多块组焊好的球瓣进行吊装；球带组装法是先将球瓣在平台上按不同的球带分别组装，并完成纵缝的焊接，然后再将球带组装成整球，焊接环缝。与压力容器制造车间相比，球罐的现场组装采用手工焊，环境条件较差，且焊缝为全位置焊接，容易出现错边、气孔、夹渣、未熔合、未焊透和裂纹等焊接缺陷，因此采用无损检测对焊接质量的控制十分重要。通常对焊缝内部的缺陷采用射线或超声检测方法，对焊缝的表面缺陷采用磁粉或渗透检测方法。
    2.1射线与超声检测
　　GB 12337标准第8.6.4.1规定，凡符合下列条件之一的球壳对接接头，应按图样规定的检测方法，进行100％的射线或超声检测，即①厚度δs＞30mm的碳素钢和16MnR钢制球罐。②厚度δs>25mm的15MnVR和15MnVNR钢制球罐。③材料标准抗拉强度下限值σb>540MPa的钢制球罐。④进行气压试验的球罐。⑤图样注明盛装易燃和毒性为极度危害或高度危害物料的球罐。⑥图样规定须进行100％检测的球罐。
　　对于进行100％射线或超声检测的焊接接头，是否采用超声或射线检测进行相互复检，以及复检的长度，由设计者在图样上予以规定。
　　除上述规定以外的焊接接头，允许作局部射线或超声检测，具体检测方法按图样规定。检测长度不得少于各条焊接接头长度的20 ％，而且某些部位必需全部进行检测，即①焊缝的交叉部位。②嵌入式接管与球壳连接的对接接头。③以开孔中心为圆心，1.5倍开孔直为半径的圆内所包容的焊接接头。④公称直径≮250mm的接管与长颈法兰、接管与接管对接的焊接接头。⑤凡被补强圈、支柱、垫板和内件等所覆盖的焊接接头。
　　检测标准按JB 4730进行，射线照相的质量要求应不低于AB级。对100％检测的对接接头，检测结果不低于Ⅱ级为合格；对局部检测的对接接头，检测结果不低于Ⅲ级为合格。对于100 ％超声检测的对接接头，I级为合格；局部检测的对接接头，不低于Ⅱ级为合格。
　　射线检测使用的探伤设备包括X射线探伤机和γ射线探伤机，一般X射线探伤机适用于厚度＜50mm的钢板，75Se γ源检测厚度范围为10～40mm，192lrγ源检测厚度范围为20～100mm，60Coγ源检测厚度范围为40～200mm。由于球形储罐结构的特点，射线探伤特别适合采用γ源，将γ源放在球罐的中心，一次透照即可完成所有焊缝的检测，效率很高。
　　超声检测方法适用于母材厚度＞8mm，全焊透熔化焊对接焊缝内部缺陷的检测。采用的仪器为A型脉冲反射式超声波探伤仪，仪器的工作频率范围为1～5MHz。采用的探头一般为2～5MHz频率的K值探头，利用一次反射法在焊缝的单面双侧对整个焊接接头进行检测。当母材厚度＞46mm时，采用双面双侧的直射波检测。对于要求比较高的焊缝，根据实际需要也可将焊缝余高磨平，直接在焊缝上进行检测。检测区域的宽度是焊缝本身加上焊缝两侧各相当于母材厚度30％的一段区域，而且最小为10mm。
       4结论
　　无损检测技术在球罐的制造、安装和使用过程中，对保证其质量和安全运行扮演极其重要的角色。对于制造过程，以球壳板的超声波检测方法为主；对于安装过程，以对接焊缝的射线或超声检测方法为主；对于在用过程的定期检验，以表面检测和声发射检测方法为主。另外，电磁涡流检测和磁记忆检测等新技术在在线检测方面已开始得到应用。可以预计，随着新的无损检测技术的发展，必将有一些检测速度更快、灵敏度和可靠性更高、缺陷显示更直观的新方法在球罐的检测中得到应用。