《特種設備安全工程學》實驗指導書

1、實驗一：壓力容器爆破實驗一、實驗目的要求：測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、實驗基本情況實驗類別：專業(yè)；實驗性質：演示；實驗學時：2；每組人數(shù)：810三、實驗儀器設備：壓力容器爆破試驗裝置（見下圖）、容器試件、游標卡尺。5壓力表6容器試件4顯示器3壓力變送器7護罩8放水閥 2采樣模塊1泵9管道10水槽四、實驗內容步驟：1 熟悉壓力容器爆破試驗裝置及流程。2 根據(jù)試件的原始尺寸、機械性能、理論公式估算爆破壓力。3向水槽內加水至4/5深。然后開泵當水從出水口溢出時停泵（排出管內空氣）。4在試件中注滿水后安裝試件，并蓋好防護罩

2、5 通電開機，注意壓力表及顯示器的變化。記下屈服壓力（此時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關機后打開放水閥，排出水。7試件破裂后，拆卸并仔細觀察其破壞情況及斷口形貌。五、實驗原理對于由塑性較好的材料制成的厚壁圓筒在承受內壓P作用情況下的膨脹曲線，如圖所示，破壞過程大致經過以下三個階段。P C D A B Ps Pb 壓力容器爆破的膨脹曲線內壓力在相應于A點的壓力以下時，筒體處于彈性變形階段，相應于A點的壓力稱彈性極限壓力。當內壓力超過A點時，圓筒內壁首先屈服，如繼續(xù)增壓，則塑性區(qū)就會逐漸向外擴展，直至B點沿整個圓筒截面屈服，即全部進入塑性狀態(tài)，此時的內壓力稱為

3、整體屈服壓力。由于鋼材的塑性變形硬化現(xiàn)象，圓筒在達到整體屈服后，承載能力仍會繼續(xù)提高，此時筒體的膨脹變形也隨之增加至C點，承載能力達到了極限，最后在D點發(fā)生爆破。在達到最大承載能力的C點時的內壓力稱為爆破壓力。內壓的變化一方面由壓力表顯示，與此同時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壓過程中，經歷了彈性變形階段，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階段的應力變化情況，提出了厚壁圓筒最高承載的各種理論計算公式如下：1、 第一強度理論： P=2、 第二強度理論： P=3、

4、 第三強度理論： P=4、 第四強度理論： 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或抗拉強度極限b，P為與材料屈服極限，強度極限相應的屈服壓力PS或爆破壓力Pb。K=，n為應變硬化指數(shù)，且有n=0.42（1-）。其中以第四強度理論，福貝爾、史文森、中徑公式等所計算的爆破壓力與試驗數(shù)據(jù)較為接近。由于厚壁圓筒的爆破壓力與其材料，結構形式，徑比K，制造質量有關，因此工程上常通過爆破實驗將理論公式所求得的爆破壓力與實測比較，以判斷容器制造的質量和設計的安全裕度。六、實

5、驗注意事項：由于本實驗為演示性的壓力容器爆破實驗，所以要注意安全防范，應嚴格按照操作規(guī)程進行實驗，其中容器內承壓介質可為水、油等，不要用氣體介質。七、實驗報告要求：實驗報告必須獨立完成，測定的爆破壓力和屈服壓力與理論值作比較分析后，應指出據(jù)哪種理論計算出的數(shù)值與實際值最接近。實驗二：超聲波探傷實驗一、實驗目的要求：鍛件：調節(jié)儀器的探測靈敏度，在該靈敏度下探測鍛件的缺陷，判斷缺陷合格與否，通過講解使學生了解鍛件超聲波探傷的原理及方法并能動手操作。焊縫：測定探頭入射點與折射角，制作分貝面板曲線，探測焊縫中缺陷的位置及大小，判斷焊縫是否報廢，通過講解學生能獨立操作。二、實驗基本情況實驗類別：專業(yè)；實

6、驗性質：綜合；實驗學時：4；每組人數(shù)：35三、實驗儀器設備：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、適量機油。四、實驗內容步驟：鍛件： 評水平：把探頭放在CSKA試塊上，用調節(jié)旋鈕調節(jié)探傷儀的探測范圍和水平位置，并確定好比例關系，最后鎖住比例。 找基準：把探頭放在基準上使基準反射波最大。將此波調為80%高，讀出此時的衰減器讀數(shù)M。 調靈敏度：據(jù)探測要求按相應公式dB=20lg求出靈敏度調整量dB，將衰減器調為M+dB

7、，再將探頭放在工件上來回移動，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。將該波調為80%讀下此時衰減器讀數(shù)N則：dB=N（M+dB）。 當量計算：據(jù)dB按相應公式f=求出平底孔缺陷當量f。 評定缺陷是否合格。焊縫：1 測入射點（前沿）：探頭平行于CSKA試塊側面前后移動，獲得基準反射面（R50園弧面）最高回波時的探頭位置，用鋼尺測出探頭前端距弧面R100的距離X, 再調轉探頭，找到另一端圓心的最高波，用鋼尺測出此時探頭距試塊后端的距離X，則前沿距離為100X=L， 測折射角或值：tg= 定線性：S1=50sin S2=100sin 同理獲得基準反射面最高回波，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調到相應位置。 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，找出最高回波調至滿幅的80100%，作出點1，記下此時的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。掃射孔深為30mm、40mm、50mm、60mm的16短橫孔，找出最高回波，得到點3、點4、點5、點6。連接點1、2、3、4、5、6，得到一根16的參考線。 調靈敏度：靈敏度調節(jié)不低于評定線，在讀數(shù)A的基礎上再提高9dB，即A-9dB。若考慮補償再提高相應的dB數(shù)。 定量判斷： 進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）則需計算長度。 測長： 用半波高度法進行測量并按標準進行判斷。以調節(jié)好的探測靈敏度探測工件，發(fā)現(xiàn)缺陷后，移動探頭，使缺陷回波達到最高，然后調節(jié)衰減器，使最高回波達到基準高度（50%垂直幅度）再用衰減器增益6 dB，使其升高到滿幅，此時，即以獲得最高缺陷回波的探頭位置為起始點向缺陷兩邊移動，直至缺陷回波回至基準高度為止，則此探頭中心線移動長度就是缺陷的指示長度。（8）缺陷等級評定： 不允許存在反射波幅位于判廢線及區(qū)的缺陷；檢測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)其指示長度按下表的規(guī)定予以評級。 最大反射波幅低于定量線的非裂紋類缺陷均評為級。 不合格的缺陷應予以返修。返修部位及熱影響區(qū)仍按本標準進行檢測和等級評定。 單位:mm等級板厚T單個缺陷指示長度L多個缺陷的累積指示長度L8120120300在任意9T焊縫長度范圍內L不超過T， 在任意9T焊縫長度范圍內L不超過T8120120300在任意4.5T焊縫長度范圍內L不超過T在任意4.5T焊縫長度范圍內L不超過T超過級者注: 板厚不等的焊縫以薄板為準。 當焊縫長度不足9T（級 ）或4.5T（級）時，可按比例折算。五、實驗原理：振動是產生波的根源。超聲波探傷儀正是利用某些單晶體多晶陶

11、瓷聲電、電聲轉換效應壓電效應來獲得超聲波。而超聲波在彈性介質中傳播時，遇到異質界面會產生反射、透射或折射，而反射特性正是脈沖反射法的探傷基礎。超聲波探傷中常用未知量（缺陷波高）與已知量（基準反射體波高）相比較的方法來確定缺陷的量值。下述聲壓反射系數(shù)表示了兩個聲壓之比，只要知道它們相對比值（或分貝數(shù)）就可求得未知量。在超聲波探傷中對缺陷的定量（當量）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用通用AVG線圖時有其實用意義。3 在用聲壓反射系數(shù)計算法確定缺陷當量時，經常需要的是缺陷相對于基準反射體的聲壓反射系數(shù)，簡稱缺陷相對反射系數(shù)用符號或表示，即（）=用于缺陷與基準反射體同聲程（Xf =X），用于缺陷與基準反射體不同聲程（XXf）。式中P為基準反射體聲壓，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：缺陷相對于大平底面的聲壓反射系數(shù)XB= XfXBXf平底孔=長橫孔=短橫孔短=短=球 孔d=d=缺陷相對于基準孔的聲壓反射dB數(shù) XXf

13、平底孔dB=20lgf=長橫孔dB=20lgf=短橫孔dB=20lgf短=短（球 孔dB=20lgdf=d(六、實驗注意事項：實驗時在試塊、試件與探頭接觸的表面上涂上機油，探頭在試塊、試件上移動時，用力要均勻，否則誤差很大。需分組進行實驗，要求組內（每組46）人人動手，分工合作，得出原始數(shù)據(jù)，通過計算得出缺陷當量大小。實驗開始時先插上電源插頭，再開探傷儀電源開關，實驗結束后先關探傷儀電源開關，再拔電源插頭，以免儀器損壞。七、實驗報告要求：鍛件：實驗報告必須包括：工件規(guī)格、探測標準、探測規(guī)范和探測結果與分析等內容。實驗報告必須獨立完成。焊縫：實驗報告必須包括：坡口形式、探頭規(guī)格、儀器時間線調節(jié)高

14、度、探頭入射點測定、探頭折射角測定、缺陷示意圖等內容。實驗報告必須獨立完成，根據(jù)需要分別測出缺陷位置、長度及等級評定。附錄：壓力容器爆破實驗報告班級 姓名 學號1 根據(jù)本實驗確定屈服壓力數(shù)值。爆破壓力數(shù)值。2 按不同理論計算公式計算出試件的爆破壓力，屈服壓力，然后與實測值進行比較并討論。壓力MPa、公式名稱理論PbMPa理論PSMPa絕對誤差MPa相對誤差%PbPSPbPS第一強度理論第二強度理論第三強度理論第四強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告班級 姓名 學號1、工件規(guī)格 2、探測標準3、探測規(guī)范： （1）儀器型號 （2）探頭標稱規(guī)格 （3）探測靈敏度 （4）探測基準：a工件大平底面b對比試塊 （5）補償4、探測結果與分析：焊縫超聲波探傷報告班級 姓名 學號1、 焊縫試塊板厚坡口形式2、 儀器型號探頭規(guī)格3、 試塊型號4、 探頭入射點測定（1）（2）（3）平均5、 探頭折射角測定（1）（2）（3）平均6、 儀器時間線調節(jié)高度7、 表面補償dB數(shù)8、 缺陷示意圖： A A B B序號指示長度波幅最高點S1S2L缺陷距焊縫中心距離（mm）缺陷距探測面深度（mm）S3mm高于基準線dB波高區(qū) 域評定等 級AB注：S1焊板左側至缺陷起始點距離S2焊板左側至缺陷終點距離S3焊板左側至缺陷波幅最高點處的