Test non distruttivo di recipienti a pressione—— Test non distruttivo di automobili e cisterne ferroviarie

Riassunto: Riepilogare i difetti e i possibili metodi di test non distruttivi utilizzati nella produzione e nell'uso di automobili e cisterne ferroviarie, tra cui radiazioni, ultrasuoni, particelle magnetiche, penetrazione, dispersione magnetica, emissioni acustiche e test di memoria magnetica, ecc., e introdurre ciascuna caratteristica non distruttiva dei metodi di rilevamento.

Parole chiave: recipiente a pressione; cisterna; test ad ultrasuoni; test con particelle magnetiche; test radiografici; test di penetrazione; test di dispersione magnetica; test sulle emissioni acustiche; test della memoria magnetica.

I regolamenti sulla supervisione tecnica della sicurezza dei recipienti a pressione includono autocisterne (veicoli per il trasporto di gas liquefatto (semirimorchi), veicoli per il trasporto di liquidi a bassa temperatura (semirimorchi), cisterne ferroviarie (il mezzo è gas liquefatto e liquido a bassa temperatura) e contenitori cisterna (il mezzo è gas liquefatti e liquidi criogenici) sono collettivamente indicati come recipienti a pressione mobili e sono disponibili nei tipi a temperatura normale, bassa temperatura e criogenici. Sono ampiamente utilizzati nei settori petrolifero e chimico, aerospaziale, elettronico e dei macchinari, alimentare e del tabacco e nelle cure mediche. In particolare, negli ultimi anni, la Cina ha accelerato il ritmo della gassificazione urbana e una maggiore protezione ambientale. L'importo è aumentato rapidamente. Poiché la maggior parte dei mezzi immagazzinati e trasportati dai recipienti a pressione mobili sono gas liquefatti infiammabili, esplosivi e nocivi e liquidi a bassa temperatura, come improvvisi incidenti di sicurezza, ciò causerà gravi danni alla proprietà nazionale e alla vita delle persone. Pertanto, il recipiente a pressione mobile deve essere testato per garantirne l'utilizzo sicuro. Le caratteristiche e i requisiti della tecnologia di prova non distruttiva utilizzata nelle diverse fasi saranno riassunti in base alle caratteristiche della sua fabbricazione e utilizzo. Inoltre, negli argomenti successivi verrà discussa in modo specifico la tecnologia dei controlli non distruttivi per contenitori a bassa temperatura e a raffreddamento profondo.

Le autocisterne automobilistiche e quelle ferroviarie coinvolgono settori professionali come la gestione del traffico, la protezione antincendio della pubblica sicurezza, le attrezzature speciali e il trasporto di sostanze chimiche pericolose. Le tecnologie di test non distruttive esistenti in Cina sono soggette a normative o specifiche tecniche i cristalli piezoceramici per questi due tipi di recipienti a pressione mobili hanno principalmente la qualità nazionale originale. Regolamento sulla supervisione tecnica della sicurezza dei recipienti a pressione emesso dall'Ufficio di supervisione tecnica, Regolamento sull'ispezione periodica dei recipienti a pressione emesso dall'Amministrazione generale di supervisione della qualità, ispezione e quarantena, Regolamento sulla supervisione della sicurezza dei veicoli a gas liquefatto e delle autocisterne promulgato dall'ex Ministero del Lavoro e 'Normativo sulla gestione della sicurezza delle navi cisterna per gas liquefatto' del Ministero dell'industria chimica; Le norme pertinenti relative ai due tipi di test non distruttivi dei recipienti a pressione mobili sono JB / T 6897 'Cisterne per liquidi criogenici', JB / TQ782 'Cisterne per gas di petrolio liquefatto', Specifiche tecniche HG 2599 per autocisterne per ammoniaca liquida, Specifiche tecniche GB 10478 per autocisterne ferroviarie per gas liquefatto e Specifiche tecniche GB 10479 per autocisterne su rotaie in alluminio.

Tecnologia dei controlli non distruttivi nel processo produttivo

I requisiti per la produzione delle autocisterne per automobili e delle autocisterne ferroviarie sono stabiliti rispettivamente nelle 'Norme sulla supervisione della sicurezza delle autocisterne per veicoli a gas liquefatto' e nelle 'Norme sulla gestione della sicurezza delle autocisterne per le ferrovie a gas liquefatto' (due regolamenti in breve), e le 'Norme sulla supervisione tecnica per la sicurezza dei recipienti a pressione' (denominate 'Norme sulla capacità') stabiliscono anche requisiti di prove non distruttive per la fabbricazione di questi due tipi di recipienti mobili a pressione. A causa dei diversi dipartimenti in cui le normative sono formulate e le date di implementazione sono diverse, anche i requisiti di produzione e gli standard di accettazione delle ispezioni non distruttive per i due tipi di recipienti a pressione mobili sono diversi. Per le prove non distruttive nella produzione, oltre a soddisfare gli standard e i documenti di progettazione, dovrebbero essere generalmente soddisfatti anche i requisiti delle 'Norme sulla capacità' Se le prove non distruttive devono essere eseguite in conformità con le disposizioni di JB 4730 —2005 'Prove non distruttive delle apparecchiature a pressione'. Anche i requisiti speciali dei due tipi di veicoli non coperti dai regolamenti dovrebbero soddisfare i requisiti dei due regolamenti di cui sopra.

1.1 Controlli non distruttivi sulle materie prime

Le piastre di acciaio al carbonio e di acciaio a bassa lega utilizzate per la produzione dei serbatoi devono essere sottoposte a test ad ultrasuoni uno per uno. Il test ad ultrasuoni delle piastre di acciaio deve essere effettuato in conformità con le disposizioni di JB 4730. Il grado qualificato delle piastre di acciaio non deve essere inferiore al Grado II. Lo scopo principale dei test ad ultrasuoni è individuare difetti come delaminazione, macchie bianche, pelli pesanti piegate e crepe generate durante la fusione e la laminazione della lamiera. L'ispezione può essere eseguita su qualsiasi piano di laminazione della lamiera di acciaio e la sonda viene scansionata lungo linee parallele perpendicolari alla direzione di laminazione della lamiera di acciaio con una distanza di 100 mm. Possono essere eseguiti anche altri tipi di scansione in base ai requisiti del contratto, dell'accordo tecnico o del disegno. Quando viene riscontrato un difetto, è necessario ispezionarlo attentamente e misurarlo attorno all'area del difetto. La natura del difetto deve essere valutata in modo esaustivo in base alle caratteristiche della forma d'onda e al processo di produzione della piastra in acciaio. Ad esempio, la forma d'onda del difetto del punto bianco è nitida e attiva, la ripetibilità è scarsa, l'onda inferiore è significativamente ridotta e il numero di volte è ridotto. Quando la sonda viene spostata, le fluttuazioni dell'eco sono grandi, una dopo l'altra, e la simmetria della direzione dello spessore e così via.

2.1.2 Controlli non distruttivi durante la produzione

Le autocisterne automobilistiche e ferroviarie sono soggette a numerosi difetti di saldatura, come pori, inclusioni di scorie, mancata fusione, non saldature e crepe, quindi è importante utilizzare test non distruttivi per controllare la qualità della saldatura. Generalmente, i difetti interni della saldatura vengono ispezionati mediante radiografia o ultrasuoni. Per i giunti angolari e i giunti a T che richiedono un'ispezione non distruttiva, è necessario eseguire l'ispezione con polvere magnetica o penetrazione quando non è possibile l'ispezione radiografica o a ultrasuoni.

Le suddette 'Norme sulla capacità' e le due normative impongono i seguenti requisiti sulle prove non distruttive nel processo di produzione dei serbatoi: ① Il personale addetto alle prove non distruttive deve essere valutato in conformità con le 'Regole di valutazione della qualificazione del personale addetto alle prove non distruttive per recipienti a pressione di caldaie', e solo dopo aver ottenuto un certificato di qualificazione può intraprendere attività di prove non distruttive che corrispondono al tipo e al livello tecnico del certificato di qualificazione. ② È necessario controllare la forma, le dimensioni e la qualità dell'aspetto dei giunti saldati del serbatoio e, dopo averli superati, è possibile eseguire test non distruttivi. Per i materiali con tendenza alla fessurazione ritardata, le prove non distruttive devono essere eseguite 24 ore dopo il completamento della saldatura; per i materiali con tendenza alla fessurazione da calore, le prove non distruttive devono essere aggiunte dopo il trattamento termico. ③ I giunti di testa del serbatoio e del passo d'uomo devono essere ispezionati mediante radiografia o ultrasuoni. ④ La superficie dei giunti angolari, come tombini, piastre di rinforzo e tubazioni del serbatoio, deve essere testata mediante polvere magnetica o penetrazione.
Il 'Regolamento sulla gestione della sicurezza delle cisterne ferroviarie per il gas liquefatto' stabilisce inoltre che quando viene utilizzata l'ispezione ultrasonica al 100% per i giunti di testa del serbatoio, deve essere aggiunto almeno il 20% dell'esame radiografico. Il sito di riesame dovrebbe includere l'intersezione della saldatura e il sito sospetto dell'ispezione ultrasonica. Quando la riispezione rileva che è presente un difetto superiore allo standard, la lunghezza della riispezione del 10% (la lunghezza totale della saldatura corrispondente) dovrebbe essere aumentata. Se il difetto fuori standard viene ancora riscontrato, è necessario eseguire una nuova ispezione al 100%. Lo standard di prova viene eseguito secondo JB 4730. I requisiti di qualità delle radiografie non devono essere inferiori al grado AB. Per i giunti di testa testati al 100%, il risultato del test non è inferiore al Grado II per essere qualificati. Per i giunti di testa sottoposti a test ultrasonico al 100%, è accettabile il GradoⅠ. Prima del test con particelle magnetiche o penetrazione, la superficie testata deve essere lucidata per esporre la lucentezza metallica e la saldatura e il metallo di base devono avere una transizione uniforme. Il test viene eseguito secondo lo standard JB4730 e i risultati del test sono qualificati di gradoⅠ.

3.2 Tecnologia di controllo non distruttivo per automobili e cisterne ferroviarie in uso

Il 'Regolamento per l'ispezione periodica dei recipienti a pressione' ha formulato un allegato speciale 'Requisiti regolari per l'ispezione periodica dei recipienti mobili a pressione' per l'ispezione delle navi cisterna. Integra il 'Regolamento sulla capacità' e i due regolamenti e propone forti requisiti di ispezione periodica più standardizzati, specifici e operativi. Le specifiche unificate come l'ispezione intermedia e la revisione delle cisterne ferroviarie nei recipienti mobili a pressione e l'ispezione intermedia dei contenitori cisterna sono chiamate ispezioni annuali e ispezioni complete, e il contenuto delle prove non distruttive delle saldature in alcune ispezioni annuali originali è suddiviso in ispezioni complete. I requisiti per l'ispezione in servizio della cisterna, 'Regolamenti per l'ispezione periodica dei recipienti a pressione', prevedono che venga eseguita l'ispezione superficiale al 100% delle saldature d'angolo e di testa sulla superficie interna della cisterna. Quando esiste una delle seguenti condizioni, anche il saldatore deve essere sottoposto a un'ispezione casuale a raggi o ultrasuoni, ovvero ① l'autocisterna è rimasta fuori servizio per più di 10 anni ed è stata rimessa in servizio. ② Riparare le parti saldate durante l'uso. ③ dove la quantità di disallineamento e angolo del bordo supera lo standard. ④ perdita dei giunti saldati e delle prolunghe su entrambe le estremità. ⑤ A causa dell'incidente, i giunti saldati del serbatoio o le saldature vicine sono gravemente danneggiati e deformati. ⑥ Il luogo in cui si sospettava l'ultima ispezione di difetti sepolti ed era necessaria un'ispezione di follow-up. ⑦ Ha la tendenza alla tensocorrosione come il rigonfiamento dell'idrogeno. ⑧Richiesto dall'utente o ritenuto necessario dall'ispettore. Per coloro che sono stati sottoposti a ispezione casuale mediante radiografia o ultrasuoni, la successiva ispezione completa, se non vengono rilevati difetti dall'aspetto o dall'ispezione superficiale, generalmente non vengono ispezionati, ma il serbatoio deve essere sottoposto a radiografia o ultrasuoni dopo due cicli di ispezione completi. Con l'arricchimento dei metodi di rilevamento, per il rilevamento in uso delle autocisterne, è possibile utilizzare anche l'emissione acustica per determinare l'attività dei difetti, oppure è possibile utilizzare metodi di rilevamento della memoria magnetica per determinare se esistono danni da fatica in determinate aree concentrate ad alto stress e si possono utilizzare metodi di rilevamento delle perdite magnetiche. Monitorando lo stato di corrosione della superficie interna del serbatoio dalla superficie esterna del serbatoio, queste tecnologie sono particolarmente adatte per il rilevamento quotidiano delle autocisterne in uso.

4.2.1 Ispezione della superficie

Durante l'ispezione completa della cisterna, vengono testate in superficie le saldature d'angolo come i tombini, le piastre di rinforzo e gli ugelli sul serbatoio e le saldature di testa sulla superficie interna. L'ispezione superficiale delle saldature di testa di materiali ferromagnetici adotta generalmente l'ispezione con particelle magnetiche. Durante l'ispezione della polvere magnetica i trasduttori ceramici piezoelettrici non possono essere utilizzati per le saldature d'angolo, è possibile utilizzare anche metodi di ispezione con penetrazione. L'ispezione superficiale di materiali non ferromagnetici utilizza il metodo di rilevamento della penetrazione. Durante le prove non distruttive della superficie delle autocisterne, è necessario sottolineare le seguenti parti: ① Saldature e cricche da fatica sono spesso presenti nella saldatura e nella zona interessata dal calore della saldatura, in particolare nella bocca della saldatura a forma di T, saldatura d'angolo, saldatura di testa e difetti superficiali della saldatura. ② Fatica e tensocorrosione sono facili da verificare in luoghi con elevata sollecitazione locale. La maggiore sollecitazione nel serbatoio dell'autocisterna è generata principalmente nei punti in cui la struttura è discontinua, ad esempio attorno all'apertura del passo d'uomo del serbatoio, al foro di installazione della valvola di sicurezza, il fondo del serbatoio al centro del serbatoio si trova sulla piastra portante della sella e la combinazione delle parti del serbatoio e della cassetta, la parte di transizione della testata e le sue vicinanze, l'estremità del cilindro e gli accessori di saldatura. Il rilevamento di particelle magnetiche utilizza generalmente un rilevatore di difetti a giogo portatile, semplice nella struttura, leggero e facile da usare. Il metodo del giogo utilizza gioghi a giunto singolo e multigiunto per magnetizzare longitudinalmente il pezzo, che è adatto per l'ispezione locale delle saldature del serbatoio, come le saldature di testa e le saldature d'angolo. Le sue caratteristiche sono un'attrezzatura semplice e un funzionamento conveniente, ma poiché è necessario effettuare almeno due test indipendenti perpendicolari tra loro nella stessa posizione, l'efficienza è bassa ed è facile causare un mancato rilevamento. Il metodo del giogo incrociato utilizza un campo magnetico rotante per magnetizzare il pezzo, adatto per l'ispezione locale della saldatura di testa del serbatoio. Poiché il giogo magnetico incrociato può essere utilizzato per ottenere il campo magnetico rotante, è sensibile e affidabile e l'efficienza di rilevamento dei difetti è elevata, quindi è ampiamente utilizzato nell'ispezione dei serbatoi. Un metodo di magnetizzazione completamente continuo viene comunemente utilizzato per magnetizzare un pezzo utilizzando un campo magnetico rotante. Lo standard JB 4730 specifica che le specifiche di magnetizzazione del metodo del giogo possono essere determinate in base alla striscia reattiva di sensibilità o alla forza di sollevamento. Per il giogo, quando la distanza tra i poli del giogo elettromagnetico è di 200 mm, il giogo elettromagnetico CA deve avere una forza di sollevamento di almeno 44 N e il giogo elettromagnetico CC deve avere una forza di sollevamento di almeno 177 N. La spaziatura dei poli magnetici deve essere controllata tra 50 e 200 mm, ma l'area di magnetizzazione effettiva è definita come l'area di ± 50 mm su entrambi i lati della connessione bipolare, che dovrebbe sovrapporsi di 15 mm tra due prove; per un giogo a croce, il requisito della forza di sollevamento è ≮88 N. Quando il test con particelle magnetiche non può essere eseguito a causa della struttura o del materiale, viene utilizzato il test di penetrazione. I test di penetrazione delle autocisterne e delle cisterne ferroviarie utilizzano principalmente l'ispezione della penetrazione del colore. Prima del test, la superficie della saldatura deve essere pulita con strumenti come smerigliatrici e spazzole di ferro per rimuovere detriti come scorie di saldatura, ruggine e strati di ossido oleoso ed evitare che i difetti superficiali vengano bloccati durante la pulizia. Nella condizione di 15-50 ℃, il tempo di penetrazione del penetrante è generalmente ≮10 min. Il solvente viene solitamente rimosso strofinando. In genere, pulire prima con un panno pulito e privo di peli fino a rimuovere la maggior parte del penetrante in eccesso, quindi pulire con un panno pulito e privo di peli o con carta imbevuta di detergente, fino a rimuovere tutto il penetrante in eccesso dalla superficie di prova. Pulisci, non strofinare avanti e indietro e non risciacquare direttamente con il detergente sulla superficie da ispezionare. L'immagine della saldatura viene solitamente spruzzata. Dopo aver spruzzato l'agente imaging per 3-5 minuti, l'immagine visualizzata può essere osservata ad occhio nudo o con l'aiuto di una lente di ingrandimento da 3 a 5 volte. L'osservazione deve essere eseguita a condizione che la luce visibile sulla superficie da ispezionare sia > 500 lx.

2. Ispezione a 2 raggi
Il vantaggio dell'ispezione radiografica è che i difetti sono qualitativamente accurati e intuitivi, il che è conveniente per molte persone analizzare i difetti. Per un'ispezione completa delle autocisterne interne ed esterne durante l'uso, la scelta dell'energia dei raggi dipende dallo spessore del pezzo di transilluminazione e dal tipo di materiale, e talvolta dalle condizioni dell'attrezzatura. Generalmente, al diminuire dell'energia del raggio, aumenta il contrasto dell'immagine in transilluminazione. Pertanto, quando il tempo di esposizione lo consente, è opportuno utilizzare il più possibile l'energia dei raggi inferiori. Inoltre, i difetti fuori standard rilevati dai test ad ultrasuoni vengono solitamente riesaminati con test radiografici per determinare ulteriormente la natura e la posizione specifica del difetto e fornire una base per la riparazione del difetto.

2. 3 Test ad ultrasuoni
A causa del basso costo e dell'elevata velocità dell'ispezione ad ultrasuoni, l'elevato tasso di rilevamento dei difetti dell'area è adatto per saldature di testa e saldature d'angolo. Lo strumento di rilevamento è di piccole dimensioni, leggero, comodo da usare sul sito e rispetto alle radiazioni. Nessun danno alle persone, quindi è ampiamente utilizzato nell'ispezione completa dei serbatoi. Con lo sviluppo della tecnologia, il metodo di rilevamento ad ultrasuoni è stato in grado di quantificare accuratamente i difetti, il che fornisce le condizioni di base per la valutazione meccanica della frattura dei difetti. Per i difetti sepolti che superano lo standard, ci sono molti casi in cui la sicurezza del loro utilizzo è determinata dal metodo di valutazione della sicurezza. Il 'Regolamento sulla gestione della sicurezza delle navi cisterna ferroviarie per il gas liquefatto' propone requisiti di valutazione tecnica completi per le cisterne di cloro liquido, anidride solforosa liquida con una durata di vita superiore a 15 anni e le cisterne con altri mezzi che hanno una durata di vita superiore a 20 anni, ma non specifica il contenuto della valutazione. Alcune unità di ispezione utilizzano il metodo di valutazione della sicurezza per verificare se è possibile utilizzare i serbatoi con difetti che superano lo standard. La nuova revisione JB 4730 stabilisce che il metodo per misurare l'altezza dei difetti nel rilevamento ultrasonico è il metodo dell'onda di diffrazione del punto finale difettoso, il metodo dell'eco massimo finale e il metodo 6dB, ecc., ma il metodo con la massima precisione di misurazione attualmente è il metodo dell'onda di diffrazione del punto finale difettoso, con un intervallo accurato da 0,5 a 1 mm. La risoluzione del rilevamento degli ultrasuoni è un indicatore importante del rilevamento degli ultrasuoni, che è suddiviso in risoluzione temporale, risoluzione spaziale e risoluzione del contrasto. La risoluzione temporale riflette l'affidabilità dei risultati del test nel tempo, garantendo che non vi sia alcun test mancante durante il test. La risoluzione spaziale si riferisce alla capacità di distinguere due riflettori adiacenti in determinate condizioni. La risoluzione del contrasto è una misura del grado con cui è possibile distinguere due strutture adiacenti in un'immagine ecografica. Al fine di migliorare la risoluzione di rilevamento, la ricerca teorica sul metodo TOFD, sul metodo Phased Array e sul metodo di imaging olografico è matura e i corrispondenti strumenti di test a ultrasuoni hanno iniziato a essere divulgati e applicati. Questi metodi possono ottenere una visualizzazione più intuitiva e dati più accurati sui difetti interni.

Test di memoria magnetica
A causa di discontinuità strutturali come teste, pozzetti e ugelli, tensioni residue nella saldatura, supporto del contenitore, tensioni residue prodotte dalla lavorazione di componenti a pressione e discontinuità nella struttura interna del materiale, esistono inevitabilmente concentrazioni di tensioni. Queste parti ad alta concentrazione di stress trasduttore a disco piezoelettrico sono soggette a fessurazioni per tensocorrosione e crepe da fatica a causa della combinazione di fattori quali mezzi, temperatura, pressione e urti durante il trasporto in cisterna. Pertanto, scoprire la parte di concentrazione dello stress sul serbatoio, determinare la dimensione della concentrazione di stress e analizzarne l'impatto sulle prestazioni di sicurezza dell'autocisterna sono diventati la chiave dei test. I metodi convenzionali di test non distruttivi (come radiazioni, ultrasuoni, particelle magnetiche e test di penetrazione) possono rilevare solo macrodifetti di una certa dimensione ed è difficile trovare microdifetti. La tecnologia di rilevamento della memoria magnetica metallica è in grado di rilevare le parti con concentrazione di stress che possono provocare danni o distruzione, fornendo una base per la diagnosi precoce del serbatoio. Il test della memoria magnetica viene utilizzato principalmente per il monitoraggio in linea e l'ispezione periodica dei serbatoi. Lo scopo è quello di analizzare rapidamente la concentrazione complessiva di stress dell'apparecchiatura, effettuare una diagnosi precoce di possibili danni e concentrarsi sull'esame delle parti che potrebbero presentare problemi dopo la diagnosi per garantire la sicurezza d'uso e prevenire incidenti. Poiché il test della memoria magnetica non richiede un'elevata pulizia della superficie di saldatura, non è necessario.