壓力容器無損檢測新技術(shù)的原理和應(yīng)用

曾慶順 邢亞生 劉瑩

摘要：隨著我國現(xiàn)代化工業(yè)不斷發(fā)展，壓力容器設(shè)備的種類也逐步增多，并且在多個(gè)行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。壓力容器使用的安全性和穩(wěn)定性，保障了各行各業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。但是如果壓力容器出現(xiàn)質(zhì)量問題，便會(huì)造成嚴(yán)重的事故。因此為了保障壓力容器在使用過程中的安全性，采用了無損檢測技術(shù)檢測壓力容器的質(zhì)量，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)其中存在的各項(xiàng)缺陷。無損檢測技術(shù)多種多樣，本文主要介紹無損檢測新技術(shù)的各個(gè)類型，以及技術(shù)原理和在壓力容器中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：壓力容器無損檢測技術(shù);原理;應(yīng)用

壓力容器在運(yùn)行的過程中容易受到壓力、溫度、介質(zhì)的各種因素的影響，從而出現(xiàn)質(zhì)量問題，主要表現(xiàn)為腐蝕開裂和疲勞開裂等各種缺陷。通過采用無損檢測新技術(shù)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的各項(xiàng)問題，做好全面檢測修補(bǔ)工作，保障壓力容器的使用安全。

1.無損檢測技術(shù)分類

1.1激光無損檢測

激光無損檢測技術(shù)是壓力容器檢測中的一項(xiàng)常規(guī)技術(shù)，而隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，激光無損檢測在無損檢測領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)大。其具有能量高度集中、方向性較強(qiáng)、單色性好的特點(diǎn)，也可以細(xì)分為激光超聲，激光全息和激光散斑等無損檢測技術(shù)。

激光超聲的優(yōu)勢在于非接觸檢測，它能夠用于各種比較復(fù)雜形式樣貌壓力容器的特性檢測中，消除壓電換能器技術(shù)的耦合劑影響，保障檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。同時(shí)激光超聲技術(shù)中還帶有寬帶檢測技術(shù)，利用光波波長來測量超聲位移，測量結(jié)果更為精確標(biāo)準(zhǔn)。也可以用于遠(yuǎn)距離的遙控激發(fā)和接收，能夠?qū)崿F(xiàn)對壓力容器的在線檢測，消除空間障礙，因此激光超聲檢測可以用于高溫高壓等環(huán)境下的檢測。激光全息可以利用外加載荷以及缺陷部位的形變量和其他部位的不同特點(diǎn)進(jìn)行綜合的分析判斷，從而確定壓力容器結(jié)構(gòu)內(nèi)部是否存在不連續(xù)性，完成無損檢測工作。利用激光散斑技術(shù)檢測的物體，在有缺陷的部位會(huì)形成干涉條紋和激光散斑圖的疊加，從而確定缺陷是否存在。但是激光無損檢測技術(shù)具有一定的局限性，它對物體表面有一定的要求，同時(shí)激光檢測設(shè)備費(fèi)用高昂，對于檢測人員的素質(zhì)要求也極高。

1.2磁記憶檢測

磁記憶檢測主要是利用構(gòu)件在地磁場中的磁化來檢測是否存在缺陷，不需要對構(gòu)件的表面進(jìn)行專門的清理，以及專門的磁化和退磁，不需要耦合。磁記憶檢測技術(shù)具有快速，靈敏度高，可靠性的優(yōu)點(diǎn)，它可以用于壓力容器存在高應(yīng)力集中的部位，從而確定該部門是否存在缺陷?；蛘呖梢愿鶕?jù)該部位的變形情況，進(jìn)行分析來判斷損傷發(fā)展的原因。在外表面檢測工作中利用磁器儀進(jìn)行檢測，可以實(shí)現(xiàn)在線檢測。

1.3紅外熱波無損檢測

紅外熱波無損檢測技術(shù)主要是將物體表面輻射或反射的紅外熱波圖像轉(zhuǎn)化為光波段人眼可觀察的圖像，技術(shù)人員通過觀察圖像來掌握物體表面的具體信息，判斷是否存在缺陷問題。紅外檢測基于紅外輻射的原理，通過檢測溫度變化，來確定表面是否存在缺陷的一種方法。該技術(shù)核心主要是針對被檢測物質(zhì)的材質(zhì)結(jié)構(gòu)和缺陷類型，來設(shè)置不同的熱源利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，通過紅外熱波進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集。根據(jù)工件加熱情況和信息處理方式，可以分為主動(dòng)檢測和被動(dòng)檢測。

主動(dòng)檢測技術(shù)主要是利用外部熱源對工件進(jìn)行加熱，采用紅外熱波技術(shù)，來獲取不同時(shí)刻工件表面的溫度信息，從而判斷內(nèi)部是否存在缺陷。主動(dòng)檢測技術(shù)具有速度快、直觀、適用面廣的特點(diǎn)，因此在壓力容器檢測中的應(yīng)用也十分廣泛。而被動(dòng)檢測技術(shù)主要是利用工件自身的溫度來判斷工件內(nèi)部是否存在缺陷。被動(dòng)檢測技術(shù)比較傳統(tǒng)，多用于運(yùn)行中的壓力容器檢測中。

1.4微波無損檢測

微波無線檢測技術(shù)根據(jù)檢測原理，可以分為反射波法，透射波法和反射波法。微波無損檢測技術(shù)主要是將電磁波照射到被檢測物體上，通過分析其反射波和透射波的振幅，來判斷是否存在裂紋、裂縫、氣孔等各種缺陷。同時(shí)也能夠確定分層媒介的夾質(zhì)等尺寸，檢測復(fù)合材料內(nèi)部的不均勻程度。微波具有方向性好形，帶寬波長短等優(yōu)點(diǎn)，因此利用微波無線檢測技術(shù)來掃描壓力容器，能夠獲得更為精確的數(shù)據(jù)，快速的確定缺陷區(qū)域和范圍。它具有儀器簡單，費(fèi)用低廉，攜帶方便等應(yīng)用優(yōu)勢，因此在壓力容器檢測中得到了廣泛的應(yīng)用，同時(shí)微波不需要耦合劑，因此避免了耦合劑對材料的污染破壞。但是微波技術(shù)，并不能穿透金屬和導(dǎo)電性較好的復(fù)合材料，在使用方面具有一定的局限性。

1.5超聲相控陣技術(shù)

超聲相控陣技術(shù)需要耦合劑和換能器接近被檢材料，具有眾多優(yōu)點(diǎn)，在無損檢測中也是應(yīng)用最為廣泛的一項(xiàng)技術(shù)。相控陣超聲波器的概念相當(dāng)于相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)，是一種多聲束掃描成像技術(shù)，使用由多個(gè)晶片組成的多陣元換能器來產(chǎn)生和接收超聲波波束。其具有靈活的聲束偏移及聚焦性能，因此在無損檢測行業(yè)得到了較高的重視。超聲相控陣技術(shù)優(yōu)點(diǎn)在于無污染，無輻射，速度快，操作靈活，缺陷定位準(zhǔn)確，優(yōu)于傳統(tǒng)的超聲檢測技術(shù)。但是其局限性在于各項(xiàng)技術(shù)對于被檢測物體表面的粗糙程度要求較高，同時(shí)對溫度也比較敏感，檢測儀器復(fù)雜，設(shè)備費(fèi)用高昂。

1.6聲發(fā)射檢測

聲發(fā)射檢測技術(shù)一般應(yīng)用于壓力結(jié)構(gòu)完整性檢測和評估過程中。由于受到介質(zhì)溫度壓力等各種因素的影響，壓力容器很容易形成裂紋，在裂紋開裂擴(kuò)展的過程中，都會(huì)發(fā)射出大小不同的聲發(fā)射信號，根據(jù)這些信號的大小來判斷裂紋的大小和拓展程度，從而判斷是否存在缺陷以及缺陷的大小。在使用聲發(fā)射技術(shù)進(jìn)行檢測時(shí)，需要對壓力容器進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，產(chǎn)生聲發(fā)射信號。聲發(fā)射檢測技術(shù)具有遠(yuǎn)程操作、可長期監(jiān)控缺陷拓展情況、檢測出活動(dòng)的缺陷等優(yōu)點(diǎn)，其局限性在于所使用的設(shè)備費(fèi)用高昂，檢測中所受干擾因素較多，完成聲發(fā)射檢測技術(shù)之后，還需要采用超聲波進(jìn)行復(fù)驗(yàn)檢測。

2.無損檢測技術(shù)的應(yīng)用

在壓力容器生產(chǎn)驗(yàn)收和運(yùn)行過程中，可以利用無損檢測技術(shù)進(jìn)行安全檢測。根據(jù)壓力容器的狀態(tài)來選擇不同的無損檢測技術(shù)，對壓力容器的缺陷進(jìn)行檢測，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的安全隱患，并提交檢測報(bào)告，根據(jù)檢測情況進(jìn)行評估。在選擇無損檢測技術(shù)時(shí)，需要充分考慮被檢測對象的材料性質(zhì)，使用條件，運(yùn)行狀態(tài)，用途等，并充分考慮無損檢測技術(shù)的特點(diǎn)和適用性，從而選擇恰當(dāng)?shù)奈镔|(zhì)檢測技術(shù)，提高檢測的高效性。

3.結(jié)語

總而言之，隨著壓力容器的應(yīng)用越來越廣泛，無損檢測技術(shù)的應(yīng)用也會(huì)越來越深入，遍及在各行各業(yè)當(dāng)中，保障各個(gè)行業(yè)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。而隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，會(huì)有更多嶄新的無損檢測技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，提高無損檢測技術(shù)的質(zhì)量，推動(dòng)無損檢測領(lǐng)域的快速發(fā)展。

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作者簡介：曾慶順、男、1968.01、漢族、河南省南陽市、河南省鍋爐壓力容器安全檢測研究院南陽分院、本科、承壓類特種設(shè)備檢驗(yàn)及相關(guān)。