壓力容器超聲檢測(cè)技術(shù)的原理和應(yīng)用

摘 要：雖然壓力容器被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和人們的日常生活中，但它是具有潛在危險(xiǎn)的重要設(shè)備。在我國(guó)工業(yè)發(fā)展過(guò)程中，無(wú)損檢測(cè)占有非常重要的位置，它的發(fā)展推動(dòng)了我國(guó)工業(yè)的發(fā)展。將這種檢測(cè)方式應(yīng)用于壓力容器中，對(duì)保證其制造、安裝質(zhì)量和運(yùn)行安全至關(guān)重要。目前，新型材料和復(fù)雜結(jié)構(gòu)不斷涌現(xiàn)，對(duì)工程設(shè)備的質(zhì)量、安全性、可靠性提出了更高的要求，對(duì)無(wú)損檢測(cè)也提出了更高的要求。簡(jiǎn)要介紹了無(wú)損檢測(cè)的相關(guān)內(nèi)容，重點(diǎn)論述了超聲檢測(cè)技術(shù)及其在壓力容器特種設(shè)備中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：壓力容器；無(wú)損檢測(cè)；超聲檢測(cè)技術(shù)；設(shè)備質(zhì)量

中圖分類(lèi)號(hào)：TG115.285 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.01.122

壓力容器是存在潛在危險(xiǎn)的承壓類(lèi)特種設(shè)備，它已被廣泛應(yīng)用于石油、化工、航空和航天等領(lǐng)域，是與人們?nèi)粘Ｉ蠲芮邢嚓P(guān)的重要基礎(chǔ)設(shè)施。在壓力容器的設(shè)計(jì)、制造、安裝和使用等環(huán)節(jié)中，無(wú)損檢測(cè)作為一種無(wú)破壞性的質(zhì)量檢測(cè)手段，在質(zhì)量控制和安全使用中發(fā)揮著重要作用。

1 無(wú)損檢測(cè)

無(wú)損檢測(cè)對(duì)材料和工件無(wú)破壞性，它是利用聲、光、磁、電等特性，運(yùn)用物理、化學(xué)方法檢測(cè)制造中、在役的壓力容器構(gòu)件表面和內(nèi)部的性質(zhì)、狀態(tài)的一種技術(shù)。它的存在大大提高了工作效率，為壓力容器的安全運(yùn)行提供了有力保障。無(wú)損檢測(cè)的特點(diǎn)是：①無(wú)損檢測(cè)無(wú)法取代破壞性檢測(cè)，要與破壞性檢測(cè)相結(jié)合。②根據(jù)檢測(cè)目的、設(shè)備工況、材質(zhì)和制造工藝等正確選擇無(wú)損檢測(cè)的實(shí)施時(shí)間。③選用最佳的無(wú)損檢測(cè)方法，并綜合運(yùn)用各種檢測(cè)方法。每種檢測(cè)方法都有其特點(diǎn)，所以，應(yīng)遵循承壓類(lèi)特種設(shè)備的安全技術(shù)法規(guī)、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)等，參考設(shè)備材質(zhì)、工況、制造工藝、使用條件和失效模式等推測(cè)可能產(chǎn)生的缺陷，從而選擇最佳的無(wú)損檢測(cè)方法。

在壓力容器的無(wú)損檢測(cè)中，常用的方法有超聲檢測(cè)（UT）、射線檢測(cè)（RT）、磁粉檢測(cè)（MT）和滲透檢測(cè)（PT）。射線檢測(cè)是目前工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的方法。當(dāng)射線穿透被檢物體與物質(zhì)發(fā)生相互作用時(shí)，透過(guò)物質(zhì)的部分射線會(huì)攜帶被檢物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、成分信息（包括缺陷），而這些將會(huì)由探測(cè)器接收、處理。探測(cè)器接收射線的過(guò)程也是射線與物質(zhì)作用的過(guò)程，例如，射線照相檢測(cè)利用射線在膠片中使鹵化銀感光，通過(guò)膠片的黑度反映射線的強(qiáng)度變化，并判斷有關(guān)缺陷的具體情況。磁粉檢測(cè)用于檢測(cè)鐵磁性材料的表面或近表面的缺陷。當(dāng)鐵磁性工件被磁化后，會(huì)在工件表面和近表面缺陷部位產(chǎn)生漏磁場(chǎng)，吸附施加在工件表面的磁粉，形成肉眼可見(jiàn)的磁痕，顯示缺陷信息。磁粉探傷檢測(cè)在壓力容器設(shè)備的坡口、對(duì)接焊縫的表面、大型設(shè)備的表面檢測(cè)中應(yīng)用非常廣泛。滲透檢測(cè)以毛細(xì)作用為基本原理，用于檢測(cè)非吸收性材料表面的開(kāi)口缺陷。在毛細(xì)作用下，工件表面施加的含有熒光染料或著色染料的滲透劑會(huì)滲入表面開(kāi)口的缺陷中。去除多余的滲透劑，干燥、施涂顯像劑后，在毛細(xì)的作用下，顯像劑吸附缺陷中的滲透劑會(huì)回到工件表面，在一定的光源下，可觀察、評(píng)定表面缺陷的情況。

2 超聲檢測(cè)技術(shù)

目前，超聲檢測(cè)是國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最廣泛、使用頻率最高、發(fā)展速度最快的一項(xiàng)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。它適用于多種材質(zhì)的檢測(cè)工作中，檢測(cè)范圍大，對(duì)缺陷的定位比較準(zhǔn)確，而且對(duì)面積型缺陷的檢出率也比較高，檢測(cè)成本低、靈敏度高、速度快，適宜現(xiàn)場(chǎng)使用。超聲檢測(cè)技術(shù)是基于超聲波在材料中的傳播特性，使聲源產(chǎn)生的超聲波進(jìn)入工件，并在工件中傳播，與工件材料以及其中的缺陷相互作用。當(dāng)超聲波的傳播方向、特征發(fā)生改變后，要研究反射、透射和散射的超聲波，并進(jìn)行宏觀缺陷檢測(cè)、組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能變化的檢測(cè)。

超聲檢測(cè)的方法很多，目前，在工業(yè)中應(yīng)用最多的是脈沖反射式超聲檢測(cè)。其基本原理是，當(dāng)脈沖波進(jìn)入工件后，以一定的方向和速度傳播。當(dāng)遇到聲阻抗有差異的界面時(shí)，部分聲波會(huì)被反射，檢測(cè)設(shè)備則會(huì)接收超聲波信號(hào)并顯示。A型顯示是一種波形顯示，即顯示器的橫坐標(biāo)代表超聲波在被檢測(cè)材料中的傳播時(shí)間，縱坐標(biāo)代表超聲波反射波的幅值。

在利用脈沖反射法進(jìn)行超聲波檢測(cè)之前，工作人員要熟練掌握相關(guān)通用技術(shù)。檢測(cè)的基本步驟是：①根據(jù)缺陷的可能去向選擇檢測(cè)面，使超聲波聲束軸線與缺陷的主反射面接近垂直。②根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)、工藝技術(shù)要求、現(xiàn)場(chǎng)條件選擇儀器，根據(jù)被檢測(cè)對(duì)象的形狀、聲學(xué)特性、技術(shù)要求等選擇探頭。在此過(guò)程中，需要使用耦合劑排除探頭與工件表面的空氣。常用的耦合劑有機(jī)油、水、甘油和化學(xué)糨糊等。其中，化學(xué)糨糊的成本低、使用方便、耦合效果比較好，所以，被大量使用。為了提高耦合效果，還需要考慮幾點(diǎn)因素，比如耦合層的厚度、工件表面的形狀和粗糙程度。使用探頭在工件上掃查時(shí)，聲束范圍就是可以檢測(cè)到的部分。同時(shí)，還要確定掃查方式，包括探頭的移動(dòng)方式、掃查速度和掃查間距等。③根據(jù)發(fā)現(xiàn)的缺陷顯示信號(hào)準(zhǔn)確測(cè)定缺陷的具體情況，并確定其位置（平面位置、埋藏深度）和尺寸（當(dāng)量尺寸、缺陷延伸長(zhǎng)度貨面積），完成相關(guān)的記錄和等級(jí)評(píng)定工作。

3 超聲檢測(cè)在壓力容器中的應(yīng)用

在制造壓力容器時(shí)，大部分都是使用焊接方式，并且焊接質(zhì)量會(huì)直接影響壓力容器的質(zhì)量。無(wú)損檢測(cè)作為一種有效的檢測(cè)、評(píng)價(jià)焊接質(zhì)量的方法，在壓力容器的生產(chǎn)過(guò)程中起著關(guān)鍵作用，具體表現(xiàn)為以下3點(diǎn)：①降低成本，保證生產(chǎn)各階段零部件的質(zhì)量。②提高質(zhì)量。在制造壓力容器的過(guò)程中，對(duì)原材料進(jìn)行超聲檢測(cè)，合格的母材才能用于生產(chǎn)，要為壓力容器的質(zhì)量把好基礎(chǔ)關(guān)。③改進(jìn)工藝。通過(guò)分析超聲檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的缺陷，指導(dǎo)工藝改進(jìn)工作，從而更好地推廣無(wú)損檢測(cè)。

在壓力容器進(jìn)行超聲檢測(cè)之前，要確定具體的檢測(cè)方法，即制訂正確、高效的超聲檢測(cè)工藝。目前，超聲檢測(cè)技術(shù)的通用工藝是根據(jù)相關(guān)法律法規(guī)、安全技術(shù)規(guī)范、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和JB/T 4730.3—2005等檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)制訂的。以超聲檢測(cè)高壓加熱器管座角焊縫為例，主要檢測(cè)的是壓力容器的內(nèi)部裂紋和未熔合的地方。

4 實(shí)例介紹

水室與接管腳的焊縫如圖1所示。

該檢測(cè)部件封頭的材質(zhì)為Q345R，水管材質(zhì)為20MnMo。在施工過(guò)程中，采用的焊接方法有手工焊、埋弧自動(dòng)焊，并且超聲檢測(cè)設(shè)備選用友聯(lián)PXUT-350C，嚴(yán)格按照J(rèn)B/T 4730.3—2005的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。檢測(cè)時(shí)，要求100%檢測(cè)，合格級(jí)別為I級(jí)，檢測(cè)時(shí)間選擇在焊后24 h，將其表面打磨后檢測(cè)，耦合劑選用機(jī)油。在調(diào)節(jié)檢測(cè)的靈敏度時(shí)，要把無(wú)缺陷處第二次底波調(diào)節(jié)為示波屏滿刻度的100%.如圖1所示，檢測(cè)面A，B，C，D進(jìn)行縱縫缺陷檢測(cè)，檢測(cè)面A，B，D進(jìn)行橫向缺陷檢測(cè)，檢測(cè)面B，C進(jìn)行母材檢測(cè)。在檢測(cè)面A，B進(jìn)行縱向、橫向缺陷檢測(cè)時(shí)，用的是2.5M的K1斜探頭，晶片尺寸為13 mm×13 mm；在檢測(cè)面C，D進(jìn)行縱向缺陷檢測(cè)時(shí)，用的是2.5M的K1斜探頭，晶片尺寸為9 mm×9 mm；在檢測(cè)面D進(jìn)行橫向缺陷檢測(cè)時(shí)，用的是2.5M的K1斜探頭，晶片尺寸為9 mm×9 mm；在檢測(cè)面B進(jìn)行母材檢測(cè)時(shí)，用的是2.5M直探頭，圓晶片直徑為14 mm；在檢測(cè)面C進(jìn)行母材檢測(cè)時(shí)，用的是2.5M直探頭，圓晶片直徑為20 mm。綜合上述各項(xiàng)工藝要求，對(duì)產(chǎn)品設(shè)備進(jìn)行高效、準(zhǔn)確的超聲檢測(cè)。

5 結(jié)論

壓力容器在我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)中占有舉足輕重的位置。超聲檢測(cè)技術(shù)作為質(zhì)量檢測(cè)的重要手段之一，在現(xiàn)代工業(yè)中也發(fā)揮著非常重要的作用。目前，我國(guó)的無(wú)損檢測(cè)已經(jīng)取得了較大的發(fā)展，工作人員的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)也在不斷提高，這就對(duì)壓力容器設(shè)備無(wú)損檢測(cè)行業(yè)提出了更高的要求，促使其朝著標(biāo)準(zhǔn)化、小型化和精確化的方向發(fā)展。

作者簡(jiǎn)介：王洪良（1964—），男，主要從事射線和超聲無(wú)損檢測(cè)方面的工作。

〔編輯：白潔〕