無損檢測 安全無傷:電磁感應(yīng)技術(shù)在壓力容器無損檢測中的應(yīng)用

勝利油田特種設(shè)備檢驗(yàn)所 梁麗華

勝利油田設(shè)備管理處 賀建軍

無損檢測的發(fā)展從無損探傷，進(jìn)而到無損檢測，然后到無損評(píng)價(jià)階段。無損檢測融入設(shè)備的一生管理，是設(shè)備管理工作的重要程序和方法。為了保障設(shè)備的安全運(yùn)行，無損檢測技術(shù)充分發(fā)揮了其非破壞性及可靠性并且在許多情況下更可以實(shí)施原位檢測。本期專題介紹了無損檢測技術(shù)及其應(yīng)用，闡述了各種無損檢測方法的原理、特點(diǎn)、適用范圍和發(fā)展趨勢，并列舉了應(yīng)用實(shí)例。這充分說明了無損檢測技術(shù)在在用設(shè)備與結(jié)構(gòu)的可靠性評(píng)價(jià)中發(fā)揮了重要的作用。同時(shí)，無損檢測技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人身與設(shè)備安全監(jiān)測中也發(fā)揮著重要作用?，F(xiàn)今，無損檢測技術(shù)在應(yīng)對(duì)氣候變化、發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)和綠色再制造產(chǎn)業(yè)中也正起著不可替代的作用。

策劃/執(zhí)行：蔣旭

無損檢測是壓力容器檢驗(yàn)中的重要檢驗(yàn)項(xiàng)目，在分析了目前常規(guī)無損檢測方法的優(yōu)缺點(diǎn)后，顯示出電磁感應(yīng)技術(shù)非常適合壓力容器的在線檢驗(yàn)。對(duì)電磁感應(yīng)技術(shù)在壓力容器在線無損檢測中的應(yīng)用進(jìn)行了分析。

一、前言

壓力容器是保障油田生產(chǎn)和生活的重要設(shè)施設(shè)備。40年來，勝利油田的各類壓力容器使用時(shí)間長，使用環(huán)境惡劣，安全隱患越來越多?，F(xiàn)在使用的壓力容器大都是焊制而成，許多焊縫在長期作用力下極易受到損傷，最常見缺陷是由疲勞產(chǎn)生的表面裂紋。尖銳的裂紋尖端會(huì)引起應(yīng)力集中，促使裂紋快速擴(kuò)展造成嚴(yán)重事故。檢驗(yàn)時(shí)要對(duì)壓力容器的所有焊縫進(jìn)行不少于20%比例的探傷，有時(shí)甚至需進(jìn)行100%焊縫常規(guī)無損檢測，且有些無損檢測方法須將容器停用，對(duì)容器表面進(jìn)行打磨，露出金屬本體，工作量大，檢測時(shí)間長，勞動(dòng)強(qiáng)度大，如何解決焊縫裂紋的檢出率與檢驗(yàn)效率之間的矛盾，快速掃查容器上的裂紋，實(shí)現(xiàn)壓力容器的在線無損檢測和提高壓力容器檢驗(yàn)質(zhì)量是需解決的主要問題之一。

二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及技術(shù)發(fā)展趨勢

目前已有多種無損檢測方法用于焊縫裂紋探傷：磁粉（MP）、滲透 （LP）、超聲波 （UT）、X射線 （RT）、渦流（ET）、聲發(fā)射（AE）和紅外檢測，它們各自的特點(diǎn)如下。

1.磁粉法

磁粉法是用于探測鐵磁性材料表面或近表面缺陷的一種簡單易行的方法。檢測時(shí)將需檢驗(yàn)部位及周圍磁化。焊縫處如有裂紋等缺陷，由于缺陷處存在空氣或其他物質(zhì)，其磁阻較鐵磁材料本身磁阻大得多，因此在缺陷處磁力線會(huì)產(chǎn)生彎曲繞行現(xiàn)象。當(dāng)缺陷位于管道表面或近表面時(shí)，一部分磁力線繞過缺陷暴露在空氣中，產(chǎn)生漏磁現(xiàn)象。如果此時(shí)在管道表面噴灑上鐵磁粉或涂上磁粉混濁液，則缺陷處的漏磁場會(huì)吸住部分磁粉而把缺陷顯現(xiàn)出來。磁粉檢測所需設(shè)備簡單，操作簡便，迅速可靠，對(duì)表面缺陷檢測靈敏度高，缺陷較直觀，成本低。但缺陷的顯現(xiàn)程度與缺陷同磁力線的相對(duì)位置有關(guān)，且只能檢測出缺陷的位置和在表面方向上的長度，不能檢測出缺陷深度，檢測靈敏度隨缺陷深度而下降，并且檢測部位需打磨出金屬本體。

2.滲透法

滲透法是利用某些具有較強(qiáng)滲透性的滲透液，涂在金屬被檢表面上，使之滲入管道表面的微小缺陷中，然后用清洗劑除去表面上的滲透液，在金屬表面涂上一薄層吸附性強(qiáng)的吸附劑，隔一定時(shí)間后，滲透入表面缺陷中的滲透液就會(huì)被吸附劑吸附，在金屬表面顯現(xiàn)出缺陷來。若缺陷內(nèi)有油、水或其他介質(zhì)存在時(shí)，檢測靈敏度就顯著下降。滲透法設(shè)備簡單，并具有檢測表面裂紋靈敏度高、使用和操作方便，以及適用于無電源、水源的野外現(xiàn)場檢測等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是不能檢測金屬壁板內(nèi)部缺陷，對(duì)金屬板的粗糙度有一定要求，檢測部位需打磨出金屬本體。

3.超聲檢測

超聲檢測法主要用于檢測焊縫內(nèi)部埋藏缺陷。由于超聲波探傷儀體積小、重量輕，便于攜帶和操作，而且與射線相比對(duì)人無傷害，因此在在用壓力容器檢驗(yàn)中得到廣泛應(yīng)用。缺點(diǎn)是超聲檢測的效果憑檢測人員的經(jīng)驗(yàn)而定，傳統(tǒng)的超聲波探傷儀無法進(jìn)行缺陷圖像的保存。

4.射線檢測

射線檢測是檢查金屬焊接接頭內(nèi)部缺陷的一種準(zhǔn)確可靠的方法，可以顯示出缺陷的形狀、平面位置和大小。其優(yōu)點(diǎn)是利用射線照相獲得的底片分析金屬焊接接頭缺陷，具有直觀性，并且檢測結(jié)果可記錄下來作為檔案資料長期保存。由于檢測圖象較直觀，所以對(duì)缺陷尺寸和性質(zhì)判斷比較容易。其缺點(diǎn)是當(dāng)裂紋面與射線近于垂直時(shí)就很難檢查出來，對(duì)微小裂紋的檢測靈敏度低，生產(chǎn)費(fèi)用大，并且對(duì)人體有害，需要有防護(hù)設(shè)備。

5.聲發(fā)射檢測

聲發(fā)射又稱應(yīng)力波發(fā)射，當(dāng)材料或零部件受外力作用發(fā)生變形、斷裂或內(nèi)部應(yīng)力超過屈服極限而進(jìn)入不可逆的塑性變形階段，都會(huì)以瞬態(tài)彈性波形式釋放出應(yīng)變能，這種現(xiàn)象稱為聲發(fā)射。聲發(fā)射檢測技術(shù)是一種動(dòng)態(tài)無損檢測方法，它可以對(duì)檢測對(duì)象進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，且檢測靈敏度高。此外，幾乎所有材料都具有聲發(fā)射特性，所以聲發(fā)射檢測不受材料限制，且不受檢測對(duì)象的尺寸、幾何形狀、工作環(huán)境等因素的影響，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域。但該技術(shù)應(yīng)用于壓力容器檢驗(yàn)，由于其對(duì)缺陷不能定性，須用其他常規(guī)無損檢測方法進(jìn)行復(fù)驗(yàn)。

6.紅外檢測

紅外無損檢測是現(xiàn)代無損檢測中的一種，它是通過測量物體的熱量和熱流的傳遞，進(jìn)而通過分析實(shí)現(xiàn)檢測目的一種檢測技術(shù)。它是非接觸的無損檢測技術(shù)，即連續(xù)對(duì)被測物作上下、左右非接觸的連續(xù)掃描。試驗(yàn)證明，材料導(dǎo)熱率、缺陷的幾何尺寸、材料的厚度、溫度激勵(lì)方式等因素均為影響檢測靈敏度的關(guān)鍵因素，對(duì)不同缺陷的準(zhǔn)確評(píng)估需要建立專門的專家數(shù)據(jù)庫和診斷軟件。

7.渦流檢測

常規(guī)渦流法可用來檢測鋼結(jié)構(gòu)件的表面裂紋，并無需清除表面較薄的污垢或漆層，然而這種方法只適用于檢查母材上的裂紋，對(duì)焊縫上的裂紋卻因焊縫在高溫熔合時(shí)產(chǎn)生的激烈的鐵磁性變化而出現(xiàn)的雜亂無序的磁疇干擾而無法實(shí)施，并且母材與焊接填充材料的差異，也是困擾檢測的原因之一，檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性受渦流探頭、材料、高溫環(huán)境中操作人員輻射熱的防護(hù)及保持操作的穩(wěn)定性等因素的影響。判傷也與操作者技術(shù)水平有關(guān)。

電磁感應(yīng)法很適合探測表面裂紋，而且能穿透工件表面存在數(shù)毫米厚的涂層。它不但能在潮濕的條件下使用，甚至能在水下直接使用。

三、電磁感應(yīng)技術(shù)的檢測原理

用一交變磁場磁化鋼鐵試件的局部區(qū)域，當(dāng)缺陷進(jìn)入交變磁場內(nèi)，會(huì)在表面產(chǎn)生泄漏磁場梯度異常區(qū)，采用磁敏元件檢測這些磁場的畸變，就能獲得缺陷信號(hào)，由于試件也是良導(dǎo)體，在交變磁場的感應(yīng)下，試件也將產(chǎn)生感應(yīng)電流，并同時(shí)生成附加的感應(yīng)磁場與原有的泄漏磁場合成復(fù)合磁場。對(duì)鐵磁性材料，交流電磁場的畸變，會(huì)因磁導(dǎo)率的增加而得到加強(qiáng)，從而提高檢測靈敏度，圖1為電磁感應(yīng)技術(shù)檢測方法原理示意圖。

由于電磁感應(yīng)檢測法傳感器與試件的耦合是以電磁波的方式傳遞，所以它們之間無需像超聲波法那樣要借助耦合劑，可直接穿透非導(dǎo)體涂層，甚至不太厚的不銹鋼覆蓋層，適合于焊縫的表面裂紋檢測。

四、電磁感應(yīng)法的優(yōu)點(diǎn)

（1）電磁感應(yīng)技術(shù)應(yīng)用于壓力容器的無損探傷，無須對(duì)容器表面進(jìn)行清理、打磨，且溫度及材質(zhì)對(duì)測試的影響較小，能夠?qū)崿F(xiàn)壓力容器的在線無損檢測。

（2）由于工藝或使用區(qū)域的限制，在檢驗(yàn)中常常遇到壓力容器的某些部位空間狹小，常規(guī)的探傷方法無法實(shí)施，采用電磁感應(yīng)技術(shù)對(duì)容器狹小空間、孔壁以及角焊縫的探傷只需連接合適的探頭進(jìn)行測試，易于操作，適用性強(qiáng)，且不會(huì)損傷檢驗(yàn)人員的身體健康。

（3）應(yīng)用電磁感應(yīng)技術(shù)可透過涂層檢測出壓力容器表面裂紋的深度及長度，并可對(duì)裂紋的走向加以判斷。

（4）檢測結(jié)果和檢測參數(shù)可進(jìn)行保存，并可通過數(shù)據(jù)線傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，可以隨時(shí)查驗(yàn)，并能避免檢測人員操作中主觀性差異。

五、電磁感應(yīng)法的缺點(diǎn)

通過大量的現(xiàn)場測試結(jié)果可見，對(duì)表面平整度較好的設(shè)備母材及焊縫（如自動(dòng)焊）的裂紋，檢測靈敏度較高，但對(duì)于起伏度較大的手工焊焊縫，檢測效果有所下降，可用抑制功能消除因焊縫起伏造成的影響，及選擇適當(dāng)?shù)臋z測參數(shù)，如增益、強(qiáng)度等以達(dá)到最佳的檢測效果。實(shí)際上，目前壓力容器制造中焊縫基本已消除了人工焊接，焊縫絕大部分為自動(dòng)焊。

綜上所述，電磁感應(yīng)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)壓力容器的在線無損檢測，可對(duì)焊縫實(shí)現(xiàn)快速掃查，無需對(duì)焊縫進(jìn)行打磨清理，檢驗(yàn)效率大大提高；可實(shí)現(xiàn)檢測結(jié)果存儲(chǔ)，能對(duì)檢測出的焊縫裂紋作定性和半定量評(píng)估。