無損檢測在壓力容器檢驗(yàn)中的應(yīng)用

胡冠群

山東省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院濟(jì)寧分院 山東濟(jì)寧 272000

壓力容器檢測前，應(yīng)根據(jù)檢測對象的材料、結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸，評價(jià)潛在缺陷的類型、形狀和位置，并根據(jù)無損檢測儀器的特點(diǎn)選擇適當(dāng)?shù)姆椒╗1]。例如檢查工件表面的小裂紋，不應(yīng)選擇射線或超聲波檢測，而應(yīng)使用磁性或干涉檢測[2]。選擇檢測方法時(shí)，應(yīng)在安全的基礎(chǔ)上考慮適用性、經(jīng)濟(jì)性、方便程度以及選擇沒有檢測損害的方法。因此，有必要盡可能多地使用組合方法來彌補(bǔ)各種檢測方法的自身缺陷，從而獲得更加準(zhǔn)確的檢測信息?，F(xiàn)有的無損檢測技術(shù)已經(jīng)比較發(fā)達(dá)，但今后仍有必要對無損檢測技術(shù)進(jìn)行深度研究，以盡量降低檢測成本，提高檢測效率和檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，擴(kuò)大應(yīng)用行業(yè)范圍[3]。

1 壓力容器安全特點(diǎn)

常規(guī)的壓力容器與傳統(tǒng)機(jī)械相比磨損較少，但其發(fā)生事故的可能性卻更高，每年發(fā)生的壓力容器大小事故都不在少數(shù)。造成壓力容器事故的原因很多，從技術(shù)上講，主要原因如下：雖然大部分壓力容器結(jié)構(gòu)相比某些精密儀器設(shè)備而言相對簡單，但其部件中的應(yīng)力情況復(fù)雜，尤其是在存在開口但結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較弱的地方。壓力容器的使用要求較高，不僅因?yàn)閴毫^高，還存在高溫、低溫以及腐蝕情況。壓力容器中的一些焊接件，其焊接位置出現(xiàn)小缺陷的概率較高。如果在使用過程中溫度條件得不到有效控制，壓力容器內(nèi)部介質(zhì)可能會迅速膨脹，造成危害。壓力容器比其他設(shè)備更容易過載，造成快速損壞。

壓力容器之所以被稱為特種設(shè)備，就是因?yàn)槠湮ｋU(xiǎn)性較高，發(fā)生事故后造成的損失較大[4]。例如在一些石化裝置壓力容器中，工作介質(zhì)很多都是易燃、易爆、有毒、有腐蝕性的。容器發(fā)生事故破裂時(shí)，內(nèi)部介質(zhì)迅速向外擴(kuò)散，導(dǎo)致化學(xué)爆炸、燃燒、中毒等危險(xiǎn)。

2 壓力容器無損檢測方法

壓力容器是工業(yè)生產(chǎn)中的重要設(shè)備，因生產(chǎn)流程要求，需要保持一定的壓力及溫度狀態(tài)。因此，如果壓力容器有結(jié)構(gòu)缺陷，就有可能發(fā)生危險(xiǎn)。當(dāng)壓力容器壓力較大、溫度較高時(shí)往往會導(dǎo)致爆炸、火災(zāi)、中毒、污染等災(zāi)難性事件，對環(huán)境造成破壞，并對生產(chǎn)單位造成不可估量的經(jīng)濟(jì)損失。在壓力容器的檢驗(yàn)檢測中，無損檢測不僅可以提高結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)的精細(xì)化，還可以提高檢驗(yàn)的有效性，避免破壞性檢驗(yàn)造成的經(jīng)濟(jì)損失，提高檢驗(yàn)的便利性。常見的無損檢測方法有超聲波、射線、滲透和磁粉檢測等。

3 無損檢測技術(shù)在壓力容器檢驗(yàn)中的應(yīng)用分析

3.1 X 射線檢測

x 射線檢測通常用于檢測設(shè)備內(nèi)部缺陷。x 射線檢測的主要特點(diǎn)是利用x 射線的穿透力獲取有缺陷的視覺圖像，并通過膠片將記錄的檢測結(jié)果長期保存下來。x 射線檢測方法的缺點(diǎn)是x 射線檢測需要選擇正確的角度進(jìn)行檢測，不同角度對檢測結(jié)果有很大影響，未熔合、裂紋等缺陷可能漏檢。另外X 射線機(jī)維修成本較高，經(jīng)常使用X 射線還可能對檢測人員身體健康造成輻射危害。

3.2 磁粉檢測

磁粉檢測常用于檢測鐵磁性材料表面及近表面缺陷。工件中的缺陷通常是由于基體材料的不連續(xù)性造成的。當(dāng)工件磁化時(shí)，不連續(xù)的部分會產(chǎn)生磁場。根據(jù)工件表面存在的磁性，在某些缺陷部位可見磁信號，缺陷的嚴(yán)重程度可以通過相應(yīng)的軌跡形狀和位置來判斷。該方法的主要優(yōu)點(diǎn)是可以直觀、高度敏感地識別缺陷的位置、形狀和大小，操作簡單且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。該檢測方法的缺點(diǎn)在于它僅用于檢測鐵磁性工件的表面缺陷和近表面缺陷，非鐵磁性材料以及內(nèi)部缺陷無法檢測。

3.3 超聲檢測

①超聲檢測常用于壓力容器鋼板及焊縫檢測。焊接連接在制造壓力容器時(shí)非常普遍，然而，在焊接技術(shù)、焊接材料等因素的影響下，實(shí)際焊接過程中可能會出現(xiàn)焊縫缺陷甚至裂紋，從而對壓力容器的整體性能產(chǎn)生重大影響。另外鋼板材料本身缺陷對壓力容器性能也有十分重要的影響，超聲檢測可以直觀顯示缺陷深度，清楚了解焊接情況及板材情況，為缺陷后處理提供方便；②用于鋼管檢測。對金屬材料，可檢測厚度為1-2mm 的薄壁管材，缺陷定位較準(zhǔn)確，無縫鋼管檢測成本低、速度快。檢測設(shè)備輕便，對人體及環(huán)境無害，現(xiàn)場使用較方便，但是對具有復(fù)雜形狀或不規(guī)則外形的試件進(jìn)行超聲檢測有困難。

3.4 滲透檢測

滲透檢測技術(shù)是壓力容器質(zhì)量檢驗(yàn)中常用的檢測技術(shù)。滲透檢測對于表面開口缺陷，特別是細(xì)微的表面開口缺陷非常敏感。滲透檢測可以檢查磁性材料，也可以檢查非磁性材料；可以檢查黑色金屬，也可以檢查有色金屬，還可以檢查非金屬。滲透檢測不受被檢工件結(jié)構(gòu)限制。滲透檢測可以檢查焊接件或鑄件，也可以檢查壓延件和鍛件，還可以檢查機(jī)械加工件。滲透檢測不受缺陷形狀（線性缺陷或體積型缺陷）、尺寸和方向的限制，只需要一次滲透檢測，即可同時(shí)檢查開口于表面的所有缺陷。

4 無損檢測方法的選用原則和各類無損檢測方法在壓力容器缺陷檢測中的應(yīng)用

4.1 無損檢測方法的選用原則

無損檢測的選用應(yīng)遵循以下準(zhǔn)則：①在選擇無損檢測方法時(shí)，應(yīng)根據(jù)檢測的目的正確合理地選擇檢測方法及儀器；②應(yīng)根據(jù)設(shè)備材質(zhì)和可能出現(xiàn)的缺陷特征選擇合適的檢測方法，選擇檢測方法時(shí)，還應(yīng)兼顧制造方法、介質(zhì)、方法和使用標(biāo)準(zhǔn)，缺陷的形狀、類型、位置等；③在一些情況下需要同時(shí)選擇多種儀器多種方法進(jìn)行整體檢測，有時(shí)也需要使用不同儀器不同檢測方法進(jìn)行對比檢測，以期能夠得到準(zhǔn)確的檢測結(jié)果。

4.2 各種無損檢測方法在壓力容器缺陷檢測中的具體應(yīng)用

（1）超聲波檢測。超聲波檢測經(jīng)常用于檢測壓力容器內(nèi)部缺陷，應(yīng)用如下：①脈沖反射探傷法通常用于鍛件、焊縫等的檢測?？砂l(fā)現(xiàn)工件內(nèi)部較小的裂紋、夾渣、縮孔、未焊透等缺陷。②超聲波檢測能確定缺陷的位置和相對尺寸，適用于鍛件、管材、棒材、T 型接口、角接以及堆焊層的檢測。③超聲波穿透能力較大，例如在鋼中的有效探測深度可達(dá)1 米以上，因此可以用于壁厚較大的壓力容器缺陷檢測。④可用于鋼板本身內(nèi)部缺陷檢測。

（2）X 射線檢測。該方法是壓力容器制造過程中最常用的探傷方法，射線照相法已廣泛應(yīng)用于焊縫和鑄件的內(nèi)部質(zhì)量檢驗(yàn)，射線照相法能較直觀地顯示工件內(nèi)部缺陷的大小和形狀, 因而易于判定缺陷的性質(zhì), 射線底片可作為檢驗(yàn)的原始記錄供多方研究并作長期保存。

（3）磁粉檢測。這是檢測鐵磁性壓力容器焊縫表面和近表面缺陷最常用方法。磁粉檢測的靈敏度可檢出的不連續(xù)寬度可達(dá)到0.1μm。磁粉檢測幾乎不受工件大小和幾何形狀的影響，能檢測出工件各個(gè)方向的缺陷。制造壓力容器時(shí)，常作為射線檢測不能開展的補(bǔ)充檢測方法。對在用壓力容器，磁粉檢測還能檢測出表面缺陷的高水平，如疲勞現(xiàn)象、應(yīng)力腐蝕等[5]。

（4）滲透檢測。滲透檢測是奧氏體不銹鋼等非磁性材料表面檢測的重要方法。

5 壓力容器檢測應(yīng)用無損檢測技術(shù)注意事項(xiàng)

在選擇合適的無損檢測技術(shù)時(shí)，必須能夠正確、全面地實(shí)現(xiàn)檢測目的，所有檢測方法均可組合使用，以獲得快速、可靠和準(zhǔn)確的壓力容器缺陷檢測結(jié)果[6]。

（1）無損檢測前，應(yīng)全面分析壓力容器材料的實(shí)際情況，特別是材料的制造和使用情況，以選擇合適的檢測方法。

（2）根據(jù)壓力容器使用的場所、環(huán)境及盛裝介質(zhì)情況，分析可能出現(xiàn)的缺陷類型，以選擇合適的檢測方法。

（3）無損檢測前，有必要提前清理和處理需要檢測的部位，特別是要徹底清理焊縫和熱影響區(qū)周圍的雜物，以確保檢測過程中受檢表面充分暴露出來。如果清理不到位，檢測結(jié)果可能會發(fā)生偏差，例如有些表面裂紋可能無法發(fā)現(xiàn)。

（4）由于磁場的作用，缺陷磁場可能在所有方向上都正交于有效磁場，為了更好地確保探頭功能在容器表面點(diǎn)的靈敏度，在同一磁場中進(jìn)行檢測之前，應(yīng)確保表面去除點(diǎn)受到磁場的均勻影響，以提高檢測精度。

（5）射線檢測前應(yīng)確保隔離出足夠大的透照區(qū)域，保障檢測人員不受輻射危害。

（6）檢測儀器應(yīng)確保在檢定、校準(zhǔn)有效期內(nèi)，這樣才能保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和有效性。

6 結(jié)語

本文的分析表明，研究無損檢測在壓力容器檢驗(yàn)中的應(yīng)用有助于從問題的角度看待檢測技術(shù)的進(jìn)展。各類檢測方法都有其優(yōu)缺點(diǎn)，每一類檢測方法幾乎都不可能完全檢測出壓力容器的所有缺陷。因此，應(yīng)加強(qiáng)綜合分析研究，開發(fā)出更高質(zhì)量更先進(jìn)的綜合型檢測儀器，以提高無損檢測的實(shí)際效果，推動檢測技術(shù)的更新，更好的保障壓力容器安全。