壓力容器的射線和超聲波檢測的可靠性比較

聶洪軒， 王偉

（哈藥集團(tuán)制藥總廠，哈爾濱150086）

1 引 言

無損檢測是壓力容器制造后必須進(jìn)行的關(guān)鍵步驟，它關(guān)系到壓力容器的使用安全，是制造結(jié)束后質(zhì)量保障的手段?，F(xiàn)階段，使用比較廣泛的是射線檢測和超聲波檢測，超聲波檢測由于設(shè)備較為經(jīng)濟(jì)和操作簡便等原因，在無損檢測應(yīng)用領(lǐng)域比射線檢測更為廣泛。由于這兩種檢測的方法的檢測原理完全不同，對不同缺陷的靈敏性各不相同，對不同種類缺陷的檢出率也各有優(yōu)劣，所以在需要檢測不同方面的缺陷時，用射線或超聲波就要有所選擇。

由于無損檢測的重要性及無損檢測方法的多樣性，作為一名壓力容器設(shè)計人員在選擇無損檢測方法前，應(yīng)在充分了解各種無損檢測方法的優(yōu)缺點(diǎn)后做出合適的選擇。

2 符合使用要求

無損檢測的目的是防止焊縫由于焊接缺陷而引起的壓力容器破裂。壓力容器破裂的安全性取決于應(yīng)力、缺陷及材料性能。而無損檢測通常只能發(fā)現(xiàn)缺陷。對于一條焊縫，如果知道其材料的性能和應(yīng)力，就可計算出焊縫的臨界缺陷尺寸。它是指不降低壓力容器安全性的條件下所能允許的最大缺陷尺寸。“符合使用要求”就是指焊縫缺陷尺寸小于臨界缺陷尺寸，壓力容器就可以說是安全的，這是通常意義上的說法。但從斷裂力學(xué)的角度來看，臨界缺陷尺寸主要取決于實(shí)際缺陷的高度，而其長度及其它參數(shù)則相對次要。但現(xiàn)在大多數(shù)的無損方法均不是測量缺陷的高度而是測量其長度。而對于焊縫中的主要危害—平面型缺陷，射線檢測往往不能檢測出來，而超聲波檢測雖然有可能探測出來，但超聲波信號的高度和缺陷的實(shí)際高度卻無明顯或簡單關(guān)系。

3 射線和超聲波檢測的優(yōu)缺點(diǎn)比較

3.1 射線檢測的優(yōu)缺點(diǎn)

（1）射線檢測有底片的直接記錄。（2）可獲得缺陷的投影圖象，比較直觀。（3）體積型缺陷（夾渣、氣孔等）檢出率很高，而面積型缺陷（未熔合、裂紋）的檢出率較低。（4）只適合對薄板的檢測。（5）適合檢測對接焊縫，但對角焊縫的檢測效果較差。（6）檢測成本高，檢測的速度慢。（7）射線的輻射對人體有害。

3.2 超聲波檢測的優(yōu)缺點(diǎn)

（1）超聲波檢測無直接的見證記錄。（2）無法獲得缺陷的直觀圖象，定量困難。（3）對面積型缺陷的檢出率較高，而對體積型缺陷的檢出率較低。（4）適合對厚板進(jìn)行檢測。（5）應(yīng)用范圍廣，適合對各類工件、焊縫進(jìn)行檢測。（6）成本低，檢測速度快，設(shè)備體積小，重量輕。（7）材質(zhì)的晶粒度及工件的不規(guī)則形狀對超聲波有影響。

通過上述射線和超聲波檢測的優(yōu)缺點(diǎn)可以看出，射線和超聲波檢測的優(yōu)缺點(diǎn)都比較明顯，但它們在很多方面都能形成互補(bǔ)，所以要根據(jù)不同的實(shí)際情況做出選擇。

4 常規(guī)超聲波和射線檢測的可靠性比較

在超聲波檢測中，有時不能正確判定缺陷的種類、形狀和尺寸。但焊縫的缺陷在沿長度上的位置是容易確定的。而對于超聲波檢測的可靠性而言，由于無法得到直觀的缺陷圖象，所以人的主觀因素就成為其重要因素之一，而對于超聲波檢測中不同部位的檢測數(shù)據(jù)，是否便于檢測人員發(fā)現(xiàn)并判定其缺陷性質(zhì)是對超聲波檢測可靠性的重要的評定依據(jù)。

對于根部缺陷——在對兩個分別長35mm 和30mm的焊縫根部裂紋的超聲波檢測試驗(yàn)中，約80%的檢測人員可以發(fā)現(xiàn)這些裂縫，但只有20%的檢測人員可以正確判定其性質(zhì)，單面焊縫如果沒有事先采取措施，則根部缺陷檢測的準(zhǔn)確性不高，它們有時可能被認(rèn)定為焊縫幾何形狀引起的偽信號。

對于夾渣缺陷——這里主要是指圓形夾渣。大約1/3的檢測人員未能發(fā)現(xiàn)某一夾渣。雖然漏檢的幾率很高，但這種夾渣不危險，問題還不是很大。

對于未熔合缺陷——未熔合屬平面型缺陷，其與裂紋類似。幾乎所有的檢測人員都可檢測出大的未熔合缺陷，但只有75%的人員能檢測出小的未熔合缺陷。

對于氣孔缺陷——密集氣孔能比較容易地檢測出來，約占60%。而對于單個氣孔，檢出率卻只有25%。但氣孔對材料強(qiáng)度的影響不大，故對于現(xiàn)有的檢出率已可滿意。

對于表面缺陷——只有不足50%的檢測人員能檢測出焊瘤、咬邊和過高的加強(qiáng)層等缺陷，因此焊縫的超聲檢測需與磁粉檢測、表面目測等相結(jié)合。

在射線檢測中，對于缺陷高度小于材料厚度1%～2%的缺陷是極難發(fā)現(xiàn)的，對于取向不良的平面缺陷尤其如此。射線檢測也不易判定缺陷的埋藏深度。由于射線檢測發(fā)現(xiàn)的缺陷比較直觀，所以對于用同樣攝片工藝獲得的射線照片，一般不會出現(xiàn)很大差異。但對于同一缺陷的不同攝片方法，則所呈現(xiàn)的缺陷細(xì)節(jié)就會有所不同。而對于同一張照片上的缺陷，不同的檢測人員卻可能得出不同的結(jié)果。

綜上所述，現(xiàn)階段，無損檢測依然是以射線檢測為主，尤其是在薄板（≤38mm）檢測中。

因?yàn)樯渚€檢測照片比較直觀，對于人員的經(jīng)驗(yàn)依賴較小，所以可靠性較高，并有可儲存的檢測依據(jù)（射線照片），但其缺點(diǎn)也較明顯，對人體有輻射傷害，使用成本較高。而超聲波檢測可彌補(bǔ)射線檢測的缺點(diǎn)，但無法得到缺陷的直觀圖象，對人員的經(jīng)驗(yàn)依賴性很強(qiáng)，所以可靠性相對較低，并且無法儲存檢測數(shù)據(jù)。

5 結(jié) 語

射線檢測和超聲波檢測是目前使用比較廣泛的兩種無損檢測方法。它們對于不同的焊縫缺陷有著不同的優(yōu)勢，所以在針對不同缺陷時應(yīng)選擇不同的檢測方法。就其可靠性而言，射線檢測由于檢測照片比較直觀，所以射線檢測比超聲波檢測的可靠性要高，但其缺點(diǎn)也較為明顯。隨著技術(shù)的發(fā)展，超聲波檢測由于成本經(jīng)濟(jì)等原因?qū)⒃跓o損檢測所占的比重中越來越大，尤其是超聲衍射時差（TOFD）檢測技術(shù)的出現(xiàn)，超聲波檢測的可靠性也越來越高，其發(fā)展前景也越來越可觀。