CN100405057C - 龟裂的非破坏定量评价方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种龟裂的非破坏定量评价方法。其利用规定的检查装置(6、7)检测金属制管体(1)的龟裂(5)，通过对所述管体(1)的规定位置实施冷却处理，加热处理，或者冷却·加热处理，使其产生变形，在使存在于管体(1)中的龟裂(5)开口并明显化的状态下，使用所述检查装置(6、7)检查所述管体(1)。

Description

龟裂的非破坏定量评价方法
技术领域
本发明涉及利用超声波或者X射线对金属制管的龟裂进行非破坏评价的方法。
背景技术
在发电厂、飞行器和船舶等中所使用的金属制配管和配管的焊接部等处，经过长年的使用，有时产生龟裂。这些龟裂的前端尖锐，因此应力集中，如果放置后，龟裂就会发展，配管就有可能被破坏。因此，历来人们开发了利用各种检查装置来发现龟裂、或者评价龟裂的大小的方法。例如有，将超声波照射到配管的焊接部等检查对象部位，根据反射的回波的大小来发现龟裂，或者了解龟裂的大小的公知的方法。(例如，参照专利文献1)
另外，也有将X射线照射到对象物，用照相机拍摄透过的X射线，来获得龟裂等的图像的方法。(例如，参照专利文献2)
[专利文献1]特开2002-267638号公报(段落0013、第2图)
[专利文献2]特开平9-297111号公报(段落0023、第4图)
伴随着机械和构造物的运行，配管等被施加负荷，龟裂开口并发展，反过来在停止了运行的状态下进行检查时，由于没有负荷，一般有龟裂又闭合的情况。公知的是：即使是应力腐蚀裂纹，龟裂面之间的氧化物也是龟裂闭合的主要原因，从早期发现龟裂的观点出发很重要的微小的龟裂，有可能呈现比大的龟裂更强的闭合。
可是，在专利文献1中，由于利用超声波的回波进行龟裂的检测，所以在测定成为检查对象的部位时，不仅有可能将闭合的龟裂误评价为存在比实际要小的龟裂，有时还有可能发现不了龟裂，难于检测出龟裂或评价出正确的大小，因此不能进行高精度的检查。
另外，在专利文献2中，由于利用X射线进行龟裂的检测，X射线对有体积的开口的龟裂的检测是有效的，但开口的小龟裂的体积极小，因此在健全的部分和龟裂的部分中难以看出X射线的衰减变化，进行高精度的龟裂的检测和评价是困难的。
发明内容
本发明就是针对这些问题点而完成的，其目的在于提供一种龟裂的非破坏定量评价方法，该方法能够使闭合的龟裂开口而进行龟裂的检测，或者对龟裂的大小进行高精度的评价。
为了解决上述问题，本发明的龟裂的非破坏定量评价方法，是为了通过规定的检查装置检测金属制管体的龟裂，而在所述管体的规定位置使其产生变形，在使存在于所述管体的龟裂开口并呈明显化的状态下，使用所述检查装置检查所述管体的龟裂的非破坏定量评价方法，其特征在于，各管体连续相接，以其为瞬间固定所述管体的两端的配管为条件，通过对所述管体实施冷却处理，从而使上述管体的体积收缩，在管体的长度方向上产生拉伸应力，通过该应力使龟裂明显化，使用所述检查装置检查所述管体。
根据该特征，无需费事地在管体上安装、取下机械装置，仅从外部向管体赋予热变化，就能够在管体的内部产生应力，使存在于管体中的龟裂因该应力而明显化，从而能够提高检查装置的龟裂的检测精度和龟裂的大小的评价精度。
本发明的龟裂的非破坏定量评价方法，优选通过冷却所述管体的至少一部分的截面的全部区域，使所述管体变形，使龟裂明显化，并使用所述检查装置检查所述管体。
这样，通过冷却管体的截面的全部区域，使管体长度方向产生拉伸应力，使存在于管体中的龟裂明显化，从而能够提高检查装置的龟裂的检测精度和龟裂的大小的评价精度。
本发明的龟裂的非破坏定量评价方法，优选冷却所述管体的成为检查对象的部位，使用所述检查装置检查所述管体的成为检查对象的部位。
这样，拉伸应力在被冷却的部位上发生作用，在其他的部位上，压缩应力发生作用，因此存在于被冷却的部位的龟裂明显化，从而能够提高检查装置的龟裂的检测精度和龟裂的大小的评价精度。
本发明的龟裂的非破坏定量评价方法，是为了通过规定的检查装置检测金属制管体的龟裂，而在所述管体的规定位置使其产生变形，在使存在于所述管体的龟裂开口并呈明显化的状态下，使用所述检查装置检查所述管体的龟裂的非破坏定量评价方法，其特征在于，各管体连续相接，以其为瞬间固定所述管体的两端的配管为条件，加热所述管体的至少除了所述管体的成为检查对象的部位以外的部位，使被加热的部位膨胀而在管体内部产生压缩应力，然后反而在成为检查对象的部位上产生拉伸应力，通过该应力使龟裂明显化，使用所述检查装置检查所述管体。
这样，压缩应力在被加热的部位上发生作用，在其他的部位上，拉伸应力发生作用，因此存在于成为管体的检查对象的部位的龟裂明显化，从而能够提高检查装置的龟裂的检测精度和龟裂的大小的评价精度。尤其关于加热，由于原理上可以进行达到使焊接部溶融的相当高温的加热，所以能够施加高的应力。
本发明的龟裂的非破坏定量评价方法，优选冷却所述管体的成为检查对象的部位，加热所述管体的成为检查对象的部位以外的部位，使用所述检查装置检查所述管体的成为检查对象的部位。
这样，能够使管体产生高的温度差，进一步提高评价精度。而且，可以即刻加热被冷却的成为检查对象的部位的温度，而且也可以逆向进行，所以能够一边移动检查装置，一边连续地检查各部位，能够使检查时间缩短。
本发明的龟裂的非破坏定量评价方法，优选所述管体的被加热的部位，是与所述管体的成为检查对象的被冷却的部位隔着管体的中心轴对向的部位。
这样，在被冷却的部位拉伸应力起作用，在被加热的部位压缩应力起作用，所以通过对隔着管体的中心轴彼此对向的部位进行冷却和加热，能够使成为检查对象的部位产生更大的应力，使龟裂更加明显化，从而能够提高检查装置的龟裂的检测精度和龟裂的大小的评价精度。
本发明的龟裂的非破坏定量评价方法，优选用液态氮对所述管体进行了冷却处理的状态下，使用所述检查装置检查所述管体。
这样，通过使用液态氮，不仅可以在短时间内将管体冷却到极低的温度，还能够使大的应力作用到管体上，能够在将管体部分冷却的状态下，使龟裂明显化。
附图说明
图1是表示第一实施方式的龟裂的非破坏定量评价方法的图。
图2是表示管体的图。
图3是表示第二实施方式的龟裂的非破坏定量评价方法的图。
图4是表示第三实施方式的龟裂的非破坏定量评价方法的图。
图5是表示第四实施方式的龟裂的非破坏定量评价方法的图。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。首先图1是表示第一实施方式的龟裂的非破坏定量评价方法的图。符号1是在发电厂、飞行器或船舶等中使用的管体，该管体1由不锈钢构成的金属制配管2、3相互焊接而成，并形成有焊接部4。
在焊接部4中，由于经过长年的使用产生了龟裂5，所以为了检测出该龟裂5，可以使用利用超声波的检查装置6、7，进行检测龟裂5的非破坏检查。在使用利用超声波的检查装置6、7的情况下，由检查装置的发送机6发送的超声波在管体1内部反射，其回波被检查装置的接收机7接收，能够根据接收的回波波形对存在于管体1内部的龟裂5进行评价。
龟裂5的位置，可以根据所发送的超声波到被接收为止的时间进行测定，龟裂5的大小，可以根据接收的回波波形的高度，或者回波出现的范围进行测定。可是，在龟裂5闭合的情况下，接收的回波的波形变小，不仅有可能判断成比实际小的龟裂5，还有可能检测不出龟裂5。
如上所述的闭合的龟裂5导致的问题，可通过使闭合的龟裂5成为开放状态，使龟裂5变得明显来解决。为了使龟裂5明显化，首先，通过对管体1进行冷却处理，使管体1的体积收缩，利用由管体1的收缩而产生的变形，使管体1内部发生拉伸应力，该应力产生作用使龟裂5开口。
在实际检查管体1时，如图1所示，沿着管体1的一部分的外周喷附液态氮8，对管体1的截面整体进行冷却处理。金属制的管体1，由于冷却的部分收缩，所以对管体1的全体，沿着长度方向作用拉伸应力，该应力使龟裂5变得明显。一般而言，大的设备内的配管系统的各管体1连续地连接在一起，可在瞬间使管体1两端固定，以此来实施本处理。
在龟裂5呈明显化的状态下，由检查装置的发送机6发送超声波，利用检查装置的接收机7接收龟裂5反射的回波。由于龟裂5明显化，所以能够提高检查装置的龟裂5的检测精度，以及龟裂5的实际大小的评价精度。
下面，参照图2对在冷却处理管体1时作用的应力进行说明。所谓应力，是指在物体的内部作用的力，是作用在截面上的每单位面积的力，可用以下数学式表示应力。
数学式1
应力＝施加于截面的力/截面积
如图2所示，长度为L0的管体1的两端被固定，在冷却了该管体1的长度为L1的区间的区域的截面整体时，如果设拉伸弹性模量为E、线膨胀系数为α、冷却区域的温度变化量为ΔT，则所发生的用于使龟裂5明显化的应力可用数学式2表示。
数学式2
Figure C20048000515500081
上述的拉伸弹性模量是材质的强度的一个基准，表示应力与变形之比，是相对于变形的应力的比例常数。可以这么理解：一般而言，该拉伸弹性模量的值越大，材质就越坚固，需要使其变形的力。另外，所谓的线膨胀系数表示材质具有的固有性质，表示材质的温度上升或下降1℃时的变形量。根据该线膨胀系数和温度变化量，产生这样的体积变化：材质的温度上升时材质膨胀，材质的温度下降时材质收缩。
图2的冷却区域可以是管体1的任意位置，如果考虑冷却了管体1的整体的情况，为L1＝L0，发生的应力为，应力＝EαΔT。例如，如果对冷却了不锈钢时所发生的应力进行说明，则由于不锈钢的拉伸弹性模量E和线膨胀系数α为
E＝约21000kgf/mm2
α＝约15×10-6[1/℃](在20℃时的值)
所以，在冷却了由不锈钢形成的管体1整体时(L1＝L0)，根据上式(1)，求出该应力的数学式是
数学式3
Figure C20048000515500091
设放置在20℃的室温下的冷却前的管体1整体的温度为20℃，使用0℃的冰将管体1的整体的温度降至0℃时，温度变化量为20℃(ΔT＝20)，所以此时管体1发生的应力为
数学式4
Figure C20048000515500092
根据上式(1)，温度越降低，与该温度变化量成比例地发生在管体1上的应力变大，能够使龟裂5明显化。在上式中，利用冰使管体1冷却，但如果使液态氮8等流入管体1的内部，或从外部向管体1喷附使管体1冷却，则可以增大温度变化量的ΔT的值，所以不仅能够在管体1上产生更大的应力，还能够将管体1在短时间内冷却到极低温度。只不过，在本实施例的情况下，是从管体1的外部对管体1实施冷却。
另外，在使用液态氮8等冷却管体1的情况下，如上所述，也可以不将管体1整体冷却(L1＝L0)，即使只将管体1的一部分冷却(L1＜L0)，也能够产生足够使龟裂5明显化的应力。
而且，在冷却管体1的一部分的(L1＜L0)的情况下，无论该冷却区域的位置位于图2所示的管体1的长度方向的左侧、右侧或龟裂5的存在部位的哪一处，都能得到同样的效果，因此在实际进行机械和构造物的配管等的冷却时，只要冷却方便的位置即可，这样可使为了进行检查的冷却作业变得容易。
在图2中，对两端固定的管体1进行了说明，但实际上作为机械和构造物的一部分所使用的管体1并不一定局限于两端固定的状态。可是，在本发明的情况下，利用称作热变化的在瞬间及其自然地恢复的处理，在短时间内进行检查作业，而且由于用最低限度的装置完成，所以不需要在现场进行机器的组装、装配、拆除的作业。
下面，参照图3，对第2实施方式的龟裂的非破坏定量评价方法进行说明。在上述第一实施方式中，对管体1的截面整体进行了冷却，但不限于此，即使对管体9的截面的一部分进行冷却处理，也能够产生足够使龟裂10明显化的应力。
首先，在管体9的成为检查对象的部位喷附液态氮11，对成为检查对象的部位进行冷却处理。此时被冷却的部位收缩，内部产生拉伸应力，在与成为检查对象的部位隔着管体9的中心轴对向的部位，产生压缩应力。
通过该应力，能够使存在于成为检查对象的部位的龟裂10明显化，能够提高基于检查装置12、13的龟裂10的检测和龟裂10的大小的评价精度。该冷却处理的情况下，进行冷却处理的管体9的区域是从成为检查对象的部位开始的沿着圆周方向角度小于等于90°左右的范围内，在图3所示的管体9的下半部分有效。
下面，参照图4，对第3实施方式的龟裂的非破坏定量评价方法进行说明。在上述第二实施方式中，对管体9的成为检查对象的部位进行了冷却处理，使应力产生。但不限于此，通过对管体14进行加热处理，也能够产生足够使龟裂15明显化的应力。
首先，与上述第二实施方式相反，对管体14的与成为检查对象的部位隔着管体14的中心轴的轴对向的部位通过喷附蒸汽16进行加热处理。此时被加热的部位膨胀，内部产生压缩应力，相反，在成为检查对象的部位产生拉伸应力。
通过该应力，能够使存在于检查对象中的龟裂15明显化，能够提高检查装置17、18对龟裂15的检测精度和对龟裂15的大小的评价精度。该加热处理的情况下，被加热处理的管体14的区域是从成为检查对象的部位开始的沿着圆周方向角度大于等于90°左右的范围内，在图4所示的管体14的上半部分有效。
下面，参照图5，对第四实施方式的龟裂的非破坏定量评价方法进行说明。也可以同时进行上述的冷却处理和加热处理。
首先，在管体19的成为检查对象的部位喷附液态氮20，同时在管体19的与成为检查对象的部位隔着管体19的中心轴相对向的部位上喷附蒸汽21。被冷却的部位收缩，内部产生拉伸应力，被加热的部位膨胀，内部产生压缩应力。
通过对隔着管体9的中心轴相对向的两个部位彼此进行冷却处理和加热处理，能够向成为检查对象的部位施加更大的应力，使存在于成为检查对象的部位的龟裂22更加明显化。因此能够提高检查装置23、24对龟裂22的检测精度和龟裂22大小的评价精度。
通过同时进行冷却和加热，可以对进行了冷却处理的成为检查对象的部位，在检查后立即进行加热处理，所以，无需等待被冷却的部位的温度自然地恢复到原来的温度，能够即刻改变成为检查对象的部位，所以能够缩短检查时间。
因此，当检查管体19的焊接部25等时，通过把要喷附液态氮20和蒸汽21的部位沿着焊接部25的外周，一边旋转一边移动，可以一边重复冷却、加热处理，一边依次变化检查对象的部位，由此可以连续地检查管体19的焊接部25。
参照图5更加详细地对进行了冷却、加热处理的管体19进行说明。被实施了冷却、加热处理的管体19的被加热的部位膨胀，被冷却的部位收缩，根据应力平衡使被进行了冷却处理的部分的龟裂22更加明显化。
这样，管体19的存在于被冷却的部位的龟裂22开口，不仅能够通过检查装置23、24容易地发现龟裂22，还能够进行龟裂22的实际的大小的测定。
虽然考虑了多种对管体施加应力的方法，但在本发明的龟裂的非破坏定量评价方法中，通过实施冷却处理，加热处理，或者冷却、加热处理的组合，使管体发生变形，所以不仅能够不使用任何夹具地向管体施加应力，而且通过在检查后停止热处理，使管体的温度可以自然地恢复到原来温度，从而能够容易地进行检查作业。
以上，根据附图对本发明的实施例进行了说明，但具体的实施例并不局限于这些实施例，在不脱离本发明的主旨的范围内，即使有变更和追加，也包含在本发明之中。
例如，在上述实施例中，在冷却管体时使用了液态氮，但并不仅限于此，使用液态氦、液态氧、液态空气等也能够获得同样的效果。
另外，加热管体时，虽然使用了蒸汽，但不限于此，也可以使用利用了电阻的发热的发热体和激光和煤气燃烧器等加热管体。
在上述实施例中使用的超声波检查装置，虽然使用了2台装置，即发送机和接收机进行检查，但不限于此，也可以使用1台或者大于等于3台，既进行发送和接收的超声波检查装置，还可以以各种角度入射超声波。这样，不局限于上述实施例，有多种检查装置适用于本发明是不言而喻的。
而且，在上述实施例中，虽然使用利用超声波的检查装置进行检查，但本发明的龟裂的检查方法并不仅限于此，也可以使用X射线探伤技术、漏泄磁通探伤技术、过电流探伤技术、和其他的探伤技术等。

Claims (7)

1.一种龟裂的非破坏定量评价方法，是为了通过规定的检查装置检测金属制管体的龟裂，而在所述管体的规定位置使其产生变形，在使存在于所述管体的龟裂开口并呈明显化的状态下，使用所述检查装置检查所述管体的龟裂的非破坏定量评价方法，其特征在于，各管体连续相接，以其为瞬间固定所述管体的两端的配管为条件，通过对所述管体实施冷却处理，从而使上述管体的体积收缩，在管体的长度方向上产生拉伸应力，通过该应力使龟裂明显化，使用所述检查装置检查所述管体。
2.根据权利要求1所述的龟裂的非破坏定量评价方法，其特征在于，通过冷却所述管体的至少一部分的截面的全部区域，使所述管体变形，使龟裂明显化，使用所述检查装置检查所述管体。
3.根据权利要求1所述的龟裂的非破坏定量评价方法，其特征在于，冷却所述管体的成为检查对象的部位，使用所述检查装置检查所述管体的成为检查对象的部位。
4.一种龟裂的非破坏定量评价方法，是为了通过规定的检查装置检测金属制管体的龟裂，而在所述管体的规定位置使其产生变形，在使存在于所述管体的龟裂开口并呈明显化的状态下，使用所述检查装置检查所述管体的龟裂的非破坏定量评价方法，其特征在于，各管体连续相接，以其为瞬间固定所述管体的两端的配管为条件，加热所述管体的至少除了所述管体的成为检查对象的部位以外的部位，使被加热的部位膨胀而在管体内部产生压缩应力，然后反而在成为检查对象的部位上产生拉伸应力，通过该应力使龟裂明显化，使用所述检查装置检查所述管体。
5.根据权利要求1所述的龟裂的非破坏定量评价方法，其特征在于，冷却所述管体的成为检查对象的部位，加热所述管体的成为检查对象的部位以外的部位，使用所述检查装置检查所述管体的成为检查对象的部位。
6.根据权利要求5所述的龟裂的非破坏定量评价方法，其特征在于，所述管体的被加热的部位，是与所述管体的成为检查对象的被冷却的部位隔着管体的中心轴相对向的部位。
7.根据权利要求1、2、3、5或6中任意一项所述的龟裂的非破坏定量评价方法，其特征在于，在所述管体被进行了液态氮冷却处理的状态下，使用所述检查装置检查所述管体。
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