探傷技術在超薄金屬內襯輕量化復合材料壓力容器檢測中的應用研究

孔凡宏

（武威市特種設備檢驗所，甘肅 武威 733000）

超薄金屬內襯輕量化復合材料壓力容器檢測是確保復合材料壓力容器質量的關鍵方式，復合材料壓力容器的質量直接影響著超薄金屬內襯輕量化復合材料壓力容器的安全性能[1]。因此，加強對超薄金屬內襯輕量化復合材料壓力容器檢測的檢測是具有十分現實的意義的，可確保壓力容器的穩定可持續使用。本文通過將探傷技術應用在超薄金屬內襯輕量化復合材料壓力容器檢測中，致力于提高壓力容器檢測的精度。國內已有學者針對探傷技術在超薄金屬內襯輕量化復合材料壓力容器檢測中的應用做出研究，結果表明利用探傷技術能夠有效提高受檢物體的質量。不僅如此，陳誠等人通過超聲波探傷技術在金屬內襯壓力容器檢測中的應用研究，證明了探傷技術能夠有效提高受檢物體缺陷檢測的準確率和可靠性。因此，本文此次基礎上，提出基于探傷技術的超薄金屬內襯輕量化復合材料壓力容器檢測方法，致力于將傳統的檢測方法和現代探傷技術相結合，實現無損檢測的數字化以及智能化。

1 基于探傷技術的超薄金屬內襯輕量化復合材料壓力容器檢測方法

本文設計的基于探傷技術的復合材料壓力容器檢測原理，如圖1所示。

圖1 基于探傷技術的復合材料壓力容器檢測原理圖

結合圖1所示，下文將針對超薄金屬內襯輕量化復合材料壓力容器檢測具體措施，進行詳細闡述。

1.1 復合材料壓力容器偏振軸檢測

復合材料壓力容器偏振軸檢測作為確定復合材料壓力容器質量的關鍵依據，下述將進行復合材料壓力容器中偏振軸的檢測。首先，圈定復合材料壓力容器中出現缺陷的缺陷范圍，采用探傷技術，將缺陷圓心與壓力容器邊緣進行連線，自定義該軸為偏振軸，壓力容器正常的發射矢量與偏振軸之間形成的角度為偏振角[2]。則其計算公式，如公式（1）所示。

如上述公式所示，為偏振角的計算公式。公式（1）中γ指的是復合材料壓力容器檢測的偏振角度；l指的是偏振軸長度，取值范圍通常≥1，計算單位為cm；Rz指的是超聲波探傷儀正常狀態下的發射偏振方向；r指的是為圈定缺陷范圍的圓心，通常以坐標的形式進行表達。根據偏振角度的計算，下述將進行偏振軸的檢測，預測復合材料壓力容器可能出現缺陷的位置，為下述壓力容器缺陷檢測的評級提供依據。

1.2 基于探傷技術的壓力容器缺陷檢測評級

結合《特種設備安全法》對超薄金屬內襯輕量化復合材料壓力容器提出的要求，對復合材料壓力容器的結構實體檢測主要從"小面積破損或無破損檢測"和"同條件壓力容器養護"兩個方面進行。"小面積破損或無破損檢測"主要用于不同養護條件下或壓力容器樣本的抗壓性能較差等方面的檢測，第一步，要確保壓力容器檢測表面經外觀檢查后合格；第二步，了解被測壓力容器的基本特征情況；第三步，綜合判定缺陷大小。基于探傷技術選擇DAC功能組，將超聲波探傷儀設置為“開啟”狀態。結合《安全生產法》等相關規定，對于同條件下養護的復合材料壓力容器，采用判斷壓力容器的養護強度等方式確保檢測方法的真實有效性，可實現切實際的反映壓力容器的寬度，同時加強對壓力容器樣本的施壓、取樣等檢測環節的監控。合超聲波碧珍貴檢測的數字化、圖像化、實時化、智能化。

1.3 分析處理檢測數據

將采集到的超薄金屬內襯輕量化復合材料壓力容器檢測數據導入數據處理軟件進行數據分析，查找缺陷具體情況[3]。檢測數據通過探傷技術中的DAC分析曲線對缺陷定性做出定量的判斷，其定量判斷原理可以用工程應用方程式來表達，如公式（2）所示。

在公式（2）中，Lm指的是缺陷定性水平數值；指的是被測超聲波的輻射率；L(T1)指的是超聲波輻射相應的數值水平；L(Th)指的是復合材料壓力容器在背景溫度下的對應數值水平。通過公式（1）可以得出復合材料壓力容器的缺陷定性水平數值，從而判斷復合材料壓力容器的缺陷情況。Lm值的準確程度能夠直接影響壓力復合材料容器缺陷的定位精度，因此，必須通過探傷技術利用超聲波在鋼中折射角的正切值來獲得。對于“小面積破損或無破損”的復合材料壓力容器的缺陷檢測，可直接采用局部破損法對其進行缺陷檢測。

根據計算得出的復合材料壓力容器缺陷情況，建立復合材料壓力容器檢測數據庫。復合材料壓力容器檢測數據庫可針對壓力容器的缺陷情況，分為：一般缺陷、嚴重缺陷以及危急缺陷。壓力容器一般缺陷的判別方法為：Lm數值低于20，且存在一定溫差，溫度場存在定梯度，但不足以引起事故的發生。本文針對一般缺陷的處理要求為：首先對缺陷情況記錄在案，再通過密切關注其發展趨勢，有針對性的安排檢修，最后將缺陷扼殺在搖籃里，防止缺陷進一步擴大造成的安全隱患。嚴重缺陷的判別方法為：Lm數值的范圍在20～60之間，壓力容器存在過熱現象，且缺陷程度較重，溫度場分布梯度較大，具有較大的溫差。針對嚴重缺陷的處理要求為：必須盡快安排處理，在必要時可以降低負荷電流，進一步確認缺陷性質，在此基礎上，立即采取相應解決措施。危急缺陷的判別方法為：Lm數值超過60，壓力容器最高溫度超過規定范圍內最高允許溫度。針對危急缺陷的處理要求為：必須立即安排消缺處理，在有必要的情況下，可以結合其他檢測手段，以最快的速度對壓力容器的缺陷進行處理，最大程度上避免出現安全事故。通過長期的檢測，按照壓力容器的缺陷情況建立復合材料壓力容器檢測數據庫，為不同階段、不同缺陷程度的檢測提供歷史參考。針對復合材料壓力容器檢測數據庫處理軟件進行數據分析后，可生成完整的復合材料壓力容器檢測報告，完成對超薄金屬內襯輕量化復合材料壓力容器的檢測。

2 實驗

2.1 實驗準備

本文通過實驗的方式證明設計檢測方法的有效性，將其與傳統的檢測方法對超薄金屬內襯輕量化復合材料壓力容器的檢測偏振缺陷數目進行比較。超薄金屬內襯輕量化復合材料壓力容器具體參數，如表1所示。

表1 超薄金屬內襯輕量化復合材料壓力容器參數

結合表1所示，設計對比實驗如下：設置傳統檢測方法為對照組，設置本文設計的方法為實驗組，為保證實驗結果的客觀性，選取20種不同類型的偏振缺陷進行分別檢測，且其它對實驗結果產生影響的因素保持一致，收集5組實驗數據，將實驗過程中的相關數據信息進行記錄，并通過分析得出對兩種方法檢測出的偏振故障數目。

2.2 實驗結果分析與結論

根據上述設計的實驗步驟，進行測試，將兩種檢測方法下的測試結果進行對比。具體實驗結果，如表2所示：

表2 測出的偏振缺陷數目對比表

從表2中可以看出，實驗組檢測出的偏振故障數目明顯高于對照組檢測的偏振故障數目。因此，通過實驗證明了本文設計的檢測方法具有更高的檢測能力，更具有實際的應用價值，有理由應加大該方法在超薄金屬內襯輕量化復合材料壓力容器檢測中的應用。

3 結語

超薄金屬內襯輕量化復合材料壓力容器檢測無論是對于國家還是個人都很重要，壓力容器一旦出現泄漏問題可能造成嚴重后果，天然氣作為易燃易爆的介質一旦泄漏更是可能造成火災爆炸等災害發生。因此，做好壓力容器泄漏的突發應對是安全工作的一項重要內容。本文通過以上研究，提出基于探傷技術的超薄金屬內襯輕量化復合材料壓力容器檢測方法，并對檢測數據進行有針對性的分析處理，取得了一定的研究成果，希望能夠為超薄金屬內襯輕量化復合材料壓力容器檢測方面的研究提供理論支持。