《特種設(shè)備安全工程學(xué)》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、實(shí)驗(yàn)一：壓力容器爆破實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊螅簻y(cè)定爆破壓力和屈服壓力并與理論值作比較。觀察厚壁圓筒的爆破過程、爆破形式和斷口形貌，判斷容器的破裂形式。二、實(shí)驗(yàn)基本情況實(shí)驗(yàn)類別：專業(yè)；實(shí)驗(yàn)性質(zhì)：演示；實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：2；每組人數(shù)：810三、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備：壓力容器爆破試驗(yàn)裝置（見下圖）、容器試件、游標(biāo)卡尺。5壓力表6容器試件4顯示器3壓力變送器7護(hù)罩8放水閥 2采樣模塊1泵9管道10水槽四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容步驟：1 熟悉壓力容器爆破試驗(yàn)裝置及流程。2 根據(jù)試件的原始尺寸、機(jī)械性能、理論公式估算爆破壓力。3向水槽內(nèi)加水至4/5深。然后開泵當(dāng)水從出水口溢出時(shí)停泵（排出管內(nèi)空氣）。4在試件中注滿水后安裝試件，并蓋好防護(hù)罩

2、5 通電開機(jī)，注意壓力表及顯示器的變化。記下屈服壓力（此時(shí)壓力指針上升速度與原來比明顯減慢）與爆破壓力，并與理論值作比較。6關(guān)機(jī)后打開放水閥，排出水。7試件破裂后，拆卸并仔細(xì)觀察其破壞情況及斷口形貌。五、實(shí)驗(yàn)原理對(duì)于由塑性較好的材料制成的厚壁圓筒在承受內(nèi)壓P作用情況下的膨脹曲線，如圖所示，破壞過程大致經(jīng)過以下三個(gè)階段。P C D A B Ps Pb 壓力容器爆破的膨脹曲線內(nèi)壓力在相應(yīng)于A點(diǎn)的壓力以下時(shí)，筒體處于彈性變形階段，相應(yīng)于A點(diǎn)的壓力稱彈性極限壓力。當(dāng)內(nèi)壓力超過A點(diǎn)時(shí)，圓筒內(nèi)壁首先屈服，如繼續(xù)增壓，則塑性區(qū)就會(huì)逐漸向外擴(kuò)展，直至B點(diǎn)沿整個(gè)圓筒截面屈服，即全部進(jìn)入塑性狀態(tài)，此時(shí)的內(nèi)壓力稱為

3、整體屈服壓力。由于鋼材的塑性變形硬化現(xiàn)象，圓筒在達(dá)到整體屈服后，承載能力仍會(huì)繼續(xù)提高，此時(shí)筒體的膨脹變形也隨之增加至C點(diǎn)，承載能力達(dá)到了極限，最后在D點(diǎn)發(fā)生爆破。在達(dá)到最大承載能力的C點(diǎn)時(shí)的內(nèi)壓力稱為爆破壓力。內(nèi)壓的變化一方面由壓力表顯示，與此同時(shí)又通過壓力變送器將壓力變?yōu)殡娏?，再由采樣模塊把電流的模擬量變?yōu)閿?shù)字量經(jīng)通訊線路在顯示器上顯示出來。在上述厚壁圓筒逐漸增加內(nèi)壓過程中，經(jīng)歷了彈性變形階段，部分屈服至整體屈服階段，材料硬化和爆破失效階段。不同的研究者從理論上分析了各個(gè)階段的應(yīng)力變化情況，提出了厚壁圓筒最高承載的各種理論計(jì)算公式如下：1、 第一強(qiáng)度理論： P=2、 第二強(qiáng)度理論： P=3、

4、 第三強(qiáng)度理論： P=4、 第四強(qiáng)度理論： P= 5、 特雷斯卡公式： P=lnK6、 米賽斯公式： P=7、 福貝爾公式： Pb=8、 史文森公式： Pb=9、 中徑公式： P=2 以上諸式中：分別為材料的屈服極限S或抗拉強(qiáng)度極限b，P為與材料屈服極限，強(qiáng)度極限相應(yīng)的屈服壓力PS或爆破壓力Pb。K=，n為應(yīng)變硬化指數(shù)，且有n=0.42（1-）。其中以第四強(qiáng)度理論，福貝爾、史文森、中徑公式等所計(jì)算的爆破壓力與試驗(yàn)數(shù)據(jù)較為接近。由于厚壁圓筒的爆破壓力與其材料，結(jié)構(gòu)形式，徑比K，制造質(zhì)量有關(guān)，因此工程上常通過爆破實(shí)驗(yàn)將理論公式所求得的爆破壓力與實(shí)測(cè)比較，以判斷容器制造的質(zhì)量和設(shè)計(jì)的安全裕度。六、實(shí)

5、驗(yàn)注意事項(xiàng)：由于本實(shí)驗(yàn)為演示性的壓力容器爆破實(shí)驗(yàn)，所以要注意安全防范，應(yīng)嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其中容器內(nèi)承壓介質(zhì)可為水、油等，不要用氣體介質(zhì)。七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：實(shí)驗(yàn)報(bào)告必須獨(dú)立完成，測(cè)定的爆破壓力和屈服壓力與理論值作比較分析后，應(yīng)指出據(jù)哪種理論計(jì)算出的數(shù)值與實(shí)際值最接近。實(shí)驗(yàn)二：超聲波探傷實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊螅哄懠赫{(diào)節(jié)儀器的探測(cè)靈敏度，在該靈敏度下探測(cè)鍛件的缺陷，判斷缺陷合格與否，通過講解使學(xué)生了解鍛件超聲波探傷的原理及方法并能動(dòng)手操作。焊縫：測(cè)定探頭入射點(diǎn)與折射角，制作分貝面板曲線，探測(cè)焊縫中缺陷的位置及大小，判斷焊縫是否報(bào)廢，通過講解學(xué)生能獨(dú)立操作。二、實(shí)驗(yàn)基本情況實(shí)驗(yàn)類別：專業(yè)；實(shí)

6、驗(yàn)性質(zhì)：綜合；實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：4；每組人數(shù)：35三、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備：鍛件：超聲波探傷儀、CSK-A試塊、鋼皮尺、70150試件、70250試件、70350試件、適量機(jī)油。焊縫：超聲波探傷儀、CSK-A試塊、CSK-A試塊、鋼皮尺、70150試件、70250試件、70350試件、紅白板筆、適量機(jī)油。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容步驟：鍛件： 評(píng)水平：把探頭放在CSKA試塊上，用調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)探傷儀的探測(cè)范圍和水平位置，并確定好比例關(guān)系，最后鎖住比例。 找基準(zhǔn)：把探頭放在基準(zhǔn)上使基準(zhǔn)反射波最大。將此波調(diào)為80%高，讀出此時(shí)的衰減器讀數(shù)M。 調(diào)靈敏度：據(jù)探測(cè)要求按相應(yīng)公式dB=20lg求出靈敏度調(diào)整量dB，將衰減器調(diào)為M+dB

7、，再將探頭放在工件上來回移動(dòng)，找出缺陷最高波并記下缺陷波在X軸上的位置，按比例可知缺陷位置。將該波調(diào)為80%讀下此時(shí)衰減器讀數(shù)N則：dB=N（M+dB）。 當(dāng)量計(jì)算：據(jù)dB按相應(yīng)公式f=求出平底孔缺陷當(dāng)量f。 評(píng)定缺陷是否合格。焊縫：1 測(cè)入射點(diǎn)（前沿）：探頭平行于CSKA試塊側(cè)面前后移動(dòng)，獲得基準(zhǔn)反射面（R50園弧面）最高回波時(shí)的探頭位置，用鋼尺測(cè)出探頭前端距弧面R100的距離X, 再調(diào)轉(zhuǎn)探頭，找到另一端圓心的最高波，用鋼尺測(cè)出此時(shí)探頭距試塊后端的距離X，則前沿距離為100X=L， 測(cè)折射角或值：tg= 定線性：S1=50sin S2=100sin 同理獲得基準(zhǔn)反射面最高回波，根據(jù)比例將50

8、園弧面及100園弧面的反射波按水平S1及S2調(diào)到相應(yīng)位置。 分貝面板曲線的制作： 在CSKA試塊上掃射孔深為10mm的16短橫孔，找出最高回波調(diào)至滿幅的80100%，作出點(diǎn)1，記下此時(shí)的dB讀數(shù)A。掃射孔深為20 mm的16短橫孔，找出最高回波，得到2點(diǎn)。掃射孔深為30mm、40mm、50mm、60mm的16短橫孔，找出最高回波，得到點(diǎn)3、點(diǎn)4、點(diǎn)5、點(diǎn)6。連接點(diǎn)1、2、3、4、5、6，得到一根16的參考線。 調(diào)靈敏度：靈敏度調(diào)節(jié)不低于評(píng)定線，在讀數(shù)A的基礎(chǔ)上再提高9dB，即A-9dB。若考慮補(bǔ)償再提高相應(yīng)的dB數(shù)。 定量判斷： 進(jìn)行焊縫探傷并找出缺陷，按缺陷波水平位置及比例可知缺陷的位置。記

9、下將缺陷的最高波降至曲線上所降低的dB數(shù)，則16-9+dB，若位于區(qū)（16+5dB以上）則判廢。若位于區(qū)（16-3dB16+5dB）則需計(jì)算長(zhǎng)度。 測(cè)長(zhǎng)： 用半波高度法進(jìn)行測(cè)量并按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判斷。以調(diào)節(jié)好的探測(cè)靈敏度探測(cè)工件，發(fā)現(xiàn)缺陷后，移動(dòng)探頭，使缺陷回波達(dá)到最高，然后調(diào)節(jié)衰減器，使最高回波達(dá)到基準(zhǔn)高度（50%垂直幅度）再用衰減器增益6 dB，使其升高到滿幅，此時(shí)，即以獲得最高缺陷回波的探頭位置為起始點(diǎn)向缺陷兩邊移動(dòng)，直至缺陷回波回至基準(zhǔn)高度為止，則此探頭中心線移動(dòng)長(zhǎng)度就是缺陷的指示長(zhǎng)度。（8）缺陷等級(jí)評(píng)定： 不允許存在反射波幅位于判廢線及區(qū)的缺陷；檢測(cè)人員判定為裂紋等危害性的缺陷。 最大反射

10、波幅位于區(qū)的缺陷，根據(jù)其指示長(zhǎng)度按下表的規(guī)定予以評(píng)級(jí)。 最大反射波幅低于定量線的非裂紋類缺陷均評(píng)為級(jí)。 不合格的缺陷應(yīng)予以返修。返修部位及熱影響區(qū)仍按本標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)和等級(jí)評(píng)定。 單位:mm等級(jí)板厚T單個(gè)缺陷指示長(zhǎng)度L多個(gè)缺陷的累積指示長(zhǎng)度L8120120300在任意9T焊縫長(zhǎng)度范圍內(nèi)L不超過T， 在任意9T焊縫長(zhǎng)度范圍內(nèi)L不超過T8120120300在任意4.5T焊縫長(zhǎng)度范圍內(nèi)L不超過T在任意4.5T焊縫長(zhǎng)度范圍內(nèi)L不超過T超過級(jí)者注: 板厚不等的焊縫以薄板為準(zhǔn)。 當(dāng)焊縫長(zhǎng)度不足9T（級(jí) ）或4.5T（級(jí)）時(shí)，可按比例折算。五、實(shí)驗(yàn)原理：振動(dòng)是產(chǎn)生波的根源。超聲波探傷儀正是利用某些單晶體多晶陶

11、瓷聲電、電聲轉(zhuǎn)換效應(yīng)壓電效應(yīng)來獲得超聲波。而超聲波在彈性介質(zhì)中傳播時(shí)，遇到異質(zhì)界面會(huì)產(chǎn)生反射、透射或折射，而反射特性正是脈沖反射法的探傷基礎(chǔ)。超聲波探傷中常用未知量（缺陷波高）與已知量（基準(zhǔn)反射體波高）相比較的方法來確定缺陷的量值。下述聲壓反射系數(shù)表示了兩個(gè)聲壓之比，只要知道它們相對(duì)比值（或分貝數(shù)）就可求得未知量。在超聲波探傷中對(duì)缺陷的定量（當(dāng)量）就是基于這一思想。由此看來，聲壓反射系數(shù)可根據(jù)具體情況和所選基準(zhǔn)來加以定義。如果輻射聲壓為Po，缺陷反射聲壓為Pf，底面反射聲壓為PB，則：1 將缺陷反射體聲壓Pf與輻射聲壓之比定義為缺陷聲壓反射系數(shù)f =。 2 將底面反射聲壓PB與輻射聲壓為Po之

12、比定義為底面聲壓反射系數(shù)B以上兩種聲壓反射率在制作和應(yīng)用通用AVG線圖時(shí)有其實(shí)用意義。3 在用聲壓反射系數(shù)計(jì)算法確定缺陷當(dāng)量時(shí)，經(jīng)常需要的是缺陷相對(duì)于基準(zhǔn)反射體的聲壓反射系數(shù)，簡(jiǎn)稱缺陷相對(duì)反射系數(shù)用符號(hào)或表示，即（）=用于缺陷與基準(zhǔn)反射體同聲程（Xf =X），用于缺陷與基準(zhǔn)反射體不同聲程（XXf）。式中P為基準(zhǔn)反射體聲壓，在鍛件探傷中，它可以是PB（B大平底）、P（平底孔）。在焊縫探傷中，它可以是P（橫孔）。Pf為缺陷反射體聲壓。常用的幾種聲壓反射系數(shù)見下表：缺陷相對(duì)于大平底面的聲壓反射系數(shù)XB= XfXBXf平底孔=長(zhǎng)橫孔=短橫孔短=短=球 孔d=d=缺陷相對(duì)于基準(zhǔn)孔的聲壓反射dB數(shù) XXf

13、平底孔dB=20lgf=長(zhǎng)橫孔dB=20lgf=短橫孔dB=20lgf短=短（球 孔dB=20lgdf=d(六、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：實(shí)驗(yàn)時(shí)在試塊、試件與探頭接觸的表面上涂上機(jī)油，探頭在試塊、試件上移動(dòng)時(shí)，用力要均勻，否則誤差很大。需分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，要求組內(nèi)（每組46）人人動(dòng)手，分工合作，得出原始數(shù)據(jù)，通過計(jì)算得出缺陷當(dāng)量大小。實(shí)驗(yàn)開始時(shí)先插上電源插頭，再開探傷儀電源開關(guān)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后先關(guān)探傷儀電源開關(guān)，再拔電源插頭，以免儀器損壞。七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：鍛件：實(shí)驗(yàn)報(bào)告必須包括：工件規(guī)格、探測(cè)標(biāo)準(zhǔn)、探測(cè)規(guī)范和探測(cè)結(jié)果與分析等內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)報(bào)告必須獨(dú)立完成。焊縫：實(shí)驗(yàn)報(bào)告必須包括：坡口形式、探頭規(guī)格、儀器時(shí)間線調(diào)節(jié)高

14、度、探頭入射點(diǎn)測(cè)定、探頭折射角測(cè)定、缺陷示意圖等內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)報(bào)告必須獨(dú)立完成，根據(jù)需要分別測(cè)出缺陷位置、長(zhǎng)度及等級(jí)評(píng)定。附錄：壓力容器爆破實(shí)驗(yàn)報(bào)告班級(jí) 姓名 學(xué)號(hào)1 根據(jù)本實(shí)驗(yàn)確定屈服壓力數(shù)值。爆破壓力數(shù)值。2 按不同理論計(jì)算公式計(jì)算出試件的爆破壓力，屈服壓力，然后與實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較并討論。壓力MPa、公式名稱理論P(yáng)bMPa理論P(yáng)SMPa絕對(duì)誤差MPa相對(duì)誤差%PbPSPbPS第一強(qiáng)度理論第二強(qiáng)度理論第三強(qiáng)度理論第四強(qiáng)度理論特雷斯卡公式米賽斯公式福貝爾公式史文森公式中徑公式鍛件超聲波探傷報(bào)告班級(jí) 姓名 學(xué)號(hào)1、工件規(guī)格 2、探測(cè)標(biāo)準(zhǔn)3、探測(cè)規(guī)范： （1）儀器型號(hào) （2）探頭標(biāo)稱規(guī)格 （3）探測(cè)靈敏度 （4）探測(cè)基準(zhǔn)：a工件大平底面b對(duì)比試塊 （5）補(bǔ)償4、探測(cè)結(jié)果與分析：焊縫超聲波探傷報(bào)告班級(jí) 姓名 學(xué)號(hào)1、 焊縫試塊板厚坡口形式2、 儀器型號(hào)探頭規(guī)格3、 試塊型號(hào)4、 探頭入射點(diǎn)測(cè)定（1）（2）（3）平均5、 探頭折射角測(cè)定（1）（2）（3）平均6、 儀器時(shí)間線調(diào)節(jié)高度7、 表面補(bǔ)償dB數(shù)8、 缺陷示意圖： A A B B序號(hào)指示長(zhǎng)度波幅最高點(diǎn)S1S2L缺陷距焊縫中心距離（mm）缺陷距探測(cè)面深度（mm）S3mm高于基準(zhǔn)線dB波高區(qū) 域評(píng)定等 級(jí)AB注：S1焊板左側(cè)至缺陷起始點(diǎn)距離S2焊板左側(cè)至缺陷終點(diǎn)距離S3焊板左側(cè)至缺陷波幅最高點(diǎn)處的