JB4730《承压设备无损检测》.docx

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JB4730《承压设备无损检测》

封面

作者：

PanHongliang

仅供个人学习

JB4730-2005《承压设备无损检测》

标准修订情况介绍

（磁粉检测部分）

湖南省特种设备检测中心

周志伟

前言

JB4730-94《压力容器无损检测》标准是《压力容器安全技术监察规程》及有关的产品标准和GB150《钢制压力容器》等的配套标准，由全国压力容器标准化技术委员会提出，全国压力容器标准化技术委员会制造分会归口，原机械部、化工部、劳动部和中国石油化工总公司联合发布的强制性行业标准。

该标准94年1月29日正式发布，94年5月1日实施。

1995年2月原劳动部下达1995年第65号文“关于贯彻执行JB4730-94《压力容器无损检测》标准的通知”，要求压力容器行业的设计、选材、制造、安装、使用、检验和修理等一律执行JB4730-94标准。

JB4730-94标准贯彻执行近10年来，对规范压力容器的管理，保障压力容器产品质量，提高压力容器行业设计、选材、制造、使用、检验水平，减少爆炸事故等方面起到了积极的作用。

但是在贯彻执行中也发现了不少问题，如有些《容规》中包括的有色金属材料制压力容器的检测方法在标准中尚没有反映；压力管道的检测内容缺口比较大；与锅炉行业的关系不够明确；射线检测部分尚有一些条款不尽完善，此外在用锅炉、压力容器及压力管道的无损检测内容尚无标准规范可循等等。

上述问题有的通过标准修改单和标准宣贯进行了修改和说明，有的则尚未解决。

2000年全国质量技术监督总局锅炉局及全国锅容标委决定对JB4730-94标准进行修订，现将磁粉检测部分的主要修订内容给大家作一个汇报。

第一章范围

1．检测范围

JB4730-94标准（磁粉篇）检测范围仅限于铁磁性材料制成的压力容器及其零件。

JB4730-2005标准将检测范围扩大到锅炉、压力容器及压力管道等承压设备。

与承压设备有关的支承件和结构件，如有要求也可参照本标准进行磁粉检测。

2．标准编制依据

在60年代，国内不少单位对压力容器进行磁粉检测是采用苏联50年代的操作规范，有的是按1964年机械部无损探伤技术条件要求进行检测。

到80年代，执行JB741-80《钢制焊接压力容器技术条件》的附录4（焊缝磁粉检测）和附录6（螺栓件磁粉检测）。

JB3965-85《钢制压力容器磁粉探伤》（参照ASMESE-709磁粉检验推荐操作方法）和JB4248-86《压力容器锻件磁粉探伤》（参照ASMESE-275锻钢件磁粉检验方法）制订完成后，国内锅炉、压力容器行业的磁粉检测工作，基本上按照这两个标准执行。

JB4730-94《压力容器无损检测》是参照ASMESE-709和JISG0565、JB3965-85、JB4248-86等标准起草的，在压力容器行业普遍使用。

JB4730-2005标准磁粉检测部分主要参考了下列内容起草：

（A）ASMESE-709（2001版）（等同于ASTME709-95）磁粉检测标准。

（B）JISG0565钢铁材料的磁粉探伤检验方法及缺陷磁痕的等级分类。

（C）ASME第8篇（2001年版）。

（D）欧洲标准EN1290：

1998（等同于英国标准）焊缝无损检测—焊缝磁粉检测。

（E）JB4730-94标准

（F）本标准中规范性引用文件。

（G）行业上的一些建议。

第二章规范性引用文件

由于GB/T16673无损检测引用黑光源（UV-A）辐射的测量标准已发布，因此不再用过去GB5097黑光源的间接评定方法。

增加了国内最新相关标准，如JB/T6065-2004《无损检测磁粉检测用试片》、JB/T6066-2004《无损检测磁粉检测用环形试块》、JB/T8290-1998《磁粉探伤机》。

GB/T-国家标准，JB/T-机械行业标准，“T”表示推荐性标准。

在我国，影响较大的国外无损检测标准主要是：

美国材料试验学会标准（ASTM）、

美国机械工程师标准（ASME）

美国军用标准（MIL）、

欧洲标准（EN）

英国标准（BS）

日本工业标准（JIS）

国际标准化组织标准（ISO）

德国标准（DIN）

第三章一般要求

1．对磁粉检测人员的要求

磁粉检测人员应符合本标准第一部分中“通用要求”中的要求，但要强调的是：

磁粉检测人员未经矫正或经矫正的近（距）视力和远（距）视力应不低于5.0（小数记录值为1.0），测试方法应符合GB11533《标准对数视力》的规定。

并一年检查一次，不得有色盲，这是因为有相当一部分探伤人员未能做到这一点。

医学上对色盲和色弱是这样定义的：

色盲是指全部或部分失去对颜色的分辨能力；色弱是指对颜色能正确认出，但表现出识别困难或辨认的时间较长。

由于磁粉有多种颜色，并且荧光磁粉检测时，在紫外线的照射下，荧光磁粉的磁痕显黄绿色荧光，所以要求从事磁粉检测工作的人员，不能是色盲，由于色弱者具备对简单的颜色辨认能力，因此本标准不再象JB4730-94那样强调“不得有色弱”。

2．磁粉检测设备必须符合JB/T8290《磁粉探伤机》的规定。

①JB4730-94标准规定的磁轭提升力指标反映了磁化规范的要求，规定磁感应强度峰值Bm必须达到一定的大小，对于恒稳直流电或工频交流电通常可用磁轭平均吸力表达，其原理为：

对于一定的设备与工件，磁轭平均吸力与铁素体钢板的磁导率、磁极间距、磁极间隙及运动状态等有关，当上述因素不变时，磁感应强度峰值Bm与磁轭平均吸力有一定的对应关系。

但如磁极间距变化，将使磁感应强度B、磁场强度H和相对磁导率μ变化，因此，提升力指标中应注明磁极间距

在2004年8月的最终统稿中对磁粉检测设备的提升力作出如下要求，“当电磁轭极间距为200mm时，交流电磁轭至少应有44N的提升力，交叉磁轭至少有118N的提升力（间隙为0.5mm）。

直流电磁轭间距小于100mm时至少有135N提升力，间距大于100mm，小于等于150mm时，至少有225N提升力”。

本标准关于提升力的要求与JB4730-94中的规定出入较大，其中对直流电磁轭的要求是参照ASMESE-709（2001版）（见表1）。

交叉磁轭的提升力在国内某些标准或文献中为88N，理由是交叉磁轭是由两个交流电磁轭组成，但两个交流电磁轭提升力的合力是矢量和，而不是向量和，为此，2003年8月磁粉标准修改组做了交叉磁轭提升力试验，在间隙为0.5~1mm且不考虑行走速度的情况下，要达到A1-7/50探伤灵敏度交叉磁轭至少应有118N的提升力（注意此处间隙大小和磁轭行走速度对提升力的影响至关重要）。

表1磁轭的最小提升力

电流类型

磁轭极两腿间距

50~100mm100~150mm

AC

DC

45N--

135N225N

2005年3月在JB4730标准定稿会上，专家们指出以上对直流电磁轭提升力的要求是参照了ASMESE-709（2001版）的B分篇，这只是一个推荐性操作方法，而A分篇（强制性）中对提升力的要求是：

当使用磁轭最大间距时，每个交流电磁轭至少应有101b（4.5kgf）的提升力；每个直流或永久磁铁磁轭至少应有401b（18.1kgf）的提升力。

所以标准最终稿对提升力作出如下定义：

当使用磁轭最大间距时，交流电磁轭至少应有45N的提升力，直流电磁轭至少应有177N的提升力，交叉磁轭至少应有118N的提升力（磁极与试件表面间隙为0.5mn）。

②ASMESE-709（2001版）要求的紫外线波长为330~390nm，但目前国内生产的紫外线灯波长范围为320~400nm。

经协商JB4730-2005标准中对荧光法检测选用UV-A（波长320~400nm）的紫外线。

③JB4730-94标准中规定“工件退磁后表面磁场强度小于160A/m”这个要求太高了，ASMESE-709规定“在退磁后，试片任何一点处的剩磁不超过3G（240Am-1）（绝对值）”，GB/T15822-1995标准也作出同样规定，所以标准最终定为剩磁不超过240A/m（0.3mT），与ASME规范一致。

3．磁粉、载液及磁悬液

JB4730-94标准仅规定湿法采用煤油或水作为分散媒介，没有将其它多种低粘度油基载液考虑进来，因此本标准规定采用水或低粘度油基载液作为分散媒介。

①在一定的温度范围内，油的粘度小，在重力作用下，磁悬液流动性好，探伤灵敏度高，所以国内、外标准都是用运动粘度。

国内有关标准对粘度及其计算公式作了如下定义：

GB4016-83《石油产品术语》

2-115粘度

液体流动时内摩擦力的量度。

粘度值随温度的升高而降低。

2-116动力粘度

表示液体在一定剪切应力下流动时内摩擦力的量度，其值为所加于流动液体的剪切应力和剪切速度率之比，在国际单位制（SI）中以帕·秒（pa·s）表示。

习惯用厘帕（cpa）为单位。

1厘帕=10-3帕·秒=1毫帕·秒。

2-117运动粘度

表示液体在重力作用下流动时摩擦力的量度，其值为相同温度下液体的动力粘度与其密度之比，在国际单位制中以米2/秒表示。

习惯用厘斯（cSt）为单位。

1厘斯=10-6米2/秒=1毫米2/秒（mm2/s）。

GB265-88《石油产品运动粘度测定法和动力粘度计算法》

在温度t时，试样的运动粘度Vt（mm2/s）按Vt=C·τt公式计算。

式中：

C—粘度计常数，mm2/S2

τt—试样的平均流动时间，S

在温度t时，试样的动力粘度ηt（mPa·s）按ηt=Vt·ρt公式计算。

式中：

Vt—在温度t时，试样的运动粘度，mm2/S

ρt—在温度t时，试样的密度，g/cm3。

ASMESE-709规定，“为了不妨碍磁粉的流动性，油应有低的粘度，在100°F（38℃）温度下，粘度≯3.0cst（3.0mm2/s，3厘斯），在最低可能使用温度，不大于5.0cst（5.0mm2/s，5厘斯）；为了减少着火的危险，油应具有最低不低于200°F（98℃）的闪点；无嗅、不为使用者所厌恶；若使用荧光磁粉的显示，油载液应有低的固有荧光性，不应明显干扰荧光磁粉的显示；无活性，亦即不应使悬浮磁粉变质。

”以上内容的大部分为本标准最终稿所采用，此处粘度为运动粘度，GB/T15822亦采用运动粘度方式表示。

JB4730-94标准中粘度控制在5000~20000Pa.S（25℃）为动力粘度单位，概念有不妥之处，本次修订时，根据行内意见，将其改为运度粘度单位。

现在，国外标准中对油基载液性能指标的要求不断提高，要求使用低粘度、高闪点、无荧光、无臭味的油基载液。

对粘度指标主要是考虑在较低温度下载液应有较好的流动性，以保证探伤灵敏度。

高闪点指标主要是考虑安全性问题，无荧光是为了保证荧光磁粉探伤时不致干扰正常显示。

②磁悬液法浓度对显示缺陷的灵敏度影响很大，浓度不同，检测灵敏度也不同。

浓度太低，影响漏磁场对磁粉的吸附量，磁痕不清晰会使缺陷漏检；浓度太高，会在工件表面滞留很多磁粉，形成过度背景，甚至会掩盖相关显示，所以国内外标准都对磁悬液浓度进行控制（见表2）。

磁悬液浓度应根据磁粉种类、粒度、施加方法和被检工件表面状态等因素来确定。

在JB3965-85和JB4248-86标准中磁悬液浓度采用体积沉淀法来确定。

这对循环使用的磁悬液浓度测定较为方便，但在压力容器磁粉检测中，绝大部分磁悬液均是一次性使用，若用体积沉淀法来确定磁悬液浓度则相当麻烦。

同时，由于磁粉用量不明确，配制磁悬液往往要耗费很长时间才能达到标准要求。

配制浓度采用g/L单位使配制变得简单方便。

本标准配制浓度是在参考了JISG0565和国内压力容器行业多年来使用经验后确定的。

沉淀浓度采用ml/100ml单位，使得日常工作中对材料的质量进行控制时利用梨形沉淀管测定磁悬液浓度变得简捷可行。

表2磁悬液浓度

磁粉

类型

配制浓度（g/L）

沉淀浓度（含固体量：

ml/100ml）

JB4730-2005

JB4730-94

JB/T6061

ASMESE-709

ASTME

1444-01

JB4730-2005

JB4730-94

JB/T6061

ASMESE-709

ASTME1444-01

非荧光磁粉

10~25

10~20

10~25

——

——

1.2~2.4

1.2~2.4

——

1.2~2.4

1.2~2.4

荧光

磁粉

0.5~3

1~3

1~2

——

——

0.1~0.4

0.1~0.5

——

0.1~0.4

0.1~0.4

4．标准试件

①几何形状复杂的零件磁化时各部位的磁场强度很难用公式进行计算，而且方向也难以估计，因此采用传统的磁化方法显然对某些部位检测不合适，磁场会出现不均匀现象。

使用标准灵敏度试片可以了解被检工件各部位表面有效磁场强度和方向，有效检测区以及磁化方法是否正确，具有使用简单、直观、方便等优点。

JB4730-94标准中使用的标准试片（块）为A型试片、C型试片和磁场指示器（八角试块）。

A试片只有A-15/100、A-30/100、A-60/100三种试片，适用于平的探伤面，现增加A-7/50、A-15/50、A-30/50三种试片是适用于有曲率的探伤面，它们是由日本无损检测学会颁布的。

根据JB/T6065-2004《无损检测磁粉检测用试片》（2004.6.17发布，2004.11.1实施）介绍，试片分类有三种方法：

a）按产品类型分：

A型、B型、C型；b）按热处理状态分：

经退火处理、未经退火处理；c）按灵敏度分：

高、中、低。

注1：

按灵敏度等级分类，仅适宜于相同热处理状态的试片；

注2：

同一类型和灵敏度等级试片，未经退火处理的比经退火处理的灵敏度约高1倍。

由于不退火材料制成试片的磁导率μ低，所以它必须比退火材料制成试片具有更大的有效磁场才能显示同一类型和灵敏度等级试片磁痕。

而注2中是从另外一种角度叙述的：

对同一类型和灵敏度等级试片，未退火材料必须比退火材料施加的外加磁场更大才能显示磁痕，由于外加磁场大，所以它对自然缺陷显示的灵敏度就高。

JB/T6065-2004规定，每件试片上应刻有永久性标准化项目标记：

试片类型符号和热处理状态符号——人工槽深/试片厚度。

试片号：

A、B、C、D；

热处理：

经退火为1或空缺；未经退火为2；

人工槽深，试片厚度（略）。

另外，C型试片分割线为9条（即10小片试片），而JB/T6065-1992中分割线为4条（即5小片试片）。

A型标准试片是用来检查探伤装置、磁粉、磁悬液的性能以及连续法中试件表面有效磁场的强度及方向、有效检测范围、检测操作是否正确等。

由日本无损检测学会304小委员会进行连续法检测时A型标准试片磁痕显示与磁场强度对应关系的试验。

其结果表明，用连续法探出的A型标准试片的磁痕，几乎不受被检材质的影响，而仅与被检物表面的磁场强度有关。

用剩磁法时，A型试片显示磁痕与被检件的剩磁通密有关，但由于后者与试件的材质、A型试片与探伤面的接触状态以及试件产生的磁极有着较大的影响，故不能利用A型试片直接测试试件的剩磁通。

所以A型试片仅适用于连续法，不适用于剩磁法。

据有关资料介绍，A型灵敏度试片上的磁痕显示与磁化电流和磁场强度有如下大致的对应关系：

A-15/100显示时，I=（10~12）DH=3200~3800A/m

A-30/100显示时，I=（6~8）DH=1920~2560A/m

A-60/100显示时，I=（2~4）DH=640~1280A/m

因此本标准中（即对锅炉、压力容器及压力管道MT时）应选用A-30/100试片，灵敏度要求高时，可选用A-15/100。

这与后面3.9磁化规范中规定连续法时，工件表面场线磁场强度应达2.4~4.8KA/m就一致了。

（因为2.4KA/m≈2560A/m，A—30/100显示）。

C型标准试片也是由日本无损检测学会颁布的。

C型标准试片用于焊接坡口等狭小部位，即因尺寸关系，使用A型标准试片有困难时，用C型标准试片来代替A型标准试片。

C-8/50的灵敏度相当于A-7/50，C-15/50的灵敏度相当于A-15/50。

JISG0565规定：

“使用时为使具有人工缺陷面紧贴试件探伤面上，可用适当的双面粘带粘贴，此时粘带厚度应在100μm以下”。

同样，C型标准试片分C1和C2，C1为退火材料制成，C2为不作热处理的冷轧材料。

对C型标准试片施加磁粉时，应采用连续法，试片的原始形状、尺寸、磁特性发生变化时，不得继续使用。

M1型多功能试片是铁道科学研究院金化所生产的，它是将三个不同刻槽深度而间隔相等的人工刻槽以同心圆方式做在同一试片上，其三种槽深分别与A1型试片的三种型号相同，这种试片可一片多用，观察磁痕显示差异直观，能更准确地推断出被检工件表面的磁化状态。

②磁场指示器（八角试块）最早是在美国标准中应用，由于它使用方便，在JB3965-85标准中就开始采用。

磁场指示器仅用于了解工件表面的磁场方向和有效磁化范围，而不能作为磁场强度和磁场分布的定量测试，但比标准试片经久耐用，操作简便。

八角试块是由八块低碳钢经铜焊拼焊而成，他的人工缺陷为铜焊缝，其宽度在0.1mm数量级范围，试块总厚3.7mm左右，由于试块刚性大，不可能与工件表面（曲面）很好贴合，同时其厚度为3.7mm，这些都使得八角试块无法摸拟出工件表面状况，所以，八角试块显现磁痕与工件表面的磁场强度无严格对应关系，因此，八角试块只能作为工件表面磁场方向是否正确的一种粗略校验工具，而不能作为工件表面磁场强度及其分布的定量指示。

使用磁场指示器时，当磁场指示器上没有形成磁痕或没有在所需方向形成磁痕时，应改变或校正磁化方法。

国内大多是个体生产，质量不一定能很好保证，磁场强度不足时，也能显示*型，严重妨碍它的使用，这需要采取一定的措施。

ASMESE709（2001版）规定：

磁场指示器应放置在被检工作表面上，且使镀铜的一面远离被检表面。

该标准磁场指示器图上只标注一面为厚度0.25±0.025mm铜皮，而JB4730-2005标准的送审稿上的磁场指示器图上标注为二面铜皮，标准最终稿修改为一面铜皮，与ASME标准一致。

③B型标准试块是美国ASMESE709推荐的环形试块，它是用于中心导体法时估判磁化检测技术的全面性能及灵敏度的一种工具，它适用于直流电（DC）和三相全波整流电（FWDC），通电并施加磁粉时，形成的环外沿上的磁痕显示数量将指出所使用的系统的相对灵敏度，如果所述的显示数量不能探测到，则磁粉、磁悬液、磁化方法、磁化设备及其组合都必须进行检查和修正。

B型标准试块已被JB/T6066-2004《无损检测磁粉检测用环形试块》引用。

④E型标准试块适用于交流电（AC）和单相半波整流电，也是用于中心导体磁化方法中，它与英国BS标准试件和日本B型试块接近，E型标准试块也被JB/T6066-2004《无损检测磁粉检测用环形试块》引用。

⑤B型和E型标准试块原都在送审稿的附录A中作了详细介绍，在2005年3月的定稿会上，专家们认为中心导体法在锅炉压力容器行业使用不太多，所以删去了送审稿中附录A“标准试块的类型、图形、尺寸及使用方法”，但在本标准正文3.5.3节中强调了中心导体磁化方法标准试块应符合JB/T6066-2004《无损检测磁粉检测用环形试块》。

⑥由于制作统一的标准缺陷样件极其困难，各单位自行收集、制作的样件又有差异，这会带来质量异议，因此本标准不提倡采用标准缺陷样件。

5．磁化规范

①磁粉检测应有适当的磁场强度，为了使磁痕显示的一致性，磁场强度必须控制在合理的范围内，通常是±25%，影响磁场强度的因素是工件的尺寸、形状、材质以及磁化技术等，这些因素的变动范围广泛，所以很难制定严格的磁场强度规则以适用于每种工件。

标准中介绍了四种方法来确定磁场强度：

a）用磁化电流表征的磁场强度按3.9.2~3.9.6所给出的公式计算；

b）利用材料的磁特性曲线，确定合适的磁场强度；

c）用磁场强度计测量施加在工件表面的切线磁场强度，连续法为2.4~4.8KA/m，剩磁法为14.4KA/m；

d）用标准试片（块）来确定磁场强度是否合适。

ASMESE-709（2001版）中规定：

“磁场强度计与霍尔效应切向场探头用于测量切向场峰值，探头应放在被测表面上能确定最大场强处。

施加磁化力同时，测量的磁场强度大小在30~60GS范围内时（2.4~4.8KA/m），指示的为恰当的磁场强度。

”这与本标准中的四种方法之一“用磁场强度计测量施加在工件表面的切线磁场强度，连续法检测时应达到2.4~4.8KA/m”是一致的。

②通电法和中心导体法

a）空心件用直接通电法不能检查内表面不连续性，因为内表面磁场强度为零。

用中心导体法能检测工件内外表面与电流平行的纵向缺陷和端面的径向缺陷，外表面检测时应尽量使用直流电或整流电。

中心导体法用交流电进行外表面检测时，会在筒形工件内产生涡电流ie，因此工件的磁场是芯棒中的传感电流It和工件内的涡电流ie产生的磁场的叠加，由于涡电流有趋肤效应，由此导致工件内外表面的检测灵敏度相差很大，对磁化规范确定带来困难。

国内有资料介绍：

对一内径为80mm，厚2mm钢管通交直流电磁化，为达到管内、外表面相同大小的磁场，通直流电时二者相差不大，而通交流电时，检查外表时的电流值将是检查内表面时电流值的2.7倍。

因此用中心导体法进行外表面检测时，一般不用交流电而尽量使用直流电和整流电。

b）使用中心导体法时如果电流不能满足检测要求时可用偏置芯棒法，JB4730-94标准规定芯棒偏心放置时，芯棒与工件内表面的间距为10~15mm，实际操作时此间距很难控制且没有必要，检测时芯棒靠近内壁放置不仅灵敏度高，而且操作方便，因此JB4730-2005标准将原JB4730-94标准中棒与内壁间距10~15mm以及按空心工件厚度来确定磁化电流值的表11-4删去，芯棒靠近内壁放置时，导体与内壁接触时应采取绝缘措施。

此外，本标准中表3通电法和中心导体法磁化规范同样适应于偏置芯棒法。

不同的是通电法和中心导体法磁化电流计算公式中D为工件横截面上最大尺寸，而偏置芯棒法时D为芯棒直径加两倍工件壁厚。

c）在轴向通电法中，选择直流电（整流电）连续法：

I=（12~32）D，这与ASMESE-709（2001版）一致，JB4730-94中为I=（12~20）D，不适合有特殊要求的工件检验，因此选择的磁化电流范围扩大了，在交流电连续法中，JB4730-94标准中I=（6~10）D，同样不适用于有特殊要求的工件检验，为此将选择的磁化电流范围扩大，上限扩大到15D，即本标准规定I=（8~15）D。

③触头法

JB4730-94标准中触头法选择的磁化电流是：

T＜20mm时，I=（3~4）倍触头间距，T≥20mm时，I=（4~5）倍触头间距，在ASME标准中规定：

T＜19mm时，I=（3.5~4.3）倍触头间距，但国内已习惯使用I=（3.5~4.5）倍触头间距，这样的数值便于记忆，同时也在磁化电流的误差范围之中，因此本标准也规定，T＜19mm时，I=（3.5~4.5）倍触头间距。

另外，ASME规定T≥19mm时，I=（3.9~4.9）倍触头间距，国内已习惯使用I=（4~5）倍触头间距，而且误差不大，本标准采用了后者。

④磁轭法

JB4730-94标准中磁轭的磁极间距控制在50~200mm之间，由于磁极附近会产生漏磁场吸附磁粉形成非相关显示，为排除漏磁场干扰，所以JB4730-2005标准将最小磁极间距扩大到75mm，这一规定与ASME规范一致。

交流电磁场具有趋肤效应，因此对表面缺陷有较高的灵敏度。

此外，由于交流电方向不断的变化，使得交流电磁轭的磁场方向也不断变化，这种方向变化可搅动磁粉，有助于磁粉的迁移，从而提高灵敏度。

而直流电磁轭由于其磁场深入工件表面较深，有助于发现较深层的缺